Haptická rukavice pro nevidomé: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Haptická rukavice je zařízení pro nevidomé a/nebo zrakově postižené, které poskytuje uživateli informace o překážkách v jeho bezprostředním okolí. Rukavice používá dva ultrazvukové senzory, které hlásí vzdálenost a orientaci předmětů. V závislosti na tom, co tyto senzory detekují, vibrační motory umístěné v rukavicích vibrují v unikátních vzorech, aby tuto informaci sdělily uživateli.

Krok 1: Seznam dodávek

Elektronický:

- #1201: Vibrační mini motorový disk - ERM (x4) [1,95 USD ročně]

- #2305: Adafruit DRV2605L Haptický motorový ovladač (x4) [7,95 $ ea.]

- #659: FLORA - Nositelná elektronická platforma - kompatibilní s Arduino [14,95 USD]

- Ultrazvukové snímače vzdálenosti HC-SR04 (x2) [2,99 USD ročně]

- #2717: Multiplexor TCA9548A I2C [6,95 USD]

- #3287: 3 držák baterie AA s konektorem JST [2,95 USD]

- #1608: Pruhovaná deska plošných spojů čtvrtfinále Adafruit Perma-Proto- jednotlivá [2,95 USD]

- Plochý kabel

- Rezistory 200 a 220 ohmů

Výroba:

- pásky na suchý zip [2,98 USD]

- #615: Sada jehel - 3/9 velikostí - 20 jehel [1,95 USD]

- Neopren nebo jiná trvanlivá tkanina

Celkové náklady: 78,31 USD

Většina komponentů byla zakoupena na Adafruit.com

Krok 2: Breadboarding

Prvním krokem je propojení všech vašich komponent pomocí prkénka, abyste se mohli ujistit, že všechny fungují správně, než je upevníte na konečný produkt. Následující schéma zapojení a obrázek vám poskytnou představu o tom, kde je potřeba vše propojit. Zde je rozpis toho, co jednotlivé komponenty dělají:

Arduino Uno/FLORA

Toto je mikrokontrolér, což je část, která je programovatelná. Poskytuje také napájení všem součástem z baterie. Zpočátku jsem vše připojil k Arduino Uno, protože má napájení 5 V, ale pak jsem ho nahradil FLORA a 3 AA bateriemi (4,5 V).

Haptický ovladač motoru

Tyto ovladače se připojují přímo ke každému vibračnímu motoru a umožňují vám naprogramovat každý vibrační motor nezávisle na sobě, přičemž mají také výhodu v tom, že obsahuje předem pevnou knihovnu vibračních efektů. Tyto funkce nejsou pro funkci rukavice zásadní, ale programování je mnohem snazší, protože nemusíte své vlastní vibrační vzorce programovat úplně od začátku.

Muliplexer

Toto jednoduše funguje jako jakýsi expandér, protože na FLORA není dostatek pinů SCL/SDA, aby se do něj vešly všechny ovladače haptického motoru. Umožňuje také komunikovat s každým ovladačem haptického motoru nezávisle přiřazením jedinečné adresy každému z nich.

Vibrační motory

Právě ty poskytují uživateli hmatovou zpětnou vazbu. Vibrují v určitých vzorech podle toho, jak je naprogramujete. Více o tom, jak fungují, zde.

Ultrazvukové senzory

Tyto senzory měří vzdálenost předmětů před nimi. Dělají to tak, že vysílají signál „spouště“, který se odráží od jakýchkoli blízkých předmětů a vrací se jako signál „ozvěny“. Program je pak schopen interpretovat dobu zpoždění a vypočítat přibližnou vzdálenost. Určitě je označte „vlevo“a „vpravo“, abyste později nebyli zmateni. Více o tom, jak fungují, zde.

Krok 3: Kódování

Nyní, když je vše připojeno, si můžete stáhnout kód do své FLORA a vyzkoušet ho. Stáhněte si níže uvedený soubor a potřebné knihovny (propojené níže). Tento ukázkový kód má funkce uvedené v tabulce výše.

Chcete -li kód otestovat, umístěte velký plochý předmět méně než 6 palců od ultrazvukového senzoru vpravo. Palubní RBG by mělo rychle blikat modře. Když objekt posunete dále, blikání by mělo být méně rychlé. Současně bude jeden z vibračních motorů (který bude později umístěn na palec) rychle vibrovat, když je předmět vzdálen méně než 6 palců, a začne vibrovat s menším výkonem, čím dále předmět odsunete. Stejný vzor by měl platit pro levý ultrazvukový senzor, pouze s oranžovým světlem místo modrého

Přidal jsem další funkci, která spočívá v tom, že RBG by měla blikat růžově a senzory vibrací prostředního prstu a dlaně by měly vibrovat, když oba senzory detekují předmět vzdálený méně než 6 palců. Tato funkce však není příliš spolehlivá. Motory vibrací prostředního prstu a dlaně jsem nechal ve finálním provedení pro případ, že by pro ně lidé chtěli přijít s kreativnější funkcí.

* NEPŘIPOJUJTE* připojte desku FLORA k počítači přes USB, zatímco je externí baterie stále připojena! Vždy jej nejprve odpojte od externí baterie.

* PŘED* stažením zde uvedeného ukázkového kódu budete muset stáhnout následující knihovny/ovladače:

learn.adafruit.com/adafruit-arduino-ide-se…

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Pokud se nezdá, že kód běží nebo vaše senzory/motory nereagují:

- Ujistěte se, že jste v programu Arduino vybrali správný COM port.

