Haptic Glove for the Blind: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Το γάντι Haptic είναι μια συσκευή για τυφλούς ή/και άτομα με προβλήματα όρασης που παρέχει στον χρήστη πληροφορίες σχετικά με τα εμπόδια στο άμεσο περιβάλλον τους. Το γάντι χρησιμοποιεί δύο αισθητήρες υπερήχων που αναφέρουν την απόσταση και τον προσανατολισμό των αντικειμένων. Ανάλογα με το τι ανιχνεύουν αυτοί οι αισθητήρες, οι κινητήρες δόνησης που τοποθετούνται σε όλο το γάντι δονούνται σε μοναδικά μοτίβα για να μεταφέρουν αυτές τις πληροφορίες στον χρήστη.

Βήμα 1: Λίστα αναλωσίμων

Ηλεκτρονικός:

- #1201: Δόνηση Mini Motor Disc - ERM (x4) [1,95 $ ετη.]

- #2305: Adafruit DRV2605L Haptic Motor Controller (x4) [$ 7,95 εκ.]

- #659: FLORA - Φορητή ηλεκτρονική πλατφόρμα - Συμβατό με Arduino [14,95 $]

- HC-SR04 Αισθητήρες υπερήχων απόστασης (x2) [2,99 $ ετη.]

- #2717: TCA9548A I2C Multiplexer [6,95 $]

- #3287: 3 υποδοχή μπαταρίας AA με βύσμα JST [2,95 $]

- #1608: Adafruit Perma-Proto Quarter-sized Breadboard PCB- Single [$ 2,95]

- Καλωδιοταινία

- Αντίσταση 200 και 220 ohm

Κατασκεύασμα:

Λωρίδες Velcro [2,98 $]

- #615: Σετ βελόνας - 3/9 μεγέθη - 20 βελόνες [$ 1,95]

- Νεοπρένιο ή οποιοδήποτε άλλο ανθεκτικό ύφασμα

Συνολικό κόστος: $ 78,31

Τα περισσότερα εξαρτήματα αγοράστηκαν από το Adafruit.com

Βήμα 2: Breadboarding

Το πρώτο βήμα είναι να συνδέσετε όλα τα εξαρτήματά σας χρησιμοποιώντας ένα breadboard, ώστε να μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι όλα λειτουργούν σωστά πριν τα στερεώσετε στο τελικό προϊόν. Το παρακάτω διάγραμμα κυκλώματος και η εικόνα θα σας δώσουν μια ιδέα για το πού πρέπει να συνδεθούν όλα. Ακολουθεί μια ανάλυση του τι κάνει κάθε στοιχείο:

Arduino Uno/FLORA

Αυτός είναι ο μικροελεγκτής, το οποίο είναι το τμήμα που μπορεί να προγραμματιστεί. Παρέχει επίσης ισχύ σε όλα τα εξαρτήματα της μπαταρίας. Αρχικά έβαλα τα πάντα σε ένα Arduino Uno αφού έχει παροχή 5v, αλλά στη συνέχεια το αντικατέστησα με μια μπαταρία FLORA και 3 AA (4,5v).

Ελεγκτής Haptic Motor

Αυτοί οι ελεγκτές συνδέονται απευθείας με κάθε κινητήρα δόνησης και σας επιτρέπουν να προγραμματίζετε κάθε κινητήρα δόνησης ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, ενώ έχουν επίσης το πλεονέκτημα ότι περιλαμβάνουν μια προκαθορισμένη βιβλιοθήκη εφέ κραδασμών. Αυτά δεν είναι κρίσιμα για τη λειτουργία του γαντιού, αλλά καθιστά πολύ πιο εύκολο τον προγραμματισμό, καθώς δεν χρειάζεται να προγραμματίσετε τα δικά σας σχέδια δόνησης από την αρχή.

Muliplexer

Αυτό λειτουργεί απλώς ως ένα είδος επέκτασης, καθώς δεν υπάρχουν αρκετές ακίδες SCL/SDA στο FLORA για να χωρέσουν όλοι οι απτικοί ελεγκτές κινητήρα. Σας επιτρέπει επίσης να επικοινωνείτε ανεξάρτητα με κάθε απτικό ελεγκτή κινητήρα, εκχωρώντας μια μοναδική διεύθυνση σε κάθε ένα.

