Носимое устройство сенсорного расширения Cat Whisker (2.0): 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Этот проект является продолжением и переосмыслением проекта моего бывшего коллеги (Метатерры) "Whisker Sensory Extension Wearable".

Цель этого проекта состояла в том, чтобы сосредоточиться на создании новых, вычислительно-обогащенных «сенсорных расширений», которые позволяют расширенное восприятие мира природы. Мои основные усилия в этом проекте были посвящены изготовлению и внедрению сенсорных дополнений, которые расширят восприятие с помощью датчиков и будут реагировать тактильным выходом для пользователя. Цель состоит в том, чтобы позволить любому создавать свои собственные сенсорные расширения и, таким образом, отображать внутренние органы чувств человека / животных на оборудование. Эффективное расширение наших органов чувств новыми захватывающими способами, которые приведут к лучшему пониманию того, как наш мозг может адаптироваться к новым внешним ощущениям.

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1736051.

Проект был разработан в Лаборатории игровых вычислений и Лаборатории ремесленных технологий Университета Колорадо в Боулдере.

Если у вас есть какие-либо вопросы, вы хотите следить за моей работой или просто обсуждать идеи, пожалуйста, сделайте это в моем Twitter: @ 4Eyes6Senses.

В этом проекте я хотел взять предыдущее носимое сенсорное удлинение усов и сделать его легче, экономичнее и проще в изготовлении. Вот обзор различных компонентов и их функций:

- Два набора изготовленных на заказ устройств усов с гибкими датчиками (всего 4, по 2 на каждую сторону) получают тактильную информацию (изгиб, изгиб и т. Д.) От объектов в непосредственном окружении пользователя. Первоначальная информация о напряжении / сопротивлении, полученная каждым датчиком, затем преобразуется в информацию об угле изгиба (например, угол изгиба 10 градусов). Эта информация об угле изгиба впоследствии преобразуется в выходной сигнал с пропорциональной широтно-импульсной модуляцией и отправляется в соответствующие вибрационные двигатели на лбу пользователя.

- Каждый датчик гибкости усов прикреплен к 1-дюймовой ProtoBoard и подключен к Arduino UNO, который выполняет преобразование / преобразование.

- Четыре вибромотора подают тактильные раздражители ко лбу пользователя. Каждый используемый двигатель соответствует одному усу, интенсивность вибрационного двигателя определяется пороговым значением, которое устанавливается на основе датчика усов.

Запасы

Полоса полистирола длиной 14 дюймов, шириной 0,08 дюйма и толщиной 0,03 дюйма

4-дюймовый однонаправленный датчик изгиба / изгиба

Вилки JST

Вибрационные двигатели

Жесткие повязки на голову

ProtoBoard - Square 1"

Комплект проводов (я рекомендую силиконовую изоляцию) ПРИМЕЧАНИЕ: вы будете использовать около 2–3 футов провода для каждого соединения.

Прозрачный акрил или картон толщиной 1/16 дюйма

Термоусадочные трубки

Жидкие гвозди

Резисторы 47к

NITECORE или другой тип повязки на голову

Липучка

Шаг 1: Сборка усов

(Заявление об ограничении ответственности! Это взято непосредственно из предыдущего руководства.)

Мне потребовалось время, чтобы разработать устройство датчика усов, которое было достаточно гибким, чтобы имитировать настоящие усы, но достаточно жестким, чтобы постоянно возвращаться в прямое, разогнутое положение. В итоге я использовал 4-дюймовый однонаправленный датчик изгиба / изгиба от Flexpoint Sensor Systems (см. Рис. 1). К ножкам датчика припаивается штекер JST, затем полистирольная полоса длиной 14 дюймов, шириной 0,08 дюйма и толщиной 0,03 дюйма (Я приобрел свой в местном хозяйственном магазине), силиконовый клей приклеен к датчику, применена термоусадка, а защитное покрытие Sugru сформировано вокруг всего основания узла усов. Вот подробные инструкции:

- Возьмите штекерный конец 3-контактного разъема JST и снимите центральный провод (см. Рисунки 2-4).

