Συσκευή υποκατάστασης και αύξησης αισθητηριακής δόνησης (SSAD): 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το έργο στοχεύει στη διευκόλυνση της έρευνας στον τομέα της αισθητηριακής υποκατάστασης και αύξησης. Είχα τη δυνατότητα να διερευνήσω διαφορετικούς τρόπους κατασκευής δονητικών πρωτοτύπων SSAD μέσα στη διατριβή μου MSc. Δεδομένου ότι η αισθητηριακή υποκατάσταση και αύξηση είναι ένα θέμα που αφορά όχι μόνο τους επιστήμονες υπολογιστών, αλλά και ερευνητές από άλλους τομείς, όπως η γνωστική επιστήμη, μια βήμα προς βήμα οδηγία θα επιτρέψει σε μη ειδικούς στην ηλεκτρονική και την επιστήμη των υπολογιστών να συναρμολογήσουν αυτό το πρωτότυπο για το δικό τους. ερευνητικούς σκοπούς.

Δεν σκοπεύω να κάνω διαφήμιση για ένα ακριβώς είδος μάρκας/προϊόντος. Αυτό το έργο δεν χρηματοδοτήθηκε από καμία εταιρεία. Το υλικό που χρησιμοποίησα επιλέχθηκε λόγω τεχνικών προδιαγραφών και ευκολίας (ταχύτητα/κόστος παράδοσης, διαθεσιμότητα κ.λπ.). Για όλα τα προϊόντα που αναφέρονται στο παρόν Εγχειρίδιο, διατίθενται εξίσου κατάλληλες εναλλακτικές λύσεις.

Το τρέχον Instructable περιέχει αναλυτικές οδηγίες για τον τρόπο κατασκευής ενός βασικού πρωτοτύπου SSAD με έως 4 κινητήρες και αναλογικούς αισθητήρες.

Επιπλέον αυτού του Instructable έχω δημιουργήσει τρεις επεκτάσεις: Πρώτον, δημοσίευσα οδηγίες σχετικά με τον τρόπο χρήσης περισσότερων από τεσσάρων κινητήρων με αυτό το πρωτότυπο SSAD (https://www.instructables.com/id/Using-More-Than-4…). Δεύτερον, δημιούργησα την παροχή και παράδειγμα για το πώς να το φορέσετε αυτό το πρωτότυπο (https://www.instructables.com/id/Making-the-SSAD-W…) και πώς να καλύψετε κινητήρες ERM χωρίς εγκλεισμένη περιστρεφόμενη μάζα (https:/ /www.instructables.com/id/Covering-Rotating…). Περαιτέρω, δημοσιεύεται επίσης ένα παράδειγμα για το πώς να ενσωματωθούν άλλοι εκτός από αναλογικοί αισθητήρες (στην περίπτωση αυτή αισθητήρες εγγύτητας) στο πρωτότυπο (https://www.instructables.com/id/Including-a-Proxi…).

Τι είναι η "Αισθητηριακή υποκατάσταση και αύξηση";

Με την Αισθητηριακή Υποκατάσταση οι πληροφορίες που συλλέγονται από έναν αισθητηριακό τρόπο (π.χ. όραση) μπορούν να γίνουν αντιληπτές μέσω μιας άλλης αίσθησης (π.χ. ήχος). Είναι μια πολλά υποσχόμενη μη επεμβατική τεχνική που βοηθά τους ανθρώπους να ξεπεράσουν την αισθητηριακή απώλεια ή εξασθένηση.

Εάν το αισθητήριο ερέθισμα, που μεταφράζεται, κανονικά δεν γίνεται αντιληπτό από τον άνθρωπο (π.χ. υπεριώδες φως), αυτή η προσέγγιση ονομάζεται αισθητηριακή αύξηση.

Τι δεξιότητες χρειάζονται για την κατασκευή αυτού του πρωτοτύπου;

Βασικά, δεν απαιτούνται προηγμένες δεξιότητες προγραμματισμού για να ακολουθήσετε τις οδηγίες που παρέχονται παρακάτω. Ωστόσο, εάν είστε αρχάριος στη συγκόλληση, προγραμματίστε λίγο επιπλέον χρόνο για να γνωρίσετε αυτήν την τεχνική. Σε περίπτωση που δεν έχετε προγραμματίσει ποτέ στο παρελθόν, μπορεί να χρειαστεί κάποια βοήθεια από κάποιον πιο έμπειρο στον προγραμματισμό.