Κινητήρες δόνησης

Αυτά είναι που παρέχουν στον χρήστη τα απτικά σχόλια. Δονούνται σε ορισμένα μοτίβα ανάλογα με τον τρόπο προγραμματισμού τους. Περισσότερα για το πώς λειτουργούν εδώ.

Αισθητήρες υπερήχων

Αυτοί οι αισθητήρες είναι αυτοί που μετρούν την απόσταση των αντικειμένων μπροστά τους. Το κάνουν αυτό στέλνοντας ένα σήμα "σκανδάλης", το οποίο αναπηδά από τυχόν κοντινά αντικείμενα και επιστρέφει ως σήμα "ηχώ". Το πρόγραμμα είναι τότε σε θέση να ερμηνεύσει τον χρόνο καθυστέρησης και να υπολογίσει κατά προσέγγιση απόσταση. Φροντίστε να τους χαρακτηρίσετε "αριστερά" και "δεξιά", ώστε να μην μπερδευτείτε αργότερα. Περισσότερα για το πώς λειτουργούν εδώ.

Βήμα 3: Κωδικοποίηση

Τώρα που όλα είναι συνδεδεμένα, μπορείτε να κατεβάσετε τον κωδικό στο FLORA σας και να τον δοκιμάσετε. Κατεβάστε το παρακάτω αρχείο και τις απαραίτητες βιβλιοθήκες (συνδέονται παρακάτω). Αυτό το παράδειγμα κώδικα έχει τις συναρτήσεις που παρατίθενται στον παραπάνω πίνακα.

Για να δοκιμάσετε τον κώδικα, τοποθετήστε ένα μεγάλο επίπεδο αντικείμενο σε απόσταση μικρότερη από 6 ίντσες από τον αισθητήρα υπερήχων στα δεξιά. Το ενσωματωμένο RBG θα αναβοσβήνει γρήγορα μπλε. Καθώς μετακινείτε το αντικείμενο πιο μακριά, το αναβοσβήσιμο θα πρέπει να γίνεται λιγότερο γρήγορο. Ταυτόχρονα, ένας από τους κινητήρες δόνησης (που αργότερα θα τοποθετηθεί στον αντίχειρα) θα δονείται γρήγορα όταν το αντικείμενο είναι λιγότερο από 6 ίντσες μακριά και θα αρχίσει να δονείται με λιγότερη ισχύ όσο το απομακρύνετε. Αυτό το ίδιο μοτίβο πρέπει να ισχύει για τον αριστερό αισθητήρα υπερήχων, μόνο με πορτοκαλί φως αντί για μπλε

Είχα προσθέσει ένα επιπλέον χαρακτηριστικό, το οποίο είναι ότι το RBG πρέπει να αναβοσβήνει ροζ και οι αισθητήρες δόνησης του μεσαίου δακτύλου και της παλάμης πρέπει να δονούνται όταν και οι δύο αισθητήρες ανιχνεύουν ένα αντικείμενο σε απόσταση μικρότερη των 6 ίντσες. Ωστόσο, αυτό το χαρακτηριστικό δεν είναι πολύ αξιόπιστο. Κράτησα τους κινητήρες δόνησης του μεσαίου δακτύλου και της παλάμης στον τελικό σχεδιασμό σε περίπτωση που οι άνθρωποι θέλουν να καταλήξουν σε μια πιο δημιουργική λειτουργία γι 'αυτούς.

* ΜΗΝ* συνδέστε την πλακέτα FLORA στον υπολογιστή μέσω usb ενώ η εξωτερική μπαταρία είναι ακόμα συνδεδεμένη! Πάντα να το αποσυνδέετε πρώτα από την εξωτερική μπαταρία.

* ΠΡΙΝ* λήψη του παραδείγματος κώδικα που παρέχεται εδώ, θα χρειαστεί να κατεβάσετε τις ακόλουθες βιβλιοθήκες/προγράμματα οδήγησης:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Εάν ο κώδικας δεν φαίνεται να λειτουργεί ή οι αισθητήρες/κινητήρες σας δεν αποκρίνονται:

- Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τη σωστή θύρα COM στο πρόγραμμα Arduino.