- Обрежьте провода штекера, чтобы у вас осталось ~ 1,5 см провода, затем зачистите и припаяйте эти выводы к контактам датчика (помня об ориентации штекера / датчика). Я использовал термоусадку для изоляции (см. Рисунки 5, 6).

- Прикрепите полистироловую ленту к датчику с помощью какого-то гибкого клея (я использовал силиконовый клей Liquid Nails). Убедитесь, что полоска закреплена в гнезде датчика (см. Рисунки 7, 8).

- Возьмите свой Sugru (я использовал одну упаковку по 5 г) и сформируйте его вокруг основания датчика / полоски / штекера, убедившись, что все эти компоненты заключены в оболочку. Кроме того, не забудьте нанести Sugru достаточно высоко, чтобы полностью закрепить полоску, но не слишком высоко, чтобы ограничить легкость движения / изгиба датчика. Не торопитесь. У вас будет как минимум 30-45 минут, пока Sugru не начнет затвердевать. Прежде чем дать высохнуть, убедитесь, что вилка правильно вставлена в розетку разъема JST (см. Рисунки 9-13).

- Напоследок наклеил на усовидный аппарат ярлыки. Использовались сторона (L / R) и позиция номера (1-4) (см. Рисунки 14, 15).

- Сделайте еще 3 (или желаемое количество усов). Обязательно создавайте все усы одинаково. Это поможет позже при калибровке датчика.

Шаг 2: Сборка крепления для усов

Теперь, когда датчики изгиба усов готовы, мы можем установить их на щеку (рис. 1). Метатерра разработал изогнутый рычаг с диском для крепления, он сделал это с помощью Adobe Illustrator и использовал в качестве материала прозрачный акрил толщиной 1/16 дюйма. ПРИМЕЧАНИЕ. Если лазерный резак недоступен, вы можете попытаться сделать крепления из картон или другой материал, который легко режется, просто распечатайте PDF-файл и обрежьте контур, наложенный на картон. После лазерной резки просверлите четыре отверстия в акриле, затем проденьте в них заглушки JST (рис. 1, 3 и 4).), затем вставьте усы в дисковую часть крепления с помощью Sugru. Вот подробные инструкции:

- Откройте векторный файл руки усов (PDF). Материал, используемый для этого руководства, - прозрачный акрил 1/16 дюйма, вырезанный с помощью лазерного резака.

- Просверлите четыре отверстия в щеке. Не стесняйтесь поэкспериментировать с размером отверстия, а также с расстоянием, чтобы усы были как можно ближе или дальше от вас.

- Проденьте 2-контактную заглушку JST через отверстия. убедитесь, что стороны с проемом обращены друг от друга.

- Убедитесь, что порты для усов расположены там, где вы хотите. Используйте Sugru и сформируйте JST-заглушки на дисковой части детали (мне потребовалось около четырех пакетов Sugru). С Sugru у вас будет около 30 минут времени формования, поэтому не торопитесь и убедитесь, что усы не перекрываются при подключении, а штекеры JST ориентированы там, где вы хотите. Когда вы будете довольны размещением, дайте Sugru высохнуть в течение дня.

- Обращайтесь к рисункам 9 и 10 для этого шага, также обратите внимание, что в моем дизайне: белый = 3,3 В, черный = GND, а красный - аналоговый вывод. Припаяйте два конца вилки JST к одной стороне 1 'ProtoBoard, затем повторите с другим усом. Создайте делитель напряжения, используя мой дизайн, или измените макет (вы также можете посмотреть руководство по подключению гибкого датчика SparkFun).

- Чтобы прикрепить щеки к повязке, используются два винта / болта, чтобы прикрепить руку к повязке (рис. 11).

Шаг 3: Интеграция вибромотора, оголовье и настройка батареи

Подключить вибромоторы довольно просто: красный кабель подключается к цифровому выводу PWM на Arduino, а синий - к GND. Вибромоторы прикреплены к оголовью NITECORE с помощью липучки, размещение основано на усах, к которым они привязаны, внешние вибромоторы привязаны к передним усам, а внутренние вибромоторы привязаны к задним усам (Рисунок 6).

