De 'Sup - een muis voor mensen met quadriplegie - lage kosten en open source - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

In het voorjaar van 2017 vroeg de familie van mijn beste vriend of ik naar Denver wilde vliegen om hen te helpen met een project. Ze hebben een vriend, Allen, die quadriplegie heeft als gevolg van een mountainbike-ongeluk. Felix (mijn vriend) en ik deden wat snel onderzoek en besloten om Allen een "Sip-n-puff" te bouwen, gecombineerd met een joystick, om hem toegang te geven tot dezelfde functies als een normale muis.

Een Sip-n-puff is een invoerapparaat dat invoer van de gebruiker ontvangt in de vorm van een "Sip" of een "Puff" (Stel je voor dat je door een rietje nipt of bellen blaast in je drankje). Hier combineren we het met een joystick om de gebruiker in staat te stellen de cursor op het scherm te verplaatsen, en de Sip-n-puff wordt gebruikt voor functies zoals klikken en scrollen.

Sip-n-puff-apparaten zijn niets nieuws, en joystick/sip-n-puff-combo's zijn ook niet ongewoon. Maar om zo'n apparaat te kopen, kost je ongeveer $ 500 tot $ 1500! Voor Allen, die geen bron van inkomsten heeft, is dat een onmogelijke prijs. Het apparaat zelf is echter heel eenvoudig. In dit artikel laat ik je zien hoe je er een kunt bouwen voor iets minder dan $ 50!

Alle ontwerpen en code zijn open source, wat betekent dat je er een kunt bouwen zonder mij of Felix een dubbeltje te betalen! Als u alleen het voltooide apparaat wilt zonder het werk, maak ik er graag een voor u. Details zijn aan het einde van de Instructable.

Ten slotte, aangezien dit open source is, kun je alle ontwerpbestanden en code vinden op de GitHub:

Op zoek naar de 'Sup? U vindt informatie aan het einde van deze Instructable.

Update: Bedankt aan iedereen die op dit project heeft gestemd! Ik ben super blij dat ik mijn eerste instructables-wedstrijd heb gewonnen en ik heb de Amazon-cadeaubon goed gebruikt. De tools die ik heb gekocht, moeten me in staat stellen om inhoud van hogere kwaliteit in grotere hoeveelheden te brengen.

Nog iets: ik was aangenaam verrast toen ik twee artikelen online zag waarin dit project werd genoemd! Een grote dank aan Hackaday en Open-electronics.org voor het artikel waardig achten. Beide vind je hieronder:

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/

De SUP werd onlangs ook genoemd in het New Mobility Magazine. Dat artikel vind je hier:

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

Credits en bedankt:

Ik ben enorm veel dank verschuldigd aan mijn vriend Felix, en zijn familie, voor het vliegen naar Denver (waar Allen woont), en voor het betalen van alles behalve de 3D-printer. Het heeft echt geholpen om de ontwikkeling een vliegende start te geven en de 'SUP in korte tijd!

Extra krediet gaat ook naar Felix voor het grootste deel van het 3D-ontwerp.

Ten slotte gaat mijn dank uit naar Allen omdat hij iemand was die we konden helpen, die bereid was ons binnen te laten vallen en hem te vragen wat hij van ons in elkaar geflanste prototype vond.

Stap 1: Gereedschap, onderdelen en materialen

Hier is alles wat je nodig hebt om het apparaat te bouwen. Voordat je alles bestelt, lees je de rest van het artikel door om er zeker van te zijn dat je vertrouwd bent met de vaardigheden die je nodig hebt om het in elkaar te zetten!

