'Sup - miška za ljudi s kvadriplegijo - nizki stroški in odprti vir: 12 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Spomladi 2017 me je družina mojega najboljšega prijatelja vprašala, ali želim odleteti v Denver in jim pomagati pri projektu. Imata prijatelja Allena, ki ima zaradi nesreče na gorskem kolesarstvu kvadriplegijo. S Felixom (mojim prijateljem) sva naredila nekaj hitrih raziskav in se odločila, da Allenu zgradim "Sip-n-puff", v kombinaciji z igralno palico, ki mu bo omogočal dostop do istih funkcij kot običajna miška.

Sip-n-puff je vnosna naprava, ki uporabnikov vnese v obliki "Sip" ali "Puff" (Predstavljajte si, da srkate skozi slamico ali pihate mehurčke v svoji pijači). Tukaj ga združimo z igralno palico, da uporabniku omogočimo premikanje kurzorja po zaslonu, Sip-n-puff pa se uporablja za funkcije, kot so klikanje in drsenje.

Naprave Sip-n-puff niso nič novega, kombinacije krmilnih palic/sip-n-puff pa niso preveč redke-nakup takšne naprave pa vas bo stal okoli 500 do 1500 USD! Za Allena, ki nima vira dohodka, je to nemogoča cena. Naprava pa je pravzaprav zelo preprosta- v tem članku vam bom pokazal, kako jo sestaviti za slabih 50 USD!

Vsi modeli in koda so odprtokodni, kar pomeni, da jih lahko zgradite, ne da bi meni ali Felixu plačali niti centa! Če bi radi imeli le končano napravo brez dela, bi jo z veseljem naredil za vas. Podrobnosti so na koncu navodila.

Nazadnje, ker je to odprtokodna datoteka, lahko vse oblikovalske datoteke in kodo najdete na GitHubu:

Ali želite kupiti 'Sup? Podatke najdete na koncu tega navodila.

Posodobitev: Hvala vsem, ki ste glasovali za ta projekt! Zelo sem vesel, da sem zmagal na svojem prvem natečaju z navodili, darilno kartico Amazon pa sem dobro uporabil- kupljena orodja bi mi morala omogočiti, da v večjih količinah prinesem vsebino višje kakovosti.

Še nekaj: prijetno sem bil presenečen, ko sem na spletu videl dva članka, ki omenjata ta projekt! Največja zahvala Hackadayu in Open-electronics.org, ker sta ta članek ocenila kot vreden. Oboje najdete spodaj:

www.open-electronics.org/the-sup-low-cost-and-open-source-mouse-for-quadriplegics/

hackaday.com/2018/04/27/an-open-source-sip-and-puff-mouse-for-affordable-accessibility/

SUP je bil pred kratkim omenjen tudi v reviji New Mobility Magazine. Ta članek najdete tukaj:

www.newmobility.com/2018/12/the-revolution-will-be-3d-printed/

Zasluge in zahvale:

Mojem prijatelju Felixu in njegovi družini se dolgujem ogromno zahvale, ker so me odpeljali v Denver (kjer živi Allen) in plačali vse razen 3D tiskalnika. Resnično je pomagalo začeti razvoj in v kratkem času narediti SUP!

Dodatne zasluge gre tudi Felixu za večino 3D oblikovanja.

Nazadnje gre zahvala Allenu, da je nekdo, ki bi mu lahko pomagal, ki nam je bil pripravljen dovoliti vdor in ga vprašati, kako mu je všeč naš prototip, ki smo ga združili.

Korak: Orodja, deli in materiali

Tukaj je vse, kar potrebujete za izdelavo naprave. Preden naročite vse, preberite preostali del tablice in se prepričajte, da vam ustreza nabor spretnosti, ki jih boste morali sestaviti!