- Припаяйте провод к концам каждого вибрационного двигателя, примените термоусадку к каждому соединению, затем примените термоусадку к шнуру вибрационного двигателя, а также к новым термоусадочным кабелям (Рисунок 2), повторите 3 раза. Прикрепите диск на липучке (со стороны крючка) к задней части двигателя. Повторить 3 раза.

- Отрежьте одну полоску застежки-липучки, чтобы можно было связать комплект проводов двигателей и прикрепить на липучке к передней части оголовья NITECORE (см. Рисунок 5). Прикрепите (я использовал суперклей) полоску к внутренней передней части оголовья и закрепите моторы на липучке в той же ориентации, в которой вы разместили отверстия для усов на щечной пластине (рис. 7).

- Используйте зажим или стяжку для соединения шнуров вибромотора, это поможет защитить вибромоторы от растягивания / поломки (Рисунок 7).

Шаг 4: микропроцессор и его подключение к Arduino

Все вибромоторы и усы подключаются к Arduino UNO. Вам понадобится дополнительная макетная плата, которая позволит вам припаять 9 кабелей GND и 4 кабеля 3,3 В. Вам также, скорее всего, понадобится комплект соединителей Dupoint для добавления контактов и корпуса к кабелям, которые необходимо подключить непосредственно к Arduino. Штыревые провода вибромотора (красный кабель) подключаются к цифровым контактам Arduino: 3, 9, 10, 11 (эти контакты были выбраны, потому что они позволяют использовать ШИМ). Провода GND вибромотора (черный или белый) будут припаяны к макетной плате. Контакты усов (красный кабель) будут подключаться к аналоговым контактам Arduino: A0, A1, A2, A3. Кабели усов VCC (белый кабель) и заземляющие кабели (черный) будут припаяны к макетной плате.

Шаг 5. Внедрите код

Хорошо, теперь пора загрузить код. Есть несколько вещей, которые вам нужно настроить, прежде чем вы будете готовы совершить путешествие по миру.

- Сначала используйте мультиметр для измерения выходного напряжения VCC и сопротивления на резисторе 10 кОм. Введите эти значения в соответствующие места в коде.

- Затем дважды проверьте, что все другие переменные установлены на правильные входы / выходы (например, mtr, flexADC и т. Д.…).

- Затем подключите Arduino и загрузите код.

- Как только вы начнете работать, на серийном мониторе вы увидите, что Bend + (номер уса) напечатает. Теперь пришло время откалибровать усы (каждый ус уникален и будет иметь немного другое базовое сопротивление). Установите для переменной STRAIGHT_RESISTANCE значение сопротивления базовой линии (то есть положение несогнутых усов), которое печатается как. Затем установите для переменной BEND_RESISTANCE значение STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. В исходном коде эта переменная должна была отражать выходное сопротивление датчика изгиба при изгибе на 90 градусов. Поскольку наши усы даже близко не достигают полного изгиба на 90 градусов (по крайней мере, в типичных ситуациях), добавление 30000,0 Ом к базовому сопротивлению работает нормально. Не стесняйтесь устанавливать сопротивление изгибу в соответствии с тем, что лучше всего подходит для вашего приложения. Если вы все настроили правильно, то вы увидите, что когда усы разогнуты, будет напечатан угол изгиба в 0 градусов (более или менее). Затем вы можете установить пороговые значения, которые будут активировать вибромоторы в зависимости от угла. После этого все готово!

Шаг 6: Готово

Теперь у вас есть усы, которые можно носить, и вы готовы (чувствовать) в мире!

Если у вас есть какие-либо подробные вопросы, вы хотите узнать о человеческих улучшениях, не отставать от моей работы или просто обсудить идеи, сделайте это в моем Твиттере:

@ 4Eyes6Senses

Спасибо!