Haptične rokavice za slepe: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Haptična rokavica je naprava za slepe in/ali slabovidne, ki uporabniku posreduje informacije o ovirah v njihovi neposredni okolici. Rokavica uporablja dva ultrazvočna senzorja, ki poročata o razdalji in orientaciji predmetov. Odvisno od tega, kaj ti senzorji zaznajo, vibracijski motorji, nameščeni po rokavici, vibrirajo v edinstvenih vzorcih, da te informacije posredujejo uporabniku.

1. korak: Seznam zalog

Elektronski:

- #1201: Vibracijski disk z majhnim motorjem - ERM (x4) [1,95 USD ea.]

- #2305: Krmilnik haptičnega motorja Adafruit DRV2605L (x4) [7,95 USD ea.]

- #659: FLORA - Nosljiva elektronska platforma - Arduino združljivo [14,95 USD]

- HC-SR04 ultrazvočni senzorji razdalje (x2) [2,99 USD ea.]

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

- #3287: 3 držalo za baterije AA s priključkom JST [2,95 USD]

- #1608: PCB plošče Adafruit Perma-Proto v četrtinski velikosti- enojna [2,95 USD]

- Tračni kabel

- 200 in 220 ohmski upori

Izdelava:

- Velcro trakovi [2,98 USD]

- #615: Komplet igel - 3/9 velikosti - 20 igel [1,95 USD]

- Neopren ali katera koli druga trpežna tkanina

Skupni stroški: 78,31 USD

Večina komponent je bila kupljenih na Adafruit.com

Korak: Breadboarding

Prvi korak je, da vse svoje komponente povežete s ploščico, tako da se lahko prepričate, da vse delujejo pravilno, preden jih pritrdite na končni izdelek. Naslednji diagram vezja in slika vam bosta predstavila, kje vse je treba povezati. Tu je razčlenitev, kaj počne vsaka komponenta:

Arduino Uno/FLORA

To je mikrokrmilnik, ki je del, ki ga je mogoče programirati. Prav tako napaja vse komponente iz baterije. Sprva sem vse priključil na Arduino Uno, saj ima napajanje 5V, nato pa sem ga zamenjal z baterijami FLORA in 3 AA (4,5 V).

Krmilnik haptičnega motorja

Ti krmilniki se povežejo neposredno z vsakim vibracijskim motorjem in vam omogočajo programiranje vsakega vibracijskega motorja neodvisno drug od drugega, hkrati pa imajo prednost, da vključujejo vnaprej določeno knjižnico učinkov vibracij. Ti niso ključni za delovanje rokavic, vendar veliko olajšajo programiranje, saj vam ni treba programirati lastnih vzorcev vibracij od začetka.

Muliplexer

To preprosto deluje kot nekakšen razširjevalnik, saj na FLORI ni dovolj zatičev SCL/SDA, ki bi lahko namestili vse krmilnike haptičnih motorjev. Omogoča vam tudi neodvisno komunikacijo z vsakim krmilnikom haptičnega motorja, tako da vsakemu dodelite edinstven naslov.

Vibracijski motorji

To je tisto, kar uporabniku zagotavlja haptične povratne informacije. Vibrirajo v določenih vzorcih, odvisno od tega, kako jih programirate. Več o tem, kako delujejo tukaj.

Ultrazvočni senzorji

Ti senzorji merijo razdaljo predmetov pred njimi. To storijo tako, da pošljejo "sprožilni" signal, ki se odbije od vseh bližnjih predmetov in se vrne kot "odmevni" signal. Program lahko nato interpretira čas zakasnitve in izračuna približno razdaljo. Pazite, da jih označite z levo in desno, da se kasneje ne zmedete. Več o tem, kako delujejo tukaj.

3. korak: Kodiranje

Zdaj, ko je vse povezano, lahko prenesete kodo v FLORA in jo preizkusite. Prenesite spodnjo datoteko in potrebne knjižnice (spodaj povezano). Ta primer kode ima funkcije, navedene v zgornji tabeli.

Če želite preizkusiti kodo, postavite velik ploski predmet manj kot 6 centimetrov stran od ultrazvočnega senzorja na desni. RBG na vozilu mora hitro utripati modro. Ko premaknete predmet dlje, mora utripanje postati manj hitro. Hkrati bo eden od vibracijskih motorjev (ki bo pozneje postavljen na palec) hitro vibriral, ko je predmet oddaljen manj kot 6 palcev, in začel vibrirati z manj moči, kolikor dlje premaknete predmet. Isti vzorec bi moral veljati za levi ultrazvočni senzor, le z oranžno svetlobo namesto modre

Dodal sem dodatno funkcijo, to je, da mora RBG utripati rožnato, senzorji vibracij srednjega prsta in dlani pa naj zavibrirajo, ko oba senzorja zaznata predmet, ki je manj kot 6 centimetrov stran. Vendar ta funkcija ni zelo zanesljiva. V končni zasnovi sem ohranil motorje z vibracijami srednjega prsta in dlani, če bi jim ljudje želeli ustvariti bolj ustvarjalno funkcijo.

* NE* priključite plošče FLORA v računalnik prek USB -ja, medtem ko je zunanja baterija še priključena! Vedno ga najprej izključite iz zunanje baterije.