Υπάρχουν απαραίτητα μηχανήματα ή εργαλεία που είναι ακριβά ή δεν διατίθενται εύκολα;

Εκτός από ένα συγκολλητικό σίδερο, δεν απαιτούνται μηχανήματα ή εργαλεία για την κατασκευή αυτού του πρωτοτύπου που δεν μπορείτε να αγοράσετε εύκολα στο διαδίκτυο ή στο επόμενο οικιακό κατάστημα. Αυτό το SSAD έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει την ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, πράγμα που σημαίνει ότι θα πρέπει να αναπαραχθεί γρήγορα και να επιτρέψει μια ανέξοδη διερεύνηση ιδεών.

Προμήθειες

Κύρια εξαρτήματα (περίπου 65 £ για 4 κινητήρες, εκτός εξοπλισμού συγκόλλησης)

• Arduino Uno (π.χ. https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3, 20 £)
• Adafruit Motorshield v2.3 (π.
• Κυλινδρικοί κινητήρες ERM (π.χ. https://www.adafruit.com/product/1438, 5, 50 £/μοτέρ)
• Συγκολλητικό σίδερο και σύρμα συγκόλλησης
• Καλώδια

Προαιρετικό (δείτε Επεκτάσεις)

Εάν αγοράσετε κινητήρα ERM με ακάλυπτη περιστρεφόμενη μάζα:

• Σωλήνας βινυλίου
• Λεπτή μαλακή σανίδα
• 3D εκτυπωτής (για περίβλημα Arduino)

Εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε περισσότερους από 4 κινητήρες (για περισσότερους από 8 ίδιους άλλους χρόνους):

• Adafruit Motorshield v2.3 και ανδρικές κεφαλίδες στοίβαξης
• Κεφαλίδες στοίβαξης γυναικών (π.χ.
• Arduino Mega για περισσότερους από 6 κινητήρες (π.χ.

Βήμα 1: Συγκόλληση

Συγκολλήστε τις καρφίτσες στο μοτέρ

Το Adafruit προσφέρει ένα πολύ περιεκτικό σεμινάριο σχετικά με τον τρόπο συγκόλλησης κεφαλίδων σε ένα motorshield (https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield-v…):

1. Πρώτον, τοποθετήστε τις κεφαλίδες στοίβαξης στις καρφίτσες του Arduino Uno,
2. Στη συνέχεια, τοποθετήστε την ασπίδα στην κορυφή, έτσι ώστε η μικρή πλευρά των πείρων να κολλήσει προς τα έξω.
3. Μετά από αυτό, κολλήστε όλες τις καρφίτσες στην ασπίδα και βεβαιωθείτε ότι η συγκόλληση ρέει γύρω από την καρφίτσα και σχηματίζει σχήμα ηφαιστείου (δείτε την εικόνα παραπάνω, η οποία υιοθετήθηκε από τη διεύθυνση https://cdn.sparkfun.com/assets/c/d/ a/a/9/523b1189…).

Εάν είστε αρχάριος στη συγκόλληση, βοηθήστε τον εαυτό σας με περισσότερα μαθήματα, όπως

Συγκολλήστε μακρύτερα καλώδια στον κινητήρα

Καθώς οι περισσότεροι κινητήρες έρχονται χωρίς ή πολύ κοντά και λεπτά καλώδια, είναι λογικό να τα επεκτείνουμε κολλώντας τα σε μακρύτερα και ισχυρότερα καλώδια. Δείτε πώς μπορείτε να το κάνετε αυτό:

1. Αφαιρέστε το πλαστικό γύρω από το άκρο των καλωδίων και τοποθετήστε τα έτσι ώστε να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους κατά μήκος των εκτεθειμένων καλωδίων τους, όπως στην εικόνα.
2. Συγκολλήστε τα αγγίζοντας τα νήματα και των δύο καλωδίων και αφήνοντας τη συγκόλληση να ρέει πάνω τους.

Βήμα 2: Καλωδίωση

1. Stack motorshield στην κορυφή του Arduino.
2. Βιδώστε τους κινητήρες στο μοτέρ.
3. Ασύρματοι αναλογικοί αισθητήρες στο Arduino (στην εικόνα αυτό γίνεται με αισθητήρες φωτός, αλλά το ίδιο κύκλωμα φαίνεται το ίδιο για άλλους αναλογικούς αισθητήρες).

Βήμα 3: Κωδικοποίηση

1. Λήψη

Λήψη zip folder (SSAD_analogueInputs.zip), που επισυνάπτεται παρακάτω. Αποσυμπιέστε το.

Κατεβάστε το Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Ανοίξτε το αρχείο Arduino (SSAD_analogueInputs.ino) που βρίσκεται μέσα στον φάκελο χωρίς αποσυμπίεση με το Arduino IDE.

