Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0): 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αυτό το έργο είναι μια συνέχεια και επαναπροσδιορισμός του "Whisker Sensory Extension Wearable" του πρώην συναδέλφου μου (metaterra).

Ο σκοπός αυτού του έργου ήταν να επικεντρωθεί στη δημιουργία νέων «αισθητηριακών επεκτάσεων», εμπλουτισμένων με υπολογισμούς, που επιτρέπουν την αυξημένη αίσθηση του φυσικού κόσμου. Η μεγάλη μου προσπάθεια με αυτό το έργο ήταν αφιερωμένη στην κατασκευή και εφαρμογή αισθητηριακών επαυξήσεων που θα επεκτείνουν την αίσθηση μέσω αισθητήρων και θα ανταποκρίνονται με μια απτική έξοδο για τον χρήστη. Η πρόθεση είναι να δοθεί η δυνατότητα σε οποιονδήποτε να κατασκευάσει τις δικές του αισθητηριακές προεκτάσεις και, ως εκ τούτου, να χαρτογραφήσει εγγενώς ανθρώπινες/ζωικές αισθήσεις στο υλικό. Επεκτείνοντας αποτελεσματικά τις αισθήσεις μας με νέους και συναρπαστικούς τρόπους που θα οδηγήσουν σε καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλός μας είναι σε θέση να προσαρμοστεί στις νέες εξωτερικές αισθήσεις.

Αυτό το υλικό βασίζεται σε εργασίες που υποστηρίζονται από το Εθνικό Scienceδρυμα Επιστημών με την επιχορήγηση αρ. 1736051.

Το έργο αναπτύχθηκε στο Lab for Playful Computation and Craft Tech Lab στο Πανεπιστήμιο του Colorado Boulder.

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, θέλετε να παρακολουθείτε τη δουλειά μου ή απλώς να ρίχνετε ιδέες, κάντε το στο Twitter μου: @4Eyes6Senses.

Με αυτό το έργο, ήθελα να πάρω την προηγούμενη αισθητήρια επέκταση που φοριέται και να την κάνω πιο ελαφριά, πιο οικονομική, καθώς και πιο εύκολη στην κατασκευή. Ακολουθεί μια επισκόπηση των διαφόρων στοιχείων και των λειτουργιών τους:

- Δύο σειρές προσαρμοσμένων συσκευών ευέλικτου αισθητήρα (συνολικά 4, 2 ανά πλευρά) λαμβάνουν απτικές πληροφορίες (κάμψη, κάμψη κ.λπ.) από αντικείμενα στο άμεσο περιβάλλον του χρήστη. Οι αρχικές πληροφορίες τάσης/αντίστασης που λαμβάνει κάθε αισθητήρας μετατρέπονται σε πληροφορίες γωνίας κάμψης (π.χ. γωνία κάμψης 10 μοιρών). Αυτές οι πληροφορίες γωνίας κάμψης μετατρέπονται στη συνέχεια σε αναλογική διαμόρφωση εξόδου διαμόρφωσης πλάτους παλμού και αποστέλλονται στους αντίστοιχους κινητήρες δόνησης στο μέτωπο του χρήστη.

- Κάθε ευέλικτος αισθητήρας whisker είναι προσαρτημένος σε ένα ProtoBoard 1 ιντσών και συνδέεται με ένα Arduino UNO που κάνει τη μετατροπή/μετατροπή.

- Τέσσερις κινητήρες δόνησης παρέχουν απτικά ερεθίσματα στο μέτωπο του χρήστη. Κάθε κινητήρας που χρησιμοποιείται συσχετίζεται με ένα μουστάκι, η ένταση του κινητήρα δόνησης βασίζεται σε ένα κατώφλι που θα οριστεί με βάση τον αισθητήρα του μουστάκι.