Deli:

• Arduino Pro Micro (natančneje Pro Micro, s priključkom USB in ATmega32u4)
• Senzor tlaka MPXV7002DP z odklopno ploščo
• Modul igralne palice
• Silikonske cevi za živila, 1/8 ID za 1/4 OD, približno 6"
• 3D natisnjeni deli, vredni <= 72 gramov
• Žice (uporabil sem ženske in ženske žice DuPont, nato sem odrezal konce)

Orodja:

• Spajkalnik (Ta likalnik 30w na Amazon deluje odlično)
• Pištola za vroče lepilo (visoka temperatura)
• 3D tiskalnik (Ali pa natisnite stvari prek storitve 3D tiskanja)
• Razno orodja, kot so klešče, izvijač z ravno glavo, brusni papir, oster majhen nož s tankim rezilom, škarje za žice

Materiali:

• Običajna nitka PLA (uporabil sem Hatchbox black PLA)
• Prilagodljiv filament, kot sta TPU ali NinjaFlex (Moj tiskalnik je dobil majhen zvitek zelenega TPU -ja. Lahko pa spremenite del ustnika, da sprejme cev manjšega premera, nato pa dobite 2,5 -milimetrsko cev, ki ustreza senzorju)

Skupni stroški delov znašajo približno 22 USD, brez žarilne nitke 3D tiskalnika. Ko dodate prilagodljivo roko in dolg kabel USB, skupaj stane približno 49 USD.

Upoštevajte, da so tukaj povezave večinoma najcenejše cene iz Kitajske! Ti bodo potrebovali vsaj mesec dni, da pridejo do vas. Če želite dele hitreje, boste morali plačati malo več za bližnje vire s hitrejšo pošiljko. Pričakujte skupne stroške do približno 75 USD.

2. korak: 3D tiskanje stvari

Vse datoteke STL najdete na https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, vse jih boste potrebovali.

Če nimate 3D tiskalnika, je na voljo veliko storitev 3D tiskanja. Če želite dobiti poceni tiskalnik, ki bo odlično deloval (in ne moti nekaj montaže), priporočam Anet A8. To je klon Prusa i3 za 150 dolarjev, ki mi je dobro deloval in ima odlično spletno skupnost.

Ohišje in okvir:

Tiskajte s podporami "povsod", na višini sloja 0,1-0,2 mm. Uporabil sem vrsto podpore "mreža", vendar je "črte" morda lažje odstraniti

GoProClip in FacePlate:

Tiskajte kot običajno, brez opore, višina sloja 0,1-0,2 mm

TubingAdapter:

1. Za tiskanje v fleksibilni nitki
2. Višina sloja 0,1
3. Umik OFF
4. Brez podpor

3. korak: Tiskanje in žarjenje ustnika

Preden greste in natisnete vse dodatne ustnike, je dobro, da se prepričate, da se pri žarjenju pravilno skrčijo.

Če želite biti znanstveni, natisnite AnnealingTestr.stl in ga izmerite pred in po žarjenju, da ugotovite natančen odstotek, ko se je skrčil/povečal in v kateri osi. Običajno se na osi X in Y pričakuje približno 5% krčenje, na osi Z pa približno 2% rast. S črno PLA in konvekcijsko pečjo Hatchbox black smo uspeli približno 2% krčiti na X in Y ter 1% rast na osi Z.

Ker pa je ta kos v resnici oblikovan le tako, da se zmerno dobro prilega igralni palici, vam ni treba biti zelo natančen. Z uporabo naših vrednosti za črno PLA Hatchbox, tukaj je postopek tiskanja ustnika:

1. Spremenite velikost X in Y na 103%, pustite Z takšnega, kot je (Prizadevamo si za približno 2% povečanje velikosti glede na prvotne dimenzije, potem ko ga žarimo, da se zmerno zlahka prilega krmilni palici)
2. Tisk z robom in podpora za "dotikanje gradbene plošče".
3. Napolnite 100% (tako da voda ne prodre vanjo)
4. Običajna hitrost tiskanja, višina sloja 0,1 mm
5. (Če imate ogrevano posteljo, jo nastavite na 50C)
6. Hotend pri 220C.