* PRED* prenosom vzorčne kode, ki je na voljo tukaj, boste morali prenesti naslednje knjižnice/gonilnike:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Če se zdi, da koda ne deluje ali se vaši senzorji/motorji ne odzivajo:

- Prepričajte se, da ste v programu Arduino izbrali pravilna vrata COM.

- Prepričajte se, da so vaši vibracijski motorji v celoti priključeni na krmilno ploščo/krmilnike haptičnih motorjev. Žice, ki jih povezujejo, so zelo tanke in se zlahka zrahljajo.

- Dvakrat preverite, ali niste pomešali žic SCL/SDA (multiplekser) ali žic ECHO in TRIG (ultrazvočni senzor). Ne bo delovalo, če jih preklopite.

- Če pri priključitvi prek USB -ja vse deluje normalno, pri priključitvi na zunanje baterije pa prihaja do napake, je verjetno čas, da jih zamenjate s svežimi.

4. korak: Spajkanje podatkovnih povezav

Zdaj, ko je koda potrjena, da deluje, lahko začnete s sestavljanjem končnega izdelka. Začel sem tako, da sem najprej narisal vse povezave na obrisu roke, da bi si vizualiziral vse končne povezave. Najprej sem se osredotočil na vse podatkovne povezave, nato pa na koncu ožičil napajalni in ozemljitveni vod. Tudi na tej stopnji sem pozabil spajkati upore na zatiča ECHO in GND ultrazvočnih senzorjev (oops), zato nista na sliki. Na koncu sem jih dodal, ko sem ultrazvočne senzorje priključil na "zvezdišče" na sredini rokavice.

Začel sem s spajkanjem vseh priključkov na FLORA in se povzpel skozi multiplekser, krmilnike haptičnih motorjev in motorje z vibracijami. Svoje povezave sem okrepil z vročim lepilom, toplotno skrčljivo cevjo in električnim trakom.

Na vseh slikah barva žice ustreza naslednjim povezavam:

RDEČA: moč

ČRNA: mlet

RUMENI: scl

BELA: sda

ZELENO: motor (-)

SIVA: motor (+)

BROWN: ultrazvočni odmev senzorja

ORANGE: ultrazvočni senzorski senzor

5. korak: Izdelava rokavice

Rokavice so sestavljene iz naslednjih komponent:

- ohišje glavne rokavice (ki zadrži vibracije dlani)

- 3 trakovi za prste (rožnati, srednji, palec), ki držijo 3 motorje z vibracijami

- Pašček za roke, ki drži baterijo

Za preprostost sem se odločil za obliko rokavic brez prstov, zgornjo splošno predlogo pa si lahko ogledate. Ta skica ni za merjenje in verjetno boste morali prilagoditi velikost, da se prilega vaši roki. Namenjen je nošenju na levi roki. Najprej sem zasledil zasnovo na spodnji strani tkanine, nato pa sem jo z nožem Xacto izrezal. Kose prstov sem oblikoval tako, da sem izrezal trakove tkanine, ki so bili dovolj dolgi, da sem jih ovil okoli prstov, in jih prišil na trakove z ježkom, da so jih držali na mestu. Nato sem naredil vrečke za namestitev vibracijskih motorjev in jih prišil na trakove za prste ter na sredino spodnje strani glavnega telesa rokavic (v bližini dlani).

Ta oblika zahteva minimalno šivanje in šival sem le v teh scenarijih:

- Velcro trakove pritrdite/okrepite na tkanino.

- Torbice motorja za vibracije prišite na trakove za prste in ohišje glavne rokavice.

- Zgradite vrečko za baterijo na pasu za roke.

6. korak: Sestavljanje (1. del)

Zdaj, ko je rokavica sestavljena in vse ožičenje dokončano, sem na rokavico pričel lepiti električne komponente. Za ta korak sem sledil risbi, ki sem jo naredil prej, in postavil vse kose. Nato sem jih začel šivati z vrvico. Krmilnike haptičnega motorja sem namesto na vrh namestil na levo stran rokavice, ker je bilo tako bolj smiselno, ko sem začel z montažo.

7. korak: Montaža (2. del - PWR + GND)

Nazadnje sem vse svoje komponente priključil na napajanje in ozemljitev. V ta namen sem na majhno ploščo postavil ozemljitveni in napajalni vodnik, tako da ga povežem z gnd in pwr FLORA. Na te tirnice sem priključil krmilnike haptičnega motorja in multiplekser. Nato sem svoje ultrazvočne senzorje priključil na pwr in gnd, a sem tudi izkoristil dodatni prostor na plošči, da sem dodal upore, ki sem jih prej pozabil. Ti upori so bistveni, saj ustvarjajo delilnik, ki zniža napetost signala ECHO, ki sega nazaj v FLORA.

Spajanje povezav gnd in pwr je bilo nekoliko negotovo, potem ko je bilo vse že zašito, zato boste morda želeli najprej spajkati. Smiselno je bilo počakati, ker še vedno nisem bil povsem prepričan, kakšna bo končna postavitev vseh komponent.

Z nekaj lepila Gorilla sem na rokavico prilepil majhen košček lesa, da sem dvignil ploščo, in dodal Velcro, da je ploščo pritrdil na les (glej sliko zgoraj). To sem naredil, da sem ga zlahka dvignil in preveril, ali so kratke hlače.

Zadnji korak je, da svoje ultrazvočne senzorje vroče prilepite na obe strani dvignjene plošče.

IN STORILI STE!