Προμήθειες

Λωρίδα πολυστερίνης πάχους 14 ", πλάτους 0,08", πάχους 0,03"

4 ιντσών αισθητήρας κάμψης/κάμψηςSugru

Βύσματα JST

Κινητήρες δόνησης

Σκληρά κορδέλες κεφαλής

ProtoBoard - Πλατεία 1"

Ένα κιτ σύρματος (προτείνω μόνωση σιλικόνης) ΣΗΜΕΙΩΣΗ: θα χρησιμοποιείτε περίπου 2-3 πόδια σύρμα για κάθε σύνδεση

Παχύ διαφανές ακρυλικό ή χαρτόνι 1/16"

Σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας

Υγρά καρφιά

47k αντιστάσεις

NITECORE ή άλλου τύπου κεφαλόδεσμο

Velcro

Βήμα 1: Συνέλευση μουστάκι

(Αποποίηση ευθυνών! Αυτό λαμβάνεται απευθείας από το προηγούμενο εκπαιδευτικό.)

Μου πήρε λίγο χρόνο για να αναπτύξω μια συσκευή αισθητήρα μουστάκι που ήταν αρκετά ευέλικτη για να μιμηθεί τα πραγματικά μουστάκια, αλλά αρκετά άκαμπτη για να επιστρέψει με συνέπεια σε ευθεία, μη λυγισμένη θέση. Κατέληξα να χρησιμοποιήσω έναν μονόδρομο αισθητήρα κάμψης/κάμψης 4 ιντσών από τα Flexpoint Sensor Systems (Βλέπε σχήμα 1). Ένα βύσμα JST είναι κολλημένο στα πόδια του αισθητήρα, στη συνέχεια μια λωρίδα πολυστερίνης πάχους 14 "μήκους, πλάτους 0,08", 0,03 "(Προμηθεύτηκα το δικό μου σε τοπικό κατάστημα υλικού) είναι κολλημένο με κόλλα σιλικόνης στον αισθητήρα, εφαρμόζεται θερμική συρρίκνωση και μια προστατευτική επίστρωση Sugru σχηματίζεται σε ολόκληρη τη βάση της μονάδας μουστάκι. Ακολουθούν οι αναλυτικές οδηγίες:

-Πάρτε το άκρο του βύσματος της υποδοχής JST 3 ακίδων και αφαιρέστε το κεντρικό καλώδιο (δείτε τα σχήματα 2-4)

- Τραβήξτε τα καλώδια του βύσματος για να σας απομείνει wire 1,5 εκατοστό σύρμα, στη συνέχεια απογυμνώστε και συγκολλήστε αυτά τα καλώδια στους πείρους του αισθητήρα (θυμηθείτε τον προσανατολισμό βύσματος/αισθητήρα). Χρησιμοποίησα θερμική συρρίκνωση για την παροχή μόνωσης (Βλέπε σχήματα 5, 6)

- Τοποθετήστε τη λωρίδα πολυστυρολίου στον αισθητήρα με κάποιο είδος εύκαμπτης κόλλας (χρησιμοποίησα κόλλα σιλικόνης Liquid Nails). Βεβαιωθείτε ότι στερεώνετε καλά τη λωρίδα στον αισθητήρα (Βλέπε σχήματα 7, 8)

- Πάρτε το Sugru (χρησιμοποίησα ένα πακέτο 5g) και πλάστε το γύρω από τη βάση του αισθητήρα/λωρίδας/βύσματος φροντίζοντας να περικλείσετε όλα αυτά τα εξαρτήματα. Επίσης, φροντίστε να εφαρμόσετε το Sugru αρκετά ψηλά για να ασφαλίσει πλήρως τη λωρίδα, αλλά όχι πολύ ψηλά για να περιορίσετε την ευκολία κίνησης/κάμψης του αισθητήρα. Με την ησυχία σου. Θα έχετε τουλάχιστον 30-45 λεπτά μέχρι να αρχίσει να σκληραίνει το Sugru. Πριν το αφήσετε να στεγνώσει, βεβαιωθείτε ότι το βύσμα σας ταιριάζει σωστά στην πλευρά της υποδοχής του συνδέσμου JST (Βλέπε σχήματα 9-13)