Onderdelen:

• Arduino Pro Micro (met name een Pro Micro, met een USB-connector en de ATmega32u4)
• MPXV7002DP druksensor met breakout board
• Joystick-module
• Silicium food-grade slangen, 1/8 ID bij 1/4 OD, ongeveer 6"
• 3D geprinte onderdelen, <= 72 gram waard
• Draden (ik gebruikte DuPont vrouwelijk-vrouwelijke draden en knipte toen de uiteinden af)

Gereedschap:

• Soldeerbout (Deze 30w strijkijzer op Amazon werkt prima)
• Heet lijmpistool (Hoge temp)
• 3D-printer (of laat dingen afdrukken via een 3D-afdrukservice)
• Diversen gereedschap zoals een tang, platte schroevendraaier, schuurpapier, scherp klein mes met dun mes, draadknipper

Materialen:

• Normaal PLA filament (ik gebruikte Hatchbox black PLA)
• Flexibel filament zoals TPU of NinjaFlex (mijn printer werd geleverd met een kleine rol groene TPU. Als alternatief kunt u het mondstukgedeelte aanpassen om een slang met een kleinere diameter te accepteren en vervolgens een 2,5 mm ID-slang krijgen die op de sensor past)

De totale kosten voor onderdelen bedragen ongeveer $ 22, exclusief het 3D-printerfilament. Zodra u de flexibele arm en de lange USB-kabel toevoegt, komt het totaal op ongeveer $ 49.

Merk op dat de links hier meestal de goedkoopste prijs uit China zijn! Deze hebben minimaal een maand nodig om bij u te komen. Als u onderdelen sneller wilt, moet u iets meer betalen voor dichterbij gelegen bronnen met snellere verzending. Verwacht de totale kosten tot ongeveer $ 75.

Stap 2: 3D-print dingen

Alle STL-bestanden zijn te vinden op https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, je hebt ze allemaal nodig.

Als u geen 3D-printer heeft, zijn er tal van 3D-afdrukservices die u kunt gebruiken. Als je een goedkope printer wilt die geweldig werkt (en het niet erg vindt om wat montage te gebruiken), raad ik de Anet A8 aan. Het is een Prusa i3-kloon van $ 150, heeft goed gewerkt voor mij en heeft een geweldige online community.

Kast en frame:

Print met steunen "overal", op een laaghoogte van 0,1-0,2 MM. Ik heb een ondersteuningstype "raster" gebruikt, maar "lijnen" zijn misschien gemakkelijker te verwijderen

GoProClip en FacePlate:

Afdrukken zoals normaal, geen ondersteuning, 0,1-0,2 MM laaghoogte

Slangadapter:

1. Te bedrukken in flexibel filament
2. Laaghoogte 0.1
3. Terugtrekken UIT
4. Geen ondersteuning

Stap 3: Het mondstuk afdrukken en gloeien

Voordat u al uw extra mondstukken gaat afdrukken, is het een goed idee om ervoor te zorgen dat ze correct krimpen wanneer ze worden uitgegloeid.

Als je wetenschappelijk wilt zijn, ga je gang en print je AnnealingTestr.stl uit en meet je het voor en na het uitgloeien om het exacte percentage te bepalen dat het is gekrompen / gegroeid en in welke as. Gewoonlijk wordt ongeveer 5% krimp verwacht in de X- en Y-as', en ongeveer 2% groei in de Z-as. Zonder Hatchbox black PLA en convectieoven hebben we ongeveer 2% krimp op X en Y, en een groei van 1% op de Z-as.

Omdat dit stuk echter alleen is ontworpen om redelijk goed op de joystick te passen, hoeft u niet erg precies te zijn. Gebruikmakend van onze waarden voor Hatchbox black PLA, hier is het afdrukproces voor het mondstuk:

1. Verklein X en Y tot 103%, laat Z zoals het is (we streven naar een toename van ongeveer 2% ten opzichte van de oorspronkelijke afmetingen, eenmaal uitgegloeid, zodat het redelijk gemakkelijk op de joystick past)
2. Print met een rand, plus ondersteunt "aanrakende bouwplaat".
3. Vulling op 100% (zodat er geen water in kan sijpelen)
4. Normale afdruksnelheid, 0,1 mm laaghoogte
5. (Als je een verwarmd bed hebt, zet deze dan op 50C)
6. Hotend op 220C.

Ik heb niet veel met deze waarden gespeeld, maar dat heb ik voor mijn printer gebruikt (een Prusa i3-kloon, de Anet A8).

Als je eenmaal een stuk of twee hebt afgedrukt, probeer ze dan te gloeien en kijk of ze passen.

Het gloeiproces:

1. Verwarm uw oven voor, bij voorkeur op een convectie-instelling (als uw oven dat doet), tot ergens in de buurt van 158F of 70C. Sommige ovens gaan niet zo laag, als het een beetje uit staat, maakt het niet zoveel uit.
2. Wacht tot de oven is opgewarmd en plaats je stuk(ken) op iets dat ervoor zorgt dat ze er niet doorheen vallen.
3. Zet een timer op een uur en laat hem dan staan. Open de oven niet om het te controleren, omdat het koeleffect het gloeiproces kan verstoren.
4. Als het er een uur in heeft gezeten, zet je de oven uit en laat je het stuk erin om af te koelen met de oven. Een thermometer zou hier goed voor werken, maar je hoeft niet super precies te zijn, wacht gewoon een uur of zo.
5. Zodra het in principe is afgekoeld, haal je het eruit. Het zou nu sterker moeten zijn, en nog belangrijker, bestand tegen kokend water en een wasbeurt in de vaatwasser.

Stap 4: 3D-afdrukken nabewerken

Ik wil dat mijn 3D-afdrukken schoon zijn, maar dat betekent vaak veel ondersteuning. Als je de onderdelen van het frame en de behuizing hebt afgedrukt met vulling zoals aanbevolen, moet je een beetje opruimen! Hier een paar tips en trucs om ze te verwijderen.

Zoals je kunt zien, heb ik een combinatie van een schroevendraaier, een punttang en mijn zakmes gebruikt om de steunen te verwijderen. Ik koos voor "grid" -steunen omdat ze beter werken en de neiging hebben om schoon en in één stuk uit te komen, maar ze zijn moeilijker te verwijderen. Je kunt er een aantal eruit slaan met slechts een snelle slag van de schroevendraaier, maar pas op dat je het eigenlijke onderdeel niet breekt. Het kan gemakkelijk zijn om te doen op het framegedeelte.

Het Case-gedeelte wordt afgedrukt met een grote steunmuur aan de achterkant, die bijzonder moeilijk te verwijderen is. Ik vind dat het het beste werkt om met een klein mes langs de randen te gaan, dan te proberen het te doorboren en het zijdelings uit te wippen. Het zal wat werk vergen, maar geduld loont!

Als je klaar bent, kun je het verminkte ondersteuningsmateriaal weggooien of opslaan als je echt van hergebruik houdt…

Stap 5: Pasvorm testen

Nu alles is opgeruimd, moeten we de 3D-geprinte onderdelen testen.

De modules worden allemaal geassembleerd zoals weergegeven en zouden vrij strak moeten passen. Als dat niet het geval is, probeer dan Frame.stl af te drukken op een grootte van 101-102 % en het formaat van Case.stl aan te passen.

Het mondstuk moet met een kleine kracht erop kunnen passen, maar niet te gemakkelijk loskomen. Dit is een goed moment om ervoor te zorgen dat de siliconenslang op het mondstuk en in de adapter past. Ik vond dat de beste manier om er veilig in te passen, was om het uiteinde naar binnen te krijgen, hoe je maar kunt, en dan de slang te draaien terwijl je hem naar binnen duwt, om hem goed op de onderkant van het gat in de adapter te laten zitten.

Opmerking: op de foto's gebruik ik een joystickmodule waaraan ik al draden heb gesoldeerd. De normale joystickmodule zou echter prima moeten passen.

Stap 6: Bereid de joystick voor

Voordat we draden aan de joystick kunnen solderen, moeten we de oude pin-headers verwijderen. Ik ontdekte dat de beste manier was om er zoveel mogelijk af te knippen, dan elke pin op te warmen met een soldeerbout en op de PCB te tikken om de pin eruit te laten vallen.

Nadat u de oude pinnen hebt verwijderd, soldeert u een stuk draden (ongeveer 20 cm lang) aan de joystickmodule. Het helpt om unieke kleuren voor elke pin te hebben, zodat je later gemakkelijk kunt zien welke draad waar gaat.

Stap 7: Schematisch

Nu we het 3D-ontwerp uit de weg hebben, tijd voor een schema en bedradingsschema!

Het circuit is eigenlijk heel eenvoudig, zonder weerstanden of externe componenten, alleen de 3 verschillende modules die met elkaar zijn verbonden. Ik heb hierboven een schema gegeven en ik zal hier ook bespreken wat waar gaat:

Doorbraak druksensor:

• "A" gaat naar A0 op de Arduino
• "5V" gaat naar VCC op de Arduino
• "GND" gaat naar een van de GND-pinnen op de arduino

Joystick-module:

• "GND" gaat naar een van de GND-pinnen op de Arduino
• "+5V" gaat naar de "RAW"-pin op de Arduino
• "VRx" gaat naar A2 op de Arduino
• "VRy" gaat naar A1 op de Arduino
• "SW" gaat naar D2 op de Arduino (technisch gezien zou er ook een 10K pullup-weerstand tussen deze en GND moeten zijn. De huidige code gebruikt deze echter niet, en het zou sowieso moeilijker zijn om te gebruiken, dus …)

Stap 8: Soldeer alles samen

Nu ben je klaar om alle elektronica in elkaar te zetten!

Zorg ervoor dat de modules zijn gemonteerd zoals afgebeeld! U wilt dat de draden door het frame lopen en door de bovenste of onderste sleuven waar de arduino wordt bevestigd. De arduino zit los, maar de draden lopen door het frame. Kijk eens naar de foto's, ze laten zien wat ik bedoel.

Begin met het strippen en vertinnen van de uiteinden van alle draden van de joystick, als je dat nog niet hebt gedaan. Sluit het vervolgens, op basis van het schema en de afbeeldingen, als volgt aan.

• GND naar de GND (pin 23) op de Arduino
• +5V naar de RAW-pin op de Arduino (direct naast de GND-pin)
• VRx naar A2 op de Arduino
• VRy naar A1 op de Arduino

We laten de SW-pin voor nu, omdat deze naar de bovenkant van de Arduino soldeert.

Als u doorgaat naar de druksensor, wilt u eerst bepalen welke draden dat zijn. Ervan uitgaande dat u het frame naar u toe heeft gericht met de joystick recht van u af gericht, is de draadvolgorde als volgt:

• Bovenste draad: Analoog uit "A", naar Arduino pin A0
• Middelste draad: 5V, naar Arduino pin VCC
• Onderste draad: GND, naar GND, pin 4, aan de bovenkant.

Op dit punt kunt u ook de SW-pin van de joystick aansluiten op pin 2 op de Arduino, direct naast de GND-pin.

Zorg ervoor dat u de draden niet te veel buigt, omdat ze vrij gemakkelijk afbreken.

Stap 9: Programma uploaden en testen

Voordat we alles op zijn plaats lijmen, laten we ervoor zorgen dat het werkt!

Als u de Arduino IDE niet hebt, moet u deze downloaden van de officiële Arduino-website op Arduino.cc. Het is gratis, hoewel ze je zullen vragen om te doneren als je dat wilt.

Nadat u de IDE hebt gedownload en geïnstalleerd, downloadt u het bestand SupSipNPuff_Final.ino van de github-pagina en opent u het vervolgens in de IDE.

Om het naar de Arduino te uploaden, gaat u onder "Tools", "Board" en selecteert u "Arduino/Genuino Micro". Selecteer in hetzelfde menu, onder "Poort", wat beschikbaar is, het zou er ongeveer zo uit moeten zien als "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Als het niet verschijnt, moet u mogelijk wachten terwijl uw besturingssysteem de stuurprogramma's installeert, maar dit zou automatisch moeten gebeuren.

Klik op de uploadknop (de ronde blauwe pijlknop linksboven), of druk op Ctrl/U (of equivalent) om het programma te uploaden. Wanneer de voortgangsbalk onderaan verdwijnt en er staat "Klaar met uploaden", ben je klaar om te testen!

