Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0): 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Ten projekt jest kontynuacją i ponownym wyobrażeniem mojego byłego kolegi (metaterra) "Whisker Sensory Extension Wearable".

Celem tego projektu było skupienie się na stworzeniu nowatorskich, wzbogaconych obliczeniowo „rozszerzeń sensorycznych”, które pozwalają na rozszerzone wyczuwanie świata przyrody. Mój główny wysiłek w ramach tego projektu był poświęcony wytwarzaniu i wdrażaniu ulepszeń sensorycznych, które rozszerzą zmysł za pomocą czujników i będą odpowiadać sygnałem dotykowym dla użytkownika. Intencją jest umożliwienie każdemu wytwarzania własnych rozszerzeń sensorycznych, a tym samym mapowanie wewnętrznie ludzkich/zwierzęcych zmysłów na sprzęt. Skuteczne poszerzanie naszych zmysłów na nowe i ekscytujące sposoby, które doprowadzą do lepszego zrozumienia, w jaki sposób nasz mózg jest w stanie przystosować się do nowych zmysłów zewnętrznych.

Niniejszy materiał jest oparty na pracach wspieranych przez National Science Foundation w ramach grantu nr 1736051.

Projekt został opracowany w Lab for Playful Computation i Craft Tech Lab na University of Colorado Boulder.

Jeśli masz jakieś pytania, chcesz być na bieżąco z moją pracą lub po prostu podrzucać pomysły, zrób to na moim Twitterze: @4Eyes6Senses.

Dzięki temu projektowi chciałem wziąć poprzednie przedłużanie sensoryczne wąsów do noszenia i uczynić je lżejszym, bardziej opłacalnym, a także łatwiejszym w budowie. Oto przegląd różnych komponentów i ich funkcji:

Dwa zestawy specjalnie zbudowanych urządzeń z czujnikiem flex (łącznie 4, 2 na stronę) odbierają informacje dotykowe (zgięcie, zgięcie itp.) z obiektów znajdujących się w bezpośrednim otoczeniu użytkownika. Początkowe informacje o napięciu/rezystancji odebrane przez każdy czujnik są następnie przekształcane na informacje o kącie zgięcia (np. kąt zgięcia równy 10 stopni). Informacje o kącie zgięcia są następnie przekształcane na wyjście proporcjonalnej modulacji szerokości impulsu i wysyłane do odpowiednich silników wibracyjnych na czole użytkownika.

- Każdy czujnik zgięcia wąsów jest przymocowany do 1-calowej płyty ProtoBoard i podłączony do Arduino UNO, który wykonuje przetwarzanie/konwertowanie.

- Cztery silniki wibracyjne dostarczają bodźców dotykowych na czoło użytkownika. Każdy użyty silnik odpowiada jednemu wąsowi, intensywność silnika wibracyjnego jest oparta na progu, który zostanie ustawiony na podstawie czujnika wąsów.

Kieszonkowe dzieci

Pasek polistyrenowy o długości 14 cali, szerokości 0,08 cala i grubości 0,03 cala

4-calowy jednokierunkowy czujnik zgięcia/zgięciaSugru

Wtyki JST

Silniki wibracyjne

Twarde opaski na głowę

ProtoBoard - Kwadrat 1"

Zestaw przewodów (polecam izolację silikonową) UWAGA: do każdego połączenia użyjesz około 2-3 stóp drutu

Przezroczysty akryl lub karton o grubości 1/16 cala

Rurki termokurczliwe

Płynne paznokcie

Rezystory 47k

NITECORE lub inny rodzaj opaski na głowę

Rzep

Krok 1: Montaż Wąsów

(Zastrzeżenie! Jest to zaczerpnięte bezpośrednio z poprzedniej instrukcji.)

Zajęło mi trochę czasu opracowanie aparatu do wykrywania wąsów, który byłby wystarczająco elastyczny, aby naśladować prawdziwe wąsy, a jednocześnie wystarczająco sztywny, aby konsekwentnie powracać do prostej, niezgiętej pozycji. Skończyło się na użyciu 4-calowego jednokierunkowego czujnika zgięcia/zgięcia firmy Flexpoint Sensor Systems (patrz rysunek 1). Wtyczka JST jest przylutowana do nóżek czujnika, a następnie 14-calowy pasek polistyrenowy o szerokości 0,08 cala i grubości 0,03 cala (Kupiłem ją w lokