Haptische handschoen voor blinden - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

De Haptic handschoen is een hulpmiddel voor blinden en/of slechtzienden dat de drager informatie geeft over obstakels in hun directe omgeving. De handschoen maakt gebruik van twee ultrasone sensoren die de afstand en oriëntatie van objecten rapporteren. Afhankelijk van wat deze sensoren detecteren, trillen vibratiemotoren die door de handschoen zijn geplaatst in unieke patronen om deze informatie aan de gebruiker over te brengen.

Stap 1: Lijst met benodigdheden

Elektronisch:

- #1201: vibrerende mini-motorschijf - ERM (x4) [$ 1,95 per stuk]

- #2305: Adafruit DRV2605L haptische motorcontroller (x4) [$ 7,95 per stuk]

- #659: FLORA - Draagbaar elektronisch platform - Arduino-compatibel [$14.95]

- HC-SR04 Ultrasone afstandssensoren (x2) [$ 2,99 per stuk]

- #2717: TCA9548A I2C-multiplexer [$6,95]

- #3287: 3 AA-batterijhouder met JST-connector [$2.95]

- #1608: Adafruit Perma-Proto Quarter-sized Breadboard PCB - Single [$2.95]

- Lintkabel

- 200 en 220 ohm weerstanden

fabricage:

- Klittenband [$ 2,98]

- #615: naaldenset - 3/9 maten - 20 naalden [$1.95]

- Neopreen of een andere duurzame stof

Totale kosten: $ 78,31

De meeste componenten zijn gekocht bij Adafruit.com

Stap 2: Breadboarden

De eerste stap is om al uw componenten aan te sluiten met behulp van een breadboard, zodat u zeker weet dat ze allemaal goed werken voordat u ze op het eindproduct bevestigt. Het volgende schakelschema en afbeelding geven u een idee van waar alles moet worden aangesloten. Hier is een overzicht van wat elk onderdeel doet:

Arduino Uno/FLORA

Dit is de microcontroller, het deel dat programmeerbaar is. Het levert ook stroom aan alle componenten van de batterij. Ik heb in eerste instantie alles aangesloten op een Arduino Uno omdat deze een 5v-voeding heeft, maar heb hem toen vervangen door een FLORA en 3 AA-batterijen (4,5v).

Haptische motorcontroller

Deze controllers maken rechtstreeks verbinding met elke vibratiemotor en stellen u in staat om elke vibratiemotor onafhankelijk van elkaar te programmeren, terwijl ze ook het voordeel hebben dat ze een vooraf vastgestelde bibliotheek met vibratie-effecten bevatten. Deze zijn niet essentieel voor de functie van de handschoen, maar het maakt het een stuk eenvoudiger om te programmeren, omdat je niet je eigen trillingspatronen vanaf het begin hoeft te programmeren.

multiplexer

Dit werkt gewoon als een soort uitbreiding omdat er niet genoeg SCL/SDA-pinnen op de FLORA zijn om alle haptische motorcontrollers te huisvesten. Het stelt u ook in staat om onafhankelijk met elke haptische motorcontroller te communiceren door aan elke controller een uniek adres toe te wijzen.

Trillingsmotoren

Deze geven de gebruiker de haptische feedback. Ze trillen in bepaalde patronen, afhankelijk van hoe je ze programmeert. Meer over hoe ze werken hier.

Ultrasone sensoren

Deze sensoren meten de afstand van objecten ervoor. Ze doen dit door een "trigger" -signaal uit te zenden, dat terugkaatst van objecten in de buurt en terugkeert als een "echo" -signaal. Het programma kan dan de vertragingstijd interpreteren en de geschatte afstand berekenen. Zorg ervoor dat u ze "links" en "rechts" labelt, zodat u later niet in de war raakt. Meer over hoe ze werken hier.

Stap 3: Coderen

Nu alles is aangesloten, kun je de code downloaden naar je FLORA en testen. Download het onderstaande bestand en de benodigde bibliotheken (hieronder gelinkt). Deze voorbeeldcode heeft de functies die in de bovenstaande tabel worden vermeld.

Om de code te testen, plaatst u een groot plat voorwerp op minder dan 15 cm afstand van de ultrasone sensor aan de rechterkant. De ingebouwde RBG moet snel blauw knipperen. Naarmate u het object verder weg beweegt, zou het knipperen minder snel moeten worden. Tegelijkertijd zal een van de vibratiemotoren (die later op de duim worden geplaatst) snel trillen wanneer het object minder dan 15 cm verwijderd is en beginnen te trillen met minder kracht naarmate je het object verder weg beweegt. Hetzelfde patroon zou moeten gelden voor de linker ultrasone sensor, alleen met een oranje licht in plaats van blauw

Ik had een extra functie toegevoegd, namelijk dat de RBG roze moet knipperen en dat de middelvinger- en handpalmtrillingssensoren moeten trillen wanneer beide sensoren een object op minder dan 15 cm afstand detecteren. Deze functie is echter niet erg betrouwbaar. Ik heb de middelvinger- en palmtrillingsmotoren in het uiteindelijke ontwerp behouden voor het geval mensen een creatievere functie voor hen willen bedenken.

*NIET* steek het FLORA-bord via usb in de computer terwijl de externe batterij nog is aangesloten! Koppel hem altijd eerst los van de externe batterij.

*VOORDAT* u de hier verstrekte voorbeeldcode downloadt, moet u de volgende bibliotheken/stuurprogramma's downloaden:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Als de code niet lijkt te werken of uw sensoren/motoren niet reageren:

- Zorg ervoor dat je de juiste COM-poort hebt geselecteerd in het Arduino-programma.