2. Εγκατάσταση Βιβλιοθηκών

Για την εκτέλεση του παρεχόμενου κώδικα, πρέπει να εγκαταστήσετε μερικές βιβλιοθήκες. Έτσι, εάν το αρχείο Arduino, που επισυνάπτεται στο τέλος αυτού του άρθρου, είναι ανοιχτό μέσα στο Arduino IDE, κάντε τα εξής:

1. Κάντε κλικ: Εργαλεία → Διαχείριση βιβλιοθηκών…
2. Αναζητήστε "Βιβλιοθήκη Adafruit Motor Shield V2" στο πεδίο Φιλτράρετε την αναζήτησή σας
3. Εγκαταστήστε το κάνοντας κλικ στο κουμπί Εγκατάσταση

Μετά τη λήψη αυτών των βιβλιοθηκών, τώρα θα πρέπει να λειτουργήσουν οι δηλώσεις #include στους παρεχόμενους κωδικούς. Ελέγξτε αυτό κάνοντας κλικ στο κουμπί "Επαλήθευση" (Σημείωση στο αριστερό επάνω μέρος). Γνωρίζετε ότι όλες οι βιβλιοθήκες λειτουργούν, αν λάβετε το μήνυμα "Done compiling" στο κάτω μέρος του προγράμματος. Διαφορετικά εμφανίζεται μια κόκκινη γραμμή και θα λάβετε ένα μήνυμα για το τι πήγε στραβά.

3. Αλλάξτε τον Κώδικα

Αλλάξτε τον κωδικό σύμφωνα με την περίπτωση χρήσης σας ακολουθώντας τις παρακάτω οδηγίες:

Έναρξη κινητήρων και SensoryOutputs τους

Πρώτα απ 'όλα, δηλώστε ποιες καρφίτσες χρησιμοποιούν οι κινητήρες, καθώς και σε ποιο εύρος λειτουργούν οι κινητήρες. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας που είναι προσαρτημένος στο Μ4 και λειτουργεί σε εύρος (ταχύτητας) 25 και 175 δηλώνεται έτσι (κάτω από το ΚΥΡΙΟ σχόλιο):

Κινητήρας1 = Κινητήρας (4, 25, 175).

Όταν εργάζεστε με μικρούς κινητήρες κραδασμών που κινούνται σε εύρος έως 3V, το μοτέρ πρέπει να χρησιμοποιείται με προσοχή, καθώς είναι κατασκευασμένο για λειτουργία κινητήρων σε 4.5VDC έως 13.5VDC. Για να μην καταστραφούν οι κινητήρες 3V, περιόρισα προγραμματικά την έξοδο Volt της ασπίδας στο μέγιστο 3V (ακριβώς 2,95V). Το έκανα μετρώντας πόσο είναι η μέγιστη ταχύτητα των 255 σε Volt και μετρήθηκε με ένα πολύμετρο ότι είναι 4,3V. Επομένως, δεν επέτρεψα ποτέ μεγαλύτερη ταχύτητα από 175, που είναι περίπου 3V, στους κινητήρες.

Κάθε κινητήρας θα συνδέεται με ένα SensoryOutput.

Το One SensoryOutput αποτελείται από ένα ή πολλά αισθητήρια ερεθίσματα. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας μπορεί είτε να δονείται σύμφωνα με έναν μόνο αισθητήρα, είτε σύμφωνα με τον μέσο όρο πολλαπλών αισθητήρων με διαφορετική θέση.

Επομένως, πρώτα για κάθε κινητήρα, πρέπει να δηλωθεί ένα SensoryOutput. Οι αριθμοί μέσα στις αγκύλες είναι η ελάχιστη και η μέγιστη τιμή αυτού που μπορεί να αντιληφθεί ο αισθητήρας (ομάδα). Για τους αναλογικούς αισθητήρες αυτό είναι ως επί το πλείστον 0 και 1023:

SensoryOutput output1 = SensoryOutput (0, 1023);

Στη λειτουργία βρόχου (), κάθε κινητήρας αντιστοιχίζεται σε μία τιμή εξόδου. Εδώ γράφετε γράψτε για κάθε κινητήρα την ακόλουθη πρόταση και αντί για "output1", όποια τιμή SensoryOutput θα πρέπει να συνδεθεί σε αυτήν. Μην ξεχάσετε να αλλάξετε επίσης όλα τα ονόματα "output1" σε αυτήν τη γραμμή, εάν χρησιμοποιείτε άλλο όνομα για αυτήν.

motor1.drive (output1.getValue (), output1.getMin (), output1.getMax ());

Εάν θέλετε, μπορείτε να δώσετε σε πολλούς κινητήρες (π.χ. μοτέρ1 και κινητήρα2) το ίδιο SensoryOutput (π.χ. έξοδο1).

Επιπλέον, θα μπορούσατε να δώσετε τις τιμές πολλαπλών αισθητήρων σε έναν κινητήρα (δείτε την επόμενη ενότητα).

Ορισμός των αισθητήρων

Στη συνάρτηση setup () πρέπει να δηλωθεί ποιοι αισθητήρες πρόκειται να είναι μέρος της δόνησης του κινητήρα (SensoryOutput). Ακολουθεί ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο ορίζετε ότι ο αισθητήρας που είναι συνδεδεμένος στο Arduino Pin A0 πρέπει να μεταφράζεται σε κραδασμούς με τον κινητήρα1 και κατά συνέπεια στην έξοδο1:

output1.include (A0)?

Εάν πολλαπλές αισθητηριακές έξοδοι πρέπει να συνδυαστούν μέσα σε μία δόνηση κινητήρα, μπορείτε απλώς να προσθέσετε έναν άλλο αναλογικό πείρο εισόδου στην έξοδο1:

output1.include (A1)?

Διαφορετικά, απλώς συνεχίστε με την επόμενη έξοδο:

output2.include (A1)?

Συνδυάζοντας πολλαπλούς αισθητήρες

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, πολλαπλές εισόδους αισθητήρων (π.χ. από Α0, Α1 και Α2) μπορούν να οδηγηθούν σε έναν κινητήρα. Ο κώδικας, που παρέχω, υπολογίζει τον μέσο όρο των τιμών που διαβάζονται από όλους τους αισθητήρες που περιλαμβάνονται. Έτσι, εάν αυτό είναι αρκετό για την περίπτωση χρήσης σας και θέλετε απλώς να χαρτογραφήσετε απευθείας, για παράδειγμα, μια χαμηλή αισθητηριακή είσοδο σε μια χαμηλή δόνηση, έχετε τελειώσει και δεν χρειάζεται να σκεφτείτε τα ακόλουθα:

Εάν, ωστόσο, έχετε άλλες ιδέες για το τι θέλετε να κάνετε με μία ή περισσότερες ακατέργαστες αισθητήριες εισόδους, μπορείτε να κάνετε σύμφωνα με τις αλλαγές στη συνάρτηση int getValue () στην κλάση SensoryOutput:

int getValue () {

τελικόOutput = 0; // TODO κάντε ό, τι θέλετε με αισθητηριακές τιμές // εδώ χτίζεται ο μέσος όρος, εάν συνδυαστούν πολλές τιμές για (int i = 0; i <curArrayLength; i ++) {finalOutput+= analogRead (valueArray ); } return finalOutput / curArrayLength; }

4. Ανεβάστε τον Κώδικα στο πρωτότυπο Arduino

Συνδέστε το πρωτότυπο Arduino (από το βήμα 2) στον υπολογιστή σας.

Κάντε κλικ στην επιλογή Εργαλεία → Θύρα → Επιλέξτε τη θύρα, όπου το Arduino/Genuino Uno είναι γραμμένο σε αγκύλες

Κάντε κλικ στην επιλογή Εργαλεία → Πίνακας → Arduino/Genuino Uno

Τώρα, οι κινητήρες πρέπει να λειτουργούν σύμφωνα με τις εισόδους των αναλογικών αισθητήρων. Εάν θέλετε, μπορείτε να αποσυνδέσετε το Arduino από τον υπολογιστή σας και να το συνδέσετε σε άλλη πηγή ενέργειας, όπως μια μπαταρία 9V.

Βήμα 4: Πιθανές επεκτάσεις

Το πρωτότυπο που μόλις δημιουργήσατε επιτρέπει αποκλειστικά αναλογικές εισόδους και μπορεί να οδηγήσει έως και τέσσερις κινητήρες. Επιπλέον, δεν είναι ακόμη φορετό. Αν θέλετε να επεκτείνετε αυτές τις δυνατότητες, ρίξτε μια ματιά στις ακόλουθες οδηγίες:

• Κάλυψη περιστρεφόμενων μαζών της ERM Motors:
• Κάνοντας το SSAD Wearable:
• Χρήση περισσότερων από 4 κινητήρων-στοίβαγμα πολλαπλών μοτέρ:
• Χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό αισθητήρα εγγύτητας ως είσοδο SSAD: