Тактильная перчатка для слепых: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Перчатка Haptic - это устройство для слепых и / или слабовидящих, которое предоставляет пользователю информацию о препятствиях в непосредственной близости от него. В перчатке используются два ультразвуковых датчика, которые сообщают о расстоянии и ориентации объектов. В зависимости от того, что обнаруживают эти датчики, вибрационные двигатели, расположенные по всей перчатке, вибрируют по уникальным схемам, чтобы передать эту информацию пользователю.

Шаг 1: Список расходных материалов

Электронный:

- # 1201: Вибрационный мини-моторный диск - ERM (x4) [1,95 доллара за шт.]

- # 2305: Контроллер тактильного мотора Adafruit DRV2605L (x4) [7,95 долл. США за шт.]

- # 659: FLORA - Носимая электронная платформа - Arduino-совместимая [14,95 $]

- Ультразвуковые датчики расстояния HC-SR04 (x2) [2,99 доллара США за шт.]

- # 2717: Мультиплексор TCA9548A I2C [6,95 долл. США]

- # 3287: 3 батарейных отсека AA с разъемом JST [2,95 доллара]

- # 1608: Adafruit Perma-Proto макетная печатная плата четвертого размера - одиночная [2,95 доллара]

- ленточный кабель

- резисторы 200 и 220 Ом

Изготовление:

- Ленты на липучке [2,98 доллара США].

- # 615: Набор игл - размер 3/9 - 20 игл [1,95 доллара]

- Неопрен или любая другая прочная ткань.

Общая стоимость: 78,31 $

Большинство компонентов было куплено на Adafruit.com.

Шаг 2: макетирование

Первый шаг - соединить все ваши компоненты с помощью макета, чтобы вы могли убедиться, что все они работают правильно, прежде чем закрепить их на конечном продукте. Следующая принципиальная схема и изображение дадут вам представление о том, где все должно быть подключено. Вот разбивка того, что делает каждый компонент:

Ардуино Уно / ФЛОРА

Это микроконтроллер, который является программируемой частью. Он также обеспечивает питание всех компонентов от аккумулятора. Сначала я подключил все к Arduino Uno, так как он имеет питание 5 В, но затем заменил его на FLORA и 3 батарейки AA (4,5 В).

Контроллер тактильного мотора

Эти контроллеры подключаются непосредственно к каждому вибромотору и позволяют программировать каждый вибрационный мотор независимо друг от друга, а также имеют преимущество, заключающееся в том, что они включают предварительно фиксированную библиотеку эффектов вибрации. Они не критичны для работы перчатки, но значительно упрощают программирование, поскольку вам не нужно программировать собственные модели вибрации с нуля.

Muliplexer

Это просто действует как своего рода расширитель, поскольку на FLORA недостаточно контактов SCL / SDA для размещения всех тактильных контроллеров двигателей. Он также позволяет вам обмениваться данными с каждым тактильным контроллером мотора независимо, назначая каждому уникальный адрес.

Вибрационные двигатели

Это то, что обеспечивает пользователю тактильную обратную связь. Они вибрируют определенным образом в зависимости от того, как вы их запрограммируете. Подробнее о том, как они работают, читайте здесь.

Ультразвуковые датчики

Эти датчики измеряют расстояние до объектов перед ними. Они делают это, посылая «триггерный» сигнал, который отражается от любых ближайших объектов и возвращается в виде «эхо-сигнала». Затем программа сможет интерпретировать время задержки и рассчитать приблизительное расстояние. Обязательно пометьте их как «левый» и «правый», чтобы потом не запутаться. Подробнее о том, как они работают, читайте здесь.

Шаг 3. Кодирование

Теперь, когда все подключено, вы можете загрузить код на FLORA и протестировать его. Загрузите файл ниже и необходимые библиотеки (ссылки ниже). В этом примере кода есть функции, перечисленные в таблице выше.

Чтобы проверить код, поместите большой плоский объект на расстоянии менее 6 дюймов от ультразвукового датчика справа. Встроенный RBG должен быстро мигать синим. По мере удаления объекта мигание должно становиться менее частым. Одновременно один из вибромоторов (который позже будет помещен на большой палец) будет быстро вибрировать, когда объект находится на расстоянии менее 6 дюймов, и начнет вибрировать с меньшей мощностью, чем дальше вы отодвинете объект. То же самое должно быть и для левого ультразвукового датчика, только с оранжевым светом вместо синего.

Я добавил дополнительную функцию, заключающуюся в том, что RBG должен мигать розовым цветом, а датчики вибрации среднего пальца и ладони должны вибрировать, когда оба датчика обнаруживают объект на расстоянии менее 6 дюймов. Однако эта функция не очень надежна. Я оставил вибромоторы для среднего пальца и ладони в окончательном дизайне на тот случай, если люди захотят придумать для них более творческую функцию.

* НЕ * подключайте плату FLORA к компьютеру через usb, пока подключена внешняя батарея! Всегда сначала отключайте его от внешнего аккумулятора.