Om te testen, sluit u eerst het mondstuk en de slang opnieuw aan (bevestig de slang aan de bovenste poort van de sensor met behulp van het adapterstuk), houd het dan voor uw mond en beweeg het mondstuk rond. Het zou de muis op het scherm moeten bewegen. Probeer een hard trekje of slokje om links/rechts te klikken, en zachte slokjes/trekjes om omhoog of omlaag te scrollen. Je kunt ook een harde slok of trekje vasthouden om de "muisknop" ingedrukt te houden. Als je problemen hebt, stel je het mondstuk dan voor als een rietje. In plaats van er doorheen te blazen of in te ademen, creëer je een druk met je mond, zoals je zou doen met een rietje.

Als een of meer van de assen zijn omgekeerd, is dit een eenvoudige oplossing:

1. Zorg ervoor dat u het SipNPuffMouse-bestand geopend heeft in de IDE
2. Blader door het programma totdat u de regel vindt met de tekst "Mouse.move(reading[0], -reading[1], 0);"
3. De eerste "reading[0]"-waarde is de X (horizontale) beweging, en de tweede "-reading[1]" is de Y (verticale beweging. Afhankelijk van welke omgekeerd is, voegt of verwijdert u het minteken voor de regel "reading[x]" om de waarde om te keren.
4. Upload het programma opnieuw en test het!

(Opmerking: een andere gemakkelijke manier om de regel te vinden, is door Ctrl/F te gebruiken. Ik gebruik dit veel wanneer ik met mijn code werk!)

Stap 10: hete lijm

Nu je Sip-n-puff werkt, is het tijd om het eindproduct in elkaar te zetten! Je bent misschien trots op hoe mooi de bedrading eruitziet, maar sommige mensen geven er de voorkeur aan dat alles wordt afgedekt met saai plastic, dus we zullen ze verplichten.

Daarvoor moeten we alles binnenin beveiligen, zodat ze niet losraken wanneer dingen worden aangesloten.

1. Doe een royale hoeveelheid hete lijm achter de Arduino Micro. We lijmen het aan de balk die scheidt waar de draden aan de boven- en onderkant uitkomen.
2. Als je kunt, schuif je de druksensor een beetje naar achteren, doe een klodder hete lijm in de houder en schuif hem dan naar voren over de klodder. Voeg wat meer toe aan de zijkanten om het naar eigen inzicht vast te zetten. Elektronica wordt niet beschadigd door hete lijm, maar pas op dat u deze niet in de poorten krijgt die uit de druksensor komen, waar we de slangen aansluiten.
3. Breng een royale hoeveelheid hete lijm aan op de draden die uit de joystickmodule komen. Dit is waarschijnlijk niet nodig, omdat we ze niet meer zullen verplaatsen, maar het is goed voor het geval het ooit wordt blootgesteld aan extreme trillingen …

Nu alle onderdelen op hun plaats zitten, schuift u het frame in de behuizing. U moet eerst de slang losmaken. Centreer nu het voorpaneel over de joystickmodule en voeg lijm toe op de punten waar het contact maakt met het frame (niet het geval, omdat u het er later misschien uit wilt schuiven). Als dat eenmaal is ingesteld, kunt u het frame weer naar buiten schuiven en vervolgens meer hete lijm toevoegen langs de zijkanten van het frame waar het contact maakt met de voorplaat, gewoon om het te versterken.

Ten slotte, maar daarom niet de minste: aan de zijkant van de behuizing die geen gat heeft voor de slang en USB-connector, schuur het oppervlak een beetje om het op te ruwen, in het gebied waar u het montagestuk wilt monteren. Doe hetzelfde aan de onderkant van het montagestuk, smeer het vervolgens in met lijm en bevestig het stevig op de behuizing. Als het eenmaal is uitgehard, kun je het overtollige eraf snijden met een klein mesje om het een professionelere uitstraling te geven. (Haha)

Stap 11: Installatie en gebruik

Nu u klaar bent om het apparaat te gebruiken, volgen hier enkele installatietips.

Allen's kamer heeft een grootbeeld-tv met een HDMI-ingang die vanuit zijn bed aan de muur tegenover zijn kamer staat. We hebben zijn laptop op een dressoir onder het scherm gezet en aangesloten. Als je dit in een kamer opstelt, zoek dan iets dat iets langer is dan 15ft. We dachten dat het genoeg zou zijn, maar het had niet zoveel speling als ik had gewild.