- Βεβαιωθείτε ότι οι κινητήρες δονήσεών σας είναι πλήρως συνδεδεμένοι με το χειριστήριο ψωμιού/απτικού κινητήρα. Τα καλώδια που τα συνδέουν είναι πολύ λεπτά και μπορούν εύκολα να χαλαρώσουν.

- Ελέγξτε ξανά ότι δεν έχετε μπερδέψει τα καλώδια SCL/SDA (πολυπλέκτης) ή τα καλώδια ECHO και TRIG (αισθητήρας υπερήχων). Δεν θα λειτουργήσει αν αυτά αλλάξουν.

- Εάν όλα λειτουργούν κανονικά όταν είναι συνδεδεμένα μέσω usb, αλλά δυσλειτουργούν όταν συνδέονται με τις εξωτερικές μπαταρίες, είναι πιθανώς η ώρα να τα αντικαταστήσετε με φρέσκες μπαταρίες.

Βήμα 4: Συγκόλληση συνδέσεων δεδομένων

Τώρα που επιβεβαιώθηκε ότι ο κώδικας λειτουργεί, μπορείτε να ξεκινήσετε τη συναρμολόγηση του τελικού προϊόντος. Ξεκίνησα αρχικά σχεδιάζοντας όλες τις συνδέσεις στο περίγραμμα ενός χεριού, προκειμένου να απεικονίσω όλες τις τελικές συνδέσεις. Επικεντρώθηκα σε όλες τις συνδέσεις δεδομένων πρώτα και στη συνέχεια σύρμασα τις γραμμές τροφοδοσίας και γείωσης στο τέλος. Επίσης σε αυτό το στάδιο ξέχασα να κολλήσω τις αντιστάσεις στις ακίδες ECHO και GND των αισθητήρων υπερήχων (ωχ), οπότε δεν είναι στην εικόνα. Κατέληξα να τα προσθέσω όταν συνδέσα τους αισθητήρες υπερήχων στο "διανομέα" στο κέντρο του γαντιού.

Ξεκίνησα κολλώντας όλες τις συνδέσεις με το FLORA και προχώρησα μέσω του πολυπλέκτη, των απτικών ελεγκτών κινητήρα και των κινητήρων δόνησης. Ενισχύω τις συνδέσεις μου με θερμή κόλλα, σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας και ηλεκτρική ταινία.

Σε όλες τις εικόνες το χρώμα του καλωδίου αντιστοιχεί στις ακόλουθες συνδέσεις:

ΚΟΚΚΙΝΟ: δύναμη

ΜΑΥΡΟ: αλεσμένο

ΚΙΤΡΙΝΟ: scl

ΛΕΥΚΟ: sda

ΠΡΑΣΙΝΟ: μοτέρ (-)

ΓΚΡΙ: μοτέρ (+)

BROWN: υπερηχητικός αισθητήρας ηχώ

ΠΟΡΤΟΚΑΛΙ: σκανδάλη αισθητήρα υπερήχων

Βήμα 5: Κατασκευή του γαντιού

Το γάντι αποτελείται από τα ακόλουθα εξαρτήματα:

Κύριο σώμα γαντιών (που συγκρατεί τους κραδασμούς της παλάμης)

- 3 ιμάντες δακτύλων (ροζ, μεσαίο, αντίχειρα), οι οποίοι συγκρατούν 3 από τους κινητήρες δόνησης

- Ιμάντας βραχίονα για να συγκρατεί τη μπαταρία

Αποφάσισα για ένα σχέδιο γαντιών χωρίς δάχτυλα για λόγους απλότητας και μπορείτε να δείτε το γενικό πρότυπο παραπάνω. Αυτό το σκίτσο δεν είναι σε κλίμακα και πιθανότατα θα πρέπει να προσαρμόσετε το μέγεθος ώστε να ταιριάζει στο χέρι σας. Προορίζεται να φορεθεί στο αριστερό χέρι. Αρχικά ανακάλυψα το σχέδιο στην κάτω πλευρά κάποιου υφάσματος και στη συνέχεια χρησιμοποίησα ένα μαχαίρι Xacto για να το κόψω. Δημιούργησα τα κομμάτια των δακτύλων κόβοντας λωρίδες υφάσματος αρκετά μακριές για να τυλίξω τα δάχτυλά μου και ράβοντας ιμάντες Velcro για να τα κρατήσω στη θέση τους. Στη συνέχεια έφτιαξα θήκες για να στεγάσω τους κινητήρες δόνησης και τους έραψα στους ιμάντες δακτύλων καθώς και στη μέση της κάτω πλευράς του κύριου σώματος γαντιών (κοντά στην παλάμη).

Αυτός ο σχεδιασμός απαιτεί ελάχιστο ράψιμο και ράβω μόνο σε αυτά τα σενάρια:

- Κολλήστε/ενισχύστε τις λωρίδες Velcro στο ύφασμα.

- Ράψτε τα σακουλάκια του κινητήρα δόνησης στους ιμάντες δακτύλων και το κύριο σώμα του γαντιού.

- Κατασκευάστε τη θήκη της μπαταρίας στον ιμάντα βραχίονα.

Βήμα 6: Assemby (Μέρος 1)

Τώρα που το γάντι συναρμολογήθηκε και όλες οι καλωδιώσεις ολοκληρώθηκαν, άρχισα να κολλάω τα ηλεκτρικά εξαρτήματα στο γάντι. Για αυτό το βήμα, ακολούθησα το σχέδιο που έκανα νωρίτερα και έθεσα όλα τα κομμάτια. Τότε άρχισα να τα ράβω χρησιμοποιώντας σπάγκο. Κατέληξα να τοποθετήσω τα απτικά χειριστήρια κινητήρα στην αριστερή πλευρά του γαντιού αντί για το επάνω μέρος, διότι ήταν πιο λογικό έτσι όταν ξεκίνησα τη συναρμολόγηση.

Βήμα 7: Συναρμολόγηση (Μέρος 2 - PWR + GND)

Τέλος, συνέδεσα όλα τα εξαρτήματά μου με τη δύναμη και τη γείωση. Για να το κάνω αυτό, έστησα μια ράγα γείωσης και ισχύος στο μικρό μου breadboard, συνδέοντάς το με το gnd και το pwr του FLORA. Συνδέσα τους απτικούς ελεγκτές κινητήρα και τον πολυπλέκτη μου σε αυτές τις ράγες. Έπειτα συνέδεσα τους υπερηχητικούς μου αισθητήρες σε pwr και gnd, αλλά επίσης εκμεταλλεύτηκα τον επιπλέον χώρο στο breadboard για να προσθέσω τις αντιστάσεις που είχα ξεχάσει νωρίτερα. Αυτές οι αντιστάσεις είναι απαραίτητες καθώς δημιουργούν ένα διαχωριστικό που μειώνει την τάση του σήματος ECHO, το οποίο πηγαίνει πίσω στο FLORA.

Wasταν λίγο επισφαλές να κολλήσετε τις συνδέσεις gnd και pwr αφού όλα ήταν ήδη ραμμένα, οπότε ίσως θελήσετε να κάνετε πρώτα όλη τη συγκόλληση. Είχε νόημα να περιμένω γιατί ακόμα δεν ήμουν απόλυτα σίγουρος ποια θα ήταν η τελική διάταξη όλων των εξαρτημάτων.

Χρησιμοποιώντας λίγη κόλλα Gorilla, προσκόλλησα ένα μικρό θραύσμα ξύλου στο γάντι για να ανυψώσω το ψωμί και πρόσθεσα Velcro για να κολλήσει το σανίδι στο ξύλο (δείτε την εικόνα παραπάνω). Το έκανα έτσι ώστε να μπορώ εύκολα να το σηκώσω και να ελέγξω για σορτς.

Το τελευταίο βήμα είναι να κολλήσετε θερμά τους υπερηχητικούς σας αισθητήρες και στις δύο πλευρές του ανυψωμένου σανιδιού.

ΚΑΙ ΕΓΙΝΕΣ!