S temi vrednostmi se nisem veliko igral, ampak to sem uporabil za svoj tiskalnik (klon A Prusa i3, Anet A8).

Ko natisnete kos ali dva, jih poskusite žariti in preverite, ali ustrezajo.

Postopek žarjenja:

1. Pečico segrejte, po možnosti na nastavitvi konvekcije (če vaša pečica to počne), nekje blizu 158F ali 70C. Nekatere pečice ne bodo padle tako nizko, če je malo ugasnjeno, ni tako pomembno.
2. Počakajte, da se pečica segreje, nato vstavite kos (-e) na nekaj, kar jim bo preprečilo padanje.
3. Časovnik nastavite za eno uro in ga pustite. Ne odpirajte pečice, da jo preverite, saj lahko hladilni učinek moti postopek žarjenja.
4. Ko eno uro sedi tam, izklopite pečico in pustite, da se kos ohladi skupaj s pečico. Za to bi dobro deloval termometer, vendar vam ni treba biti zelo natančen, počakajte kakšno uro.
5. Ko se v bistvu ohladi, ga odstranite. Zdaj bi morala biti močnejša in, kar je še pomembneje, zdržati vrelo vodo in pranje v pomivalnem stroju.

4. korak: naknadna obdelava 3D natisov

Všeč mi je, da so moji 3D natisi čisti, vendar to pogosto pomeni veliko podpore. Če ste dele okvirja in ohišja natisnili s polnilom, kot je priporočeno, vas čaka še nekaj čiščenja! Tukaj je nekaj nasvetov in trikov, kako jih odstraniti.

Kot lahko vidite, sem za odstranjevanje nosilcev uporabil kombinacijo izvijača, klešč za igelni nos in žepnega noža. Izbral sem nosilce za "mrežo", ker delujejo bolje in ponavadi pridejo čisti in v enem kosu, vendar jih je težje odstraniti. Nekatere od njih lahko izstrelite le s hitrim udarcem izvijača, vendar pazite, da ne zlomite dejanskega dela- na delu okvirja je to enostavno narediti.

Del ohišja tiska z veliko podporno steno zadaj, kar je še posebej težko odstraniti. Zdi se mi, da je najbolje, če gremo po robovih z majhnim rezilom noža, nato pa ga poskusimo preluknjati in potegniti vstran. Nekaj bo dela, a potrpljenje se izplača!

Ko končate, lahko zavržete pokvarjen podporni material ali ga shranite, če ga resnično želite ponovno uporabiti …

5. korak: Preizkusite fit

Zdaj, ko je vse očiščeno, bi morali preizkusiti, ali so natisnjeni deli 3D.

Vsi moduli se sestavijo, kot je prikazano, in se morajo tesno prilegati. Če ne, poskusite natisniti Frame.stl v velikosti 101-102% in spremeniti velikost Case.stl, da se prilega.

Ustnik se mora prilegati z majhno silo, vendar se ne odlepi preveč enostavno. To je pravi čas, da se prepričate, da se silikonska cev prilega ustniku in adapterju. Ugotovil sem, da je najboljši način, da se varno namestite, tako, da vstavite konec, kolikor lahko, nato pa zavrtite cev, medtem ko jo potisnete, da se dobro namesti na spodnji rob luknje v adapterju.

Opomba: Na slikah uporabljam modul igralne palice, na katerega sem že spajkal žice- Vendar bi se moral običajni modul igralne palice dobro prilegati.

Korak 6: Pripravite igralno palico

Preden lahko žice spajkamo na igralno palico, se moramo znebiti starih zatičev. Ugotovil sem, da je najboljši način, da se čim bolj odrežemo, nato pa vsak zatič segrejemo s spajkalnikom in se dotaknemo tiskanega vezja, da izpade.

Ko odstranite stare zatiče, spajkajte dolžino žic (dolgih približno 20 cm) na modul krmilne palice. Pomaga imeti edinstvene barve za vsak zatič, tako da lahko zlahka ugotovite, katera žica gre kam kasneje.