- Τέλος, προσκόλλησα ετικέτες στη συσκευή μουστάκι. Χρησιμοποιήθηκε η πλευρά (L/R) και η θέση αριθμού (1-4) (Βλέπε σχήματα 14, 15)

- Κάντε 3 ακόμη (ή όποιο αριθμό μουστάκια θέλετε). Φροντίστε να δημιουργήσετε κάθε μουστάκι με τον ίδιο τρόπο. Αυτό θα βοηθήσει στη βαθμονόμηση του αισθητήρα αργότερα.

Βήμα 2: Συνέλευση Whisker Mount

Τώρα που οι αισθητήρες flex whisker έχουν ολοκληρωθεί, μπορούμε τώρα να τους τοποθετήσουμε στο μάγουλο (εικόνα 1). Ο Metaterra σχεδίασε έναν κυρτό βραχίονα με δίσκο για τοποθέτηση, το έκανε χρησιμοποιώντας το Adobe Illustrator και χρησιμοποίησε ως υλικό διαφανές ακρυλικό πάχους 1/16 . ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Εάν δεν υπάρχει άμεσα διαθέσιμος κόφτης λέιζερ, μπορείτε να προσπαθήσετε χαρτόνι ή άλλο υλικό που κόβεται εύκολα, απλά εκτυπώστε το PDF και κόψτε το γύρω από το ίχνος ενώ είναι επικαλυμμένο σε χαρτόνι. Μετά την κοπή με λέιζερ, ανοίξτε τέσσερις τρύπες στο ακρυλικό και ύστερα πλέξτε τα βύσματα JST μέσα από τις οπές (εικόνα 1, 3 και 4), στη συνέχεια ενσωματώστε τα μουστάκια στο τμήμα δίσκου της βάσης χρησιμοποιώντας το Sugru. Ακολουθούν οι λεπτομερείς οδηγίες:

- Ανοίξτε το αρχείο διανύσματος του βραχίονα μουστάκι (PDF). Το υλικό που χρησιμοποιείται για αυτό το διδακτικό είναι ακρυλικό 1/16 και κόβεται με κόφτη λέιζερ.

- Τρυπήστε τέσσερις τρύπες στο μάγουλο. Παίξτε ελεύθερα με το μέγεθος της τρύπας καθώς και την απόσταση για να κάνετε τα μουστάκια όσο πιο κοντά ή μακριά θέλετε.

- Πλέξτε το βύσμα JST 2 ακίδων μέσα από τις οπές. βεβαιωθείτε ότι οι πλευρές με το άνοιγμα είναι στραμμένες η μία από την άλλη.

- Βεβαιωθείτε ότι οι θύρες μουστάκια βρίσκονται εκεί που θέλετε να είναι. Χρησιμοποιήστε το Sugru και πλάστε τα βύσματα JST στη θέση τους στο τμήμα δίσκου του κομματιού (αυτό με πήρε γύρω στα τέσσερα πακέτα Sugru). Με το Sugru θα έχετε περίπου 30 λεπτά μούχλας, οπότε πάρτε το χρόνο σας και βεβαιωθείτε ότι τα μουστάκια δεν θα επικαλύπτονται όταν είναι συνδεδεμένα και ότι τα βύσματα JST είναι προσανατολισμένα εκεί που τα θέλετε. Μόλις είστε ικανοποιημένοι με την τοποθέτηση, αφήστε το Sugru να στεγνώσει για μια μέρα.

- Σχήμα αναφοράς 9 και 10 για αυτό το βήμα, σημειώστε επίσης ότι στο σχέδιό μου: λευκό = 3.3V, μαύρο = GND και το κόκκινο είναι ο αναλογικός πείρος. Συγκολλήστε τα δύο άκρα του βύσματος JST στη μία πλευρά του 1 'ProtoBoard και, στη συνέχεια, επαναλάβετε με το άλλο μουστάκι. Δημιουργήστε ένα διαχωριστή τάσης χρησιμοποιώντας το σχέδιό μου ή αλλάξτε τη διάταξη (μπορείτε επίσης να δείτε τον οδηγό σύνδεσης εύκαμπτου αισθητήρα SparkFun).