Om het apparaat vast te houden, kochten we deze arm op Amazon voor $ 19,50. Het is een flexibele arm van 25 inch die is ontworpen om een webcam of GoPro vast te houden, met een klem die uitstekend geschikt is om op een tafelblad of bed te klemmen. Er zit een GoPro-stijl op, waarvoor we ons montagestuk hebben ontworpen om veilig te bevestigen.

Toen we het eerst naar Allen brachten, was ik verbaasd over wat er eigenlijk moest worden veranderd. Wat het apparaat betreft, hij wilde alleen dat we de cursor een beetje zouden vertragen, wat ik sindsdien heb gedaan. Wat hij echter echt wilde, was wat meer spraakbesturing voor zijn computer, om het gebruik van het schermtoetsenbord zo veel mogelijk te elimineren. De sip-n-puff kan worden gebruikt in combinatie met enkele toegankelijkheidstools op de computer om de effectiviteit te maximaliseren. Een lijst van alles wat we voor zijn computer hebben gedaan, staat hieronder:

• Stel Cortana in om op elk moment te reageren op "Hey Cortana".
• Een schermtoetsenbord geïnstalleerd en een snelkoppeling op het bureaublad toegevoegd.
• Een script gemaakt met AutoHotKey om de dicteertool van Windows 10 (Win/H) te openen.
• Firefox geïnstalleerd en zowel Adblock als AdBlockPlus. (Cortana gebruikt helaas nog steeds Edge, maar je krijgt wat je krijgt)
• Geschaalde GUI en pictogrammen en tekst tot 125%
• Een plug-in geïnstalleerd in Firefox om spraakgestuurd zoeken in te schakelen met een klik op een knop (op sites zoals Google)
• CCleaner geïnstalleerd om te proberen zijn computer sneller te laten werken (waarschijnlijk niet nodig, maar zijn laptop was een low-end budgetmodel en is nog steeds behoorlijk traag. Het lukte me om het een beetje te versnellen.)

Ik denk dat hij uiteindelijk het meest Cortana's voice search-functie zal gebruiken, dus misschien zullen de meeste Firefox-functies ongebruikt blijven. Hij had echter al een Google Home en Alexa, dus hij zou vrij snel aan Cortana moeten wennen.

Een ander goed ding om te doen is om de gebruikershandleiding uit te printen (uiteraard te vinden op de GitHub), en deze bij het apparaat te laten zodat eventuele verpleegkundigen weten hoe ze het mondstuk moeten losmaken, en de gebruiker eraan te herinneren hoe het te gebruiken, als nodig zijn.

Nog een ding: met alle spleten en gaten in het 3D-geprinte deel, verzamelt het bacteriën als er niet goed voor wordt gezorgd. In de gebruikershandleiding raden we aan om extra mondstukken te maken en deze minimaal één keer per week in de vaatwasser te wassen of te steriliseren in kokend water. Zo blijven ze schoon!

Stap 12: Klaar

Hopelijk heb je nu een voltooide, werkende Sip-N-Puff-muis en kan iemand een computer gebruiken!

Zo niet, dan ben ik er altijd om te helpen en hoor ik graag over eventuele problemen of feedback die je hebt.

Tweede foto: Dit is een verbeterde versie van de 'Sup' die de problemen met bacteriën aanpakt. Het bevat een ademfilter en een roestvrijstalen mondstuk. Het mondstuk kan worden gesteriliseerd en de ademfilters kunnen worden vervangen om ervoor te zorgen dat bacteriën niet in het apparaat kunnen komen en niet op het mondstuk kunnen groeien.

Op zoek naar een 'Sup?

Ik heb geen online winkel, maar ik stel graag de verbeterde 'Sup voor jou!

Om een 'Sup' te kopen, kunt u contact met mij opnemen via Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Prijs: als je het goed vindt om 3-4 maanden te wachten, bedragen de kosten ongeveer $ 120, inclusief verzendkosten, een 15 ft USB-kabel en een montagearm. (Het wachten is omdat ik onderdelen uit China haal en verzending 1-3 maanden duurt.)

Eerste prijs in de Microcontroller-wedstrijd