7. korak: Shema

Zdaj, ko imamo 3D zasnovo, čas je za shematično in ožičenje!

Vezje je pravzaprav zelo preprosto, brez uporov ali zunanjih komponent, samo 3 različni moduli so med seboj povezani. Zgoraj sem predstavil shemo in preučil bom, kaj gre tukaj tudi:

Zlom senzorja tlaka:

• "A" gre na A0 na Arduinu
• "5V" gre v VCC na Arduinu
• "GND" gre na enega od zatičev GND na arduinu

Modul igralne palice:

• "GND" gre na enega od zatičev GND na Arduinu
• "+5V" gre na pin "RAW" na Arduinu
• "VRx" gre na A2 na Arduinu
• "VRy" gre na A1 na Arduinu
• "SW" gre na D2 na Arduinu (Tehnično bi moral biti med njim in GND tudi 10K uporni upor. Vendar ga trenutna koda ne uporablja, vseeno pa bi ga bilo težje uporabiti, zato …)

8. korak: Spajajte vse skupaj

Zdaj ste pripravljeni sestaviti vso elektroniko!

Module obvezno namestite, kot je prikazano! Želite, da žice potekajo skozi okvir in skozi zgornje ali spodnje reže, kjer se arduino pritrdi. Arduino bo ohlapen, vendar bodo žice potekale skozi okvir. Poglejte slike, prikazujejo, kaj mislim.

Začnite tako, da odstranite in kositrite konce vseh žic z igralne palice, če tega še niste storili. Nato ga na podlagi sheme in slik povežite na naslednji način.

• GND do GND (pin 23) na Arduinu
• +5V do zatiča RAW na Arduinu (tik ob pin GND)
• VRx do A2 na Arduinu
• VRy do A1 na Arduinu

Zaenkrat pustimo zatič SW, saj se spajka na vrh Arduina.

Če preidete na senzor tlaka, boste najprej želeli ugotoviti, katere žice so. Ob predpostavki, da je okvir obrnjen s krmilno palčko, usmerjeno neposredno stran od vas, je vrstni red žic naslednji:

• Zgornja žica: Analogni izhod "A", na Arduino pin A0
• Srednja žica: 5V, na Arduino pin VCC
• Spodnja žica: GND, do GND, pin 4, na vrhu.

Na tej točki lahko priključite tudi SW zatič iz krmilne palice, na pin 2 na Arduinu, tik ob zatiču GND.

Pazite, da žic ne upognete preveč, saj se bodo zlahka zlomile.

9. korak: Naložite program in preizkusite

Preden lepimo vse na svoje mesto, se prepričajmo, da deluje!

Če nimate Arduino IDE, ga boste morali prenesti z uradnega spletnega mesta Arduino na naslovu Arduino.cc. Brezplačno je, čeprav vas bodo povabili, da donirate, če želite.

Ko naložite in namestite IDE, prenesite datoteko SupSipNPuff_Final.ino s strani github in jo odprite v IDE.

Če ga želite naložiti v Arduino, pojdite v "Orodja", "Deska" in izberite "Arduino/Genuino Micro". V istem meniju pod "Vrata" izberite vse, kar je na voljo, bi moralo izgledati nekako kot "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Če se ne prikaže, boste morda morali počakati, da operacijski sistem namesti gonilnike, vendar mora to storiti samodejno.

Kliknite gumb za nalaganje (okrogel modri gumb s puščico zgoraj levo) ali pritisnite Ctrl/U (ali enakovredno), da naložite program. Ko vrstica napredka na dnu izgine in piše »Končano nalaganje«, ste pripravljeni na preizkus!