- Για να στερεώσετε τα κομμάτια του μάγουλου στην κεφαλόδεση, χρησιμοποιούνται δύο βίδες/μπουλόνια για τη στερέωση του βραχίονα στη ζώνη κεφαλής (εικόνα 11).

Βήμα 3: Ενσωμάτωση κινητήρα δόνησης, κεφαλόδεσμος και ρύθμιση μπαταρίας

Η σύνδεση των κινητήρων δόνησης είναι αρκετά ευθεία προς τα εμπρός, το κόκκινο καλώδιο θα συνδεθεί με μια ψηφιακή ακίδα PWM στο Arduino και το μπλε θα συνδεθεί με το GND. Οι κινητήρες δόνησης είναι προσαρτημένοι σε μια κεφαλόδεσμο NITECORE χρησιμοποιώντας velcro, η τοποθέτηση βασίζεται στο μουστάκι που είναι δεμένο, οι εξωτερικοί κινητήρες δονήσεων είναι δεμένοι με τα μπροστινά μουστάκια και οι εσωτερικοί κινητήρες δονήσεων είναι συνδεδεμένοι με τα πίσω μουστάκια (Εικόνα 6).

- Συγκολλήστε σύρμα στα άκρα κάθε κινητήρα δόνησης, εφαρμόστε θερμοσυρρίκνωση σε κάθε σύνδεση, στη συνέχεια εφαρμόστε θερμική συρρίκνωση στο καλώδιο του κινητήρα δόνησης καθώς και τα πρόσφατα καλώδια συρρίκνωσης (Εικόνα 2), επαναλάβετε 3 φορές. Κολλήστε έναν δίσκο velcro (πλευρά γάντζου) στο πίσω μέρος του κινητήρα. Επαναλάβετε 3 φορές.

- Κόψτε μια λωρίδα velcro έτσι ώστε η συλλογή των καλωδίων του κινητήρα να μπορεί να συνδεθεί μεταξύ τους και να καλυφθεί με μπροστινό μέρος του μπροστινού κορδονιού NITECORE (Βλέπε εικόνα 5). Κολλήστε (χρησιμοποίησα σούπερ κόλλα) τη λωρίδα στο εσωτερικό-μπροστινό μέρος της κεφαλής και βάλτε τους κινητήρες στη λωρίδα στον ίδιο προσανατολισμό όπως τοποθετήσατε τις θύρες μουστάκι στο μάγουλο (Εικόνα 7)

- Χρησιμοποιήστε ένα κλιπ ή φερμουάρ για να συνδέσετε τα καλώδια του κινητήρα δόνησης, αυτό θα βοηθήσει στην προστασία των κινητήρων δόνησης από το να τραβηχτούν/σπάσουν (Εικόνα 7).

Βήμα 4: Μικροεπεξεργαστής και σύνδεση όλων σε ένα Arduino

Όλοι οι κινητήρες δόνησης και τα μουστάκια θα συνδεθούν με ένα Arduino UNO. Θα χρειαστείτε έναν επιπλέον πίνακα πρωτοτύπων που θα σας επιτρέψει να κολλήσετε 9 καλώδια GND και 4 καλώδια 3.3V. Επίσης, πιθανότατα θα χρειαστείτε ένα σετ σύνδεσης dupoint για να προσθέσετε ακίδες και περίβλημα στα καλώδια που πρέπει να συνδεθούν απευθείας στο Arduino. Τα καλώδια των πείρων του κινητήρα δόνησης (κόκκινο καλώδιο) συνδέονται με τις ψηφιακές ακίδες Arduino: 3, 9, 10, 11 (Αυτές οι ακίδες επιλέχθηκαν επειδή επιτρέπουν PWM). Τα καλώδια GND του κινητήρα δόνησης (μαύρο ή άσπρο) θα συγκολληθούν στον πίνακα πρωτοτύπων. Οι καρφίτσες μουστάκι (κόκκινο καλώδιο) θα συνδεθούν με τις αναλογικές ακίδες Arduino: A0, A1, A2, A3. Τα καλώδια VCC (λευκό καλώδιο) και τα καλώδια γείωσης (μαύρο) θα συγκολληθούν στον πίνακα πρωτοτύπων.