* ПЕРЕД * загрузкой приведенного здесь примера кода вам необходимо загрузить следующие библиотеки / драйверы:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Если код не запускается или ваши датчики / моторы не отвечают:

- Убедитесь, что вы выбрали правильный COM-порт в программе Arduino.

- Убедитесь, что ваши вибрационные двигатели полностью подключены к контроллерам макетных / тактильных двигателей. Соединяющие их провода очень тонкие и легко откручиваются.

- Дважды убедитесь, что вы не перепутали провода SCL / SDA (мультиплексор) или провода ECHO и TRIG (ультразвуковой датчик). Если их поменять, это не сработает.

- Если все работает нормально при подключении через usb, но дает сбой при подключении к внешним батареям, вероятно, пора заменить их новыми батареями.

Шаг 4: Пайка соединений данных

Теперь, когда подтверждено, что код работает, вы можете приступить к сборке конечного продукта. Я начал с того, что сначала нарисовал все соединения на контуре руки, чтобы визуализировать все окончательные соединения. Сначала я сосредоточился на всех соединениях для передачи данных, а затем подключил линии питания и заземления в конце. Также на этом этапе я забыл припаять резисторы к контактам ECHO и GND ультразвуковых датчиков (упс), поэтому их нет на изображении. Я закончил тем, что добавил их, когда подключил ультразвуковые датчики к силовому «концентратору» в центре перчатки.

Я начал с того, что припаял все соединения к FLORA, и прошел через мультиплексор, контроллеры тактильных двигателей и вибромоторы. Я укрепил свои соединения горячим клеем, термоусадочной трубкой и изолентой.

На всех изображениях цвет проводов соответствует следующим соединениям:

КРАСНЫЙ: мощность

ЧЕРНЫЙ: земля

ЖЕЛТЫЙ: scl

БЕЛЫЙ: sda

ЗЕЛЕНЫЙ: двигатель (-)

СЕРЫЙ: мотор (+)

КОРИЧНЕВЫЙ: эхо ультразвукового датчика

ОРАНЖЕВЫЙ: триггер ультразвукового датчика

Шаг 5: изготовление перчатки

Перчатка состоит из следующих компонентов:

- Основной корпус перчатки (который удерживает вибрацию ладони)

- 3 ремешка для пальцев (мизинец, средний, большой), на которых крепятся 3 вибромотора

- Ремешок для удержания аккумуляторной батареи

Для простоты я выбрал дизайн перчаток без пальцев, и вы можете увидеть общий шаблон выше. Этот эскиз не в масштабе, и вам, вероятно, придется отрегулировать размер, чтобы он соответствовал вашей руке. Он предназначен для ношения на левой руке. Сначала я нарисовал рисунок на нижней стороне ткани, а затем использовал нож Xacto, чтобы вырезать его. Я сформировал части пальцев, вырезав полоски ткани, достаточно длинные, чтобы обхватывать пальцы, и пришил ремни-липучки, чтобы удерживать их на месте. Затем я сделал мешочки для размещения вибромоторов и пришил их к ремешкам для пальцев, а также к середине нижней части корпуса основной перчатки (около ладони).

Этот дизайн требует минимального шитья, и я шила только в следующих сценариях:

- Приклейте / закрепите полоски липучки на ткани.

- Пришейте мешочки вибромотора к ремням для пальцев и основной части перчатки.

- Соберите аккумуляторный отсек на ремешке.

Шаг 6: Сборка (Часть 1)

Теперь, когда перчатка собрана и вся проводка завершена, я начал прикреплять электрические компоненты к перчатке. На этом этапе я следовал рисунку, который сделал ранее, и выложил все части. Затем я начал пришивать их шпагатом. В итоге я разместил тактильные контроллеры мотора на левой стороне перчатки, а не наверху, потому что это имело больше смысла, когда я начал сборку.

Шаг 7: Сборка (Часть 2 - PWR + GND)

Наконец, я подключил все свои компоненты к источнику питания и заземлению. Для этого я установил заземление и шину питания на своей небольшой макетной плате, соединив ее с землей и питанием FLORA. Я подключил к этим рельсам свои тактильные контроллеры мотора и мультиплексор. Затем я подключил свои ультразвуковые датчики к pwr и gnd, но также воспользовался дополнительным пространством на макетной плате, чтобы добавить резисторы, которые я забыл ранее. Эти резисторы необходимы, поскольку они создают делитель, который понижает напряжение сигнала ECHO, который возвращается к FLORA.

Было немного опасно паять соединения gnd и pwr после того, как все уже было зашито, поэтому вы можете сначала сделать всю пайку. Для меня было разумным подождать, потому что я все еще не был полностью уверен, какой будет окончательная компоновка всех компонентов.

Используя немного клея Gorilla, я приклеил небольшой кусок дерева к перчатке, чтобы приподнять макетную плату, и добавил липучку, чтобы прикрепить макет к дереву (см. Изображение выше). Я сделал это для того, чтобы легко поднять его и проверить, нет ли шорт.

Последний шаг - приклеить горячим клеем ультразвуковые датчики к обеим сторонам поднятого макета.

И вы сделали!