Za preizkus najprej znova namestite ustnik in cev (cev pritrdite na zgornji odprtino senzorja s pomočjo adapterja), nato pa jo držite pred usti in premikajte ustnik. Miško bi moral premakniti na zaslon. Poskusite s trdim vdihom ali požirkom na levi/desni klik in mehkimi požirki/vdihi za pomikanje navzgor ali navzdol. Prav tako lahko držite trd požirek ali vdih, da pritisnete "gumb miške". Če imate težave, si zamislite ustnik kot slamico. Namesto da bi skozinjo pihali ali vdihavali, ustvarite pritisk z usti, tako kot s slamico.

Če je ena ali več osi obrnjenih, je to preprosta rešitev:

1. Prepričajte se, da imate datoteko SipNPuffMouse odprto v IDE
2. Pomaknite se po programu, dokler ne najdete vrstice z napisom "Mouse.move (branje [0], -čitavanje [1], 0);«
3. Prva vrednost "branje [0]" je premik X (vodoravno), druga "branje [1]" pa Y (navpično premikanje. Odvisno od tega, katero je obrnjeno, dodajte ali odstranite znak minus pred vrstico "branje [x]", da spremenite vrednost.
4. Znova naložite program in ga preizkusite!

(Opomba: Drug preprost način za iskanje vrstice je uporaba Ctrl/F. To veliko uporabljam pri delu s kodo!)

Korak: Vroče lepilo

Zdaj, ko vaš Sip-n-puff deluje, je čas, da sestavite končni izdelek! Morda ste ponosni na to, kako lepo izgleda ožičenje, vendar nekateri raje, da je vse to prekrito z dolgočasno plastiko, zato jih bomo dolžni.

Pred tem moramo vse zavarovati v notranjosti, da se ne razveljavijo, ko so stvari priključene.

1. Za Arduino Micro dajte veliko vročega lepila. Lepimo ga na palico, ki ločuje mesto, kjer žice izstopajo zgoraj in spodaj.
2. Če lahko, potisnite senzor tlaka nekoliko nazaj, v vložek vstavite košček vročega lepila, nato pa ga potisnite naprej po blobu. Dodajte še nekaj na straneh, da se pritrdite, kot se vam zdi primerno. Vroče lepilo ne poškoduje elektronike, vendar pazite, da ne pride v odprtine, ki prihajajo iz senzorja tlaka, kjer povezujemo cev.
3. Dodajte veliko vročega lepila na žice, ki prihajajo iz modula Joystick. To verjetno ni potrebno, saj jih ne bomo več premikali, vendar je dobro, če bo kdaj izpostavljen ekstremnim vibracijam …

Zdaj, ko so vsi deli na svojem mestu, okvir potisnite v ohišje. Najprej morate odstraniti cev. Zdaj centrirajte prednjo ploščo nad modulom Joystick, nato dodajte lepilo na mesta, kjer se dotika okvirja (Ni tako, saj ga boste morda pozneje morali izvleči). Ko je nastavljen, lahko okvir potisnete nazaj in nato dodate še vročega lepila vzdolž strani okvirja, kjer se dotika sprednje plošče, samo da ga okrepite.

Nenazadnje: na strani ohišja, ki nima odprtine za cev in priključek USB, površino nekoliko pobrusite, da jo ostrgate, na območju, kjer želite namestiti pritrdilni del. Enako storite z dnom pritrdilnega dela, nato ga namažite z lepilom in trdno pritrdite na ohišje. Ko je nastavljen, lahko presežek odrežete z majhnim nožem, da dobite bolj profesionalen videz. (Haha)

11. korak: Nastavitev in uporaba

Zdaj, ko ste pripravljeni za uporabo naprave, je tukaj nekaj nasvetov za nastavitev.

Allenova soba ima televizor z velikim zaslonom z vhodom HDMI, ki sedi na steni čez njegovo sobo od postelje. Njegov prenosni računalnik smo postavili na omaro pod zaslonom in ga povezali. Če to nastavite v sobi, poiščite nekaj, kar je daljše od 15 čevljev. Mislili smo, da bo dovolj, vendar ni bilo tako ohlapno, kot bi si želel.