Βήμα 5: Εφαρμογή του Κώδικα

Εντάξει, τώρα ήρθε η ώρα να ανεβάσετε τον κωδικό. Υπάρχουν μερικά πράγματα που θα πρέπει να αλλάξετε προτού να είστε έτοιμοι να ανακατέψετε τον κόσμο.

- Αρχικά, χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο για να μετρήσετε τόσο την τάση εξόδου VCC όσο και την αντίσταση στην αντίσταση 10k. Εισαγάγετε αυτές τις τιμές στα αντίστοιχα σημεία στον κώδικα.

- Στη συνέχεια, ελέγξτε ξανά ότι όλες οι άλλες μεταβλητές έχουν οριστεί στις σωστές εισόδους/εξόδους (π.χ., mtr, flexADC, κλπ …).

- Στη συνέχεια, συνδέστε το Arduino και ανεβάστε τον κωδικό.

- Μόλις τεθεί σε λειτουργία, θα δείτε στη σειριακή οθόνη που θα εκτυπώσει το Bend + (αριθμός whisker). Τώρα ήρθε η ώρα να βαθμονομήσετε το μουστάκι (κάθε μουστάκι είναι μοναδικό και θα έχει ελαφρώς διαφορετική αντίσταση βάσης). Ρυθμίστε τη μεταβλητή STRAIGHT_RESISTANCE σε οποιαδήποτε εκτύπωση έχει η αντίσταση βάσης (δηλαδή, η μη λυγισμένη θέση του μουστάκι). Στη συνέχεια, ορίστε τη μεταβλητή BEND_RESISTANCE σε STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. Στον αρχικό κώδικα, αυτή η μεταβλητή προοριζόταν να αντικατοπτρίζει την έξοδο αντίστασης του αισθητήρα κάμψης σε κάμψη 90 μοιρών. Δεδομένου ότι τα μουστάκια μας δεν φτάνουν πουθενά κοντά σε μια πλήρη κάμψη 90 μοιρών (τουλάχιστον σε τυπικές καταστάσεις), η προσθήκη 30000,0 ohms στη βασική αντίσταση λειτουργεί μια χαρά. Ωστόσο, μπορείτε να ρυθμίσετε την αντίσταση κάμψης σε ό, τι λειτουργεί καλύτερα για εσάς. Εάν έχετε ρυθμίσει τα πάντα σωστά, τότε βλέπετε ότι όταν το μουστάκι είναι λυγισμένο, θα εκτυπωθεί μια γωνία κάμψης 0 μοιρών (περισσότερο ή λιγότερο). Στη συνέχεια, μπορείτε να ορίσετε τις τιμές κατωφλίου που θα ενεργοποιήσουν τους κινητήρες δόνησης με βάση τη γωνία. Μετά από αυτό, είστε έτοιμοι!

Βήμα 6: Τέλος

Έχετε τώρα ένα μουστάκι που μπορεί να φορεθεί και είστε έτοιμοι να (νιώσετε) τον κόσμο!

Εάν έχετε οποιεσδήποτε εμπεριστατωμένες ερωτήσεις, θέλετε να μάθετε για την αύξηση του ανθρώπου, θέλετε να συμβαδίσετε με τη δουλειά μου ή απλά να ρίξετε ιδέες, κάντε το στο Twitter μου:

Ευχαριστώ!