- Zajistěte, aby byly vaše vibrační motory plně připojeny k řadičům motoru na hřebenové/haptické motory. Vodiče, které je spojují, jsou velmi tenké a lze je snadno uvolnit.

- Znovu zkontrolujte, zda jste nespletli vodiče SCL/SDA (multiplexor) nebo vodiče ECHO a TRIG (ultrazvukový senzor). Pokud jsou přepnuty, nebude to fungovat.

- Pokud vše funguje normálně, když je připojeno přes USB, ale při připojení k externím bateriím dochází k závadě, je pravděpodobně na čase vyměnit je za nové baterie.

Krok 4: Pájení datových připojení

Nyní, když je potvrzeno, že kód funguje, můžete začít s montáží konečného produktu. Začal jsem tím, že jsem nejprve nakreslil všechna spojení na obrysu ruky, abych si vizualizoval všechna konečná spojení. Nejprve jsem se zaměřil na všechna datová připojení a poté jsem na konci zapojil napájecí a zemnící vedení. Také v této fázi jsem zapomněl připájet odpory na piny ECHO a GND ultrazvukových senzorů (oops), takže nejsou v obraze. Nakonec jsem je přidal, když jsem připojil ultrazvukové senzory k napájecímu „rozbočovači“uprostřed rukavice.

Začal jsem pájením všech připojení k FLORA a dostal jsem se nahoru přes multiplexor, ovladače haptického motoru a vibrační motory. Spoje jsem vyztužil horkým lepidlem, smršťovacími bužírkami a elektrickou páskou.

Na všech obrázcích odpovídá barva drátu následujícím spojům:

ČERVENÁ: síla

ČERNÁ: zem

ŽLUTÁ: scl

BÍLÁ: sda

ZELENÁ: motor (-)

ŠEDÁ: motor (+)

BROWN: echo ultrazvukového senzoru

ORANŽOVÁ: ultrazvukový senzor trig

Krok 5: Výroba rukavice

Rukavice se skládá z následujících součástí:

- Hlavní tělo rukavice (které drží vibrace dlaně)

- 3 popruhy na prsty (růžový, prostřední, palec), které drží 3 vibrační motory

- Ramenní popruh pro uchycení baterie

Kvůli jednoduchosti jsem se rozhodl pro design rukavic bez prstů a obecnou šablonu můžete vidět výše. Tato skica není v měřítku a pravděpodobně budete muset upravit velikost tak, aby odpovídala vaší ruce. Je určen k nošení na levé ruce. Nejprve jsem vysledoval design na spodní stranu nějaké látky a poté jsem jej vystřihl nožem Xacto. Kousky prstů jsem vytvaroval tak, že jsem vystřihl proužky látky dostatečně dlouhé na to, abych si je omotal kolem prstů, a našitím popruhů na suchý zip, abych je držel na svém místě. Potom jsem vyrobil váčky pro uložení vibračních motorů a přišil je k páskům prstů i ke středu spodní části těla hlavní rukavice (poblíž dlaně).

Tento design vyžaduje minimální šití a já jsem šila pouze v těchto scénářích:

- Přilepte/zpevněte proužky suchého zipu na tkanině.

- Šité pouzdra vibračního motoru na popruhy prstů a tělo hlavní rukavice.

- Postavte pouzdro na baterii na ramenním popruhu.

Krok 6: Assemby (část 1)

Nyní, když byla rukavice sestavena a veškerá kabeláž dokončena, začal jsem k rukavici lepit elektrické součásti. V tomto kroku jsem se řídil kresbou, kterou jsem vytvořil dříve, a rozložil všechny kusy. Potom jsem je začal šít pomocí provázku. Nakonec jsem umístil ovladače haptického motoru na levou stranu rukavice místo na vrchol, protože to dávalo větší smysl, jakmile jsem začal s montáží.

Krok 7: Montáž (Část 2 - PWR + GND)

Nakonec jsem všechny své komponenty připojil k napájení a zemi. Za tímto účelem jsem na svém malém prkénku vytvořil pozemní a napájecí lištu, připojením k GND a PWR FLORA. K těmto kolejnicím jsem připojil své ovladače haptického motoru a multiplexor. Poté jsem připojil své ultrazvukové senzory k pwr a gnd, ale také využil extra prostor na prkénku pro přidání rezistorů, které jsem dříve zapomněl. Tyto odpory jsou zásadní, protože vytvářejí dělič, který snižuje napětí signálu ECHO, který sahá až do FLORA.

Poté, co bylo vše sešito, bylo trochu nejisté pájet spoje GND a PWR, takže možná budete chtít nejprve provést veškeré pájení. Dávalo mi smysl čekat, protože jsem si stále nebyl úplně jistý, jaké bude konečné rozložení všech komponent.

Pomocí lepidla Gorilla jsem na rukavici nalepil malý kousek dřeva, abych povýšil prkénko, a přidal jsem suchý zip, abych prkénko nalepil na dřevo (viz obrázek výše). Udělal jsem to, abych to mohl snadno zvednout a zkontrolovat šortky.

Posledním krokem je přilepit horké ultrazvukové senzory na obě strany vyvýšeného prkénka.

A JSTE HOTOVÉ!