Za držanje naprave smo to roko kupili na Amazonu za 19,50 USD. To je 25 -palčna fleksibilna roka, zasnovana za držanje spletne kamere ali GoPro, s sponko, ki odlično deluje pri vpenjanju na mizo ali posteljo. Na njej je nameščen nosilec v slogu GoPro, ki smo ga oblikovali tako, da ga varno pritrdimo.

Ko smo ga najprej pripeljali k Allenu, sem bil presenečen nad tem, kaj je pravzaprav treba spremeniti. Kar se tiče naprav, je hotel le, da malo upočasnimo kazalec, kar sem od takrat tudi naredil. V resnici pa je želel še nekaj glasovnega upravljanja za svoj računalnik, da bi čim bolj odpravil uporabo zaslonske tipkovnice. Sip-n-puff lahko uporabite v kombinaciji z nekaterimi orodji za ljudi s posebnimi potrebami v računalniku, da povečate učinkovitost. Seznam vsega, kar smo naredili za njegov računalnik, je spodaj:

• Nastavite Cortano, da se kadar koli odzove na "Hej Cortana".
• Namestila je zaslonsko tipkovnico in na namizje dodala bližnjico.
• Ustvaril je skript z orodjem AutoHotKey za odpiranje orodja za narekovanje Window 10 (Win/H).
• Nameščen Firefox ter Adblock in AdBlockPlus. (Cortana žal še vedno uporablja Edge, vendar dobite, kar dobite)
• Prilagojen grafični vmesnik in ikone ter besedilo na 125%
• V Firefoxu je nameščen vtičnik za glasovno iskanje s pritiskom na gumb (na spletnih mestih, kot je Google)
• Namestil je CCleaner, da bi poskušal hitreje zagnati računalnik (verjetno ni potrebno, vendar je bil njegov prenosnik nizkocenovni model in je še vedno precej počasen. Uspelo mi je nekoliko pospešiti.)

Mislim, da bo najbolj uporabljal Cortanovo funkcijo glasovnega iskanja, zato morda večina funkcij firefoxa ne bo uporabljena. Imel je že google dom in Alexa, zato bi se moral na Cortano kar hitro navaditi.

Druga dobra stvar je, da natisnete uporabniški priročnik (seveda ga najdete na GitHubu) in ga pustite pri napravi, tako da lahko katera koli medicinska sestra ve, kako se odstrani ustnik, in uporabnika opomni, kako ga uporabljati, če potrebno.

Še nekaj: z vsemi razpokami in odprtinami v 3D tiskanem delu bo zbral bakterije, če za njih ne bo ustrezno poskrbljeno. V priročniku za uporabo priporočamo, da naredite dodatne ustnike in jih vsaj enkrat tedensko operete v pomivalnem stroju ali jih sterilizirate v vreli vodi. To jim bo pomagalo, da bodo čisti!

12. korak: Končano

Upajmo, da ste do sedaj dokončali delujočo miško Sip-N-Puff in da bo nekdo znal uporabljati računalnik!

Če ne, sem vedno tu, da vam pomagam in bi rad slišal o vseh vaših težavah ali povratnih informacijah.

Druga slika: To je izboljšana različica programa „Sup“, ki obravnava pomisleke glede bakterij. Vključuje dihalni filter in ustnik iz nerjavečega jekla. Ustnik lahko steriliziramo in zamenjamo dihalne filtre, da zagotovimo, da bakterije ne morejo vstopiti v napravo in ne rastejo na ustniku.

Bi radi kupili 'Sup?

Nimam spletne trgovine, vendar z veseljem sestavim izboljšano 'Sup for you!

Če želite kupiti 'Sup, me lahko kontaktirate na Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Cena: Če ste pripravljeni čakati 3-4 mesece, bodo stroški okoli 120 USD, vključno z pošiljanjem, 15-metrskim kablom USB in montažno roko. (Čakanje je, ker dobavljam dele iz Kitajske, dostava pa traja 1-3 mesece.)

Prva nagrada na natečaju za mikrokrmilnik