- Zorg ervoor dat uw vibratiemotoren volledig zijn aangesloten op de breadboard/haptische motorcontrollers. De draden die ze verbinden zijn erg dun en kunnen gemakkelijk losraken.

- Controleer nogmaals of u de SCL/SDA-draden (multiplexer) of de ECHO- en TRIG-draden (ultrasone sensor) niet hebt verwisseld. Het zal niet werken als deze worden verwisseld.

- Als alles normaal functioneert wanneer aangesloten via usb, maar glitchen wanneer aangesloten op de externe batterijen, is het waarschijnlijk tijd om ze te vervangen door nieuwe batterijen.

Stap 4: Gegevensverbindingen solderen

Nu is bevestigd dat de code werkt, kunt u beginnen met de montage van het eindproduct. Ik begon met het uittekenen van alle verbindingen op de omtrek van een hand, om zo alle definitieve verbindingen te visualiseren. Ik concentreerde me eerst op alle dataverbindingen en bekabelde vervolgens de stroom- en aardleidingen aan het einde. Ook ben ik in dit stadium vergeten de weerstanden aan de ECHO- en GND-pinnen van de ultrasone sensoren te solderen (oeps), zodat ze niet in de afbeelding staan. Ik heb ze uiteindelijk toegevoegd toen ik de ultrasone sensoren aan de power "hub" in het midden van de handschoen had aangesloten.

Ik begon met het solderen van alle verbindingen met de FLORA en baande me een weg door de multiplexer, de haptische motorcontrollers en de vibratiemotoren. Ik heb mijn verbindingen versterkt met hete lijm, krimpkous en elektrische tape.

In alle afbeeldingen komt de draadkleur overeen met de volgende aansluitingen:

Rode kracht

ZWART: aarde

GEEL: scl

WIT: sda

GROEN: motor (-)

GRIJS: motor (+)

BRUIN: ultrasone sensorecho

ORANJE: ultrasone sensor trig

Stap 5: De handschoen fabriceren

De handschoen is opgebouwd uit de volgende onderdelen:

- Hoofdhandschoen (die de handpalmtrilling vasthoudt)

- 3 vingerriemen (pink, middel, duim), die 3 van de vibratiemotoren vasthouden

- Armriem om het batterijpakket vast te houden

Ik heb gekozen voor een vingerloos handschoenontwerp omwille van de eenvoud, en je kunt de algemene sjabloon hierboven zien. Deze schets is niet op schaal en u zult waarschijnlijk de maatvoering moeten aanpassen aan uw hand. Het is bedoeld om aan de linkerhand te worden gedragen. Ik heb het ontwerp eerst op de onderkant van een stof getraceerd en vervolgens een Xacto-mes gebruikt om het uit te snijden. Ik vormde de vingerstukken door stroken stof lang genoeg uit te knippen om rond mijn vingers te wikkelen, en klittenband vast te naaien om ze op hun plaats te houden. Ik maakte vervolgens zakjes om de vibratiemotoren te huisvesten en naaide ze aan de vingerriemen en aan het midden van de onderkant van het hoofdhandschoenlichaam (bij de handpalm).

Dit ontwerp vereist minimaal naaien en ik naaide alleen in deze scenario's:

- Plak/versterk de klittenband aan de stof.

- Naai de zakjes van de vibratiemotor op de vingerriemen en het hoofdhandschoenlichaam.

- Construeer het batterijvak op de armriem.

Stap 6: Assemblage (deel 1)

Nu de handschoen was gemonteerd en alle bedrading was voltooid, begon ik de elektrische componenten aan de handschoen te plakken. Voor deze stap heb ik de tekening gevolgd die ik eerder heb gemaakt en heb ik alle stukken neergelegd. Daarna begon ik ze vast te naaien met touw. Uiteindelijk heb ik de haptische motorcontrollers aan de linkerkant van de handschoen geplaatst in plaats van aan de bovenkant, omdat het op die manier logischer was toen ik met de montage begon.

Stap 7: Montage (deel 2 - PWR + GND)

Ten slotte heb ik al mijn componenten op stroom en aarde aangesloten. Om dit te doen, heb ik een grond- en stroomrail op mijn kleine breadboard opgezet, door deze aan te sluiten op de gnd en pwr van de FLORA. Ik heb mijn haptische motorcontrollers en multiplexer op deze rails aangesloten. Ik heb toen mijn ultrasone sensoren aangesloten op pwr en gnd, maar maakte ook gebruik van de extra ruimte op het breadboard om de eerder vergeten weerstanden toe te voegen. Deze weerstanden zijn essentieel omdat ze een deler creëren die de spanning van het ECHO-signaal verlaagt, dat teruggaat naar de FLORA.

Het was een beetje precair om de gnd- en pwr-verbindingen te solderen nadat alles al was genaaid, dus misschien wil je eerst al het solderen doen. Het was logisch dat ik wachtte omdat ik nog steeds niet helemaal zeker wist wat de uiteindelijke lay-out van alle componenten zou zijn.

Met wat Gorilla-lijm heb ik een klein stukje hout aan de handschoen geplakt om de breadboard omhoog te brengen en klittenband toegevoegd om de breadboard aan het hout te hechten (zie afbeelding hierboven). Ik deed dit zodat ik het gemakkelijk kon optillen en controleren op korte broeken.

De laatste stap is om uw ultrasone sensoren heet te lijmen aan weerszijden van het verhoogde breadboard.

En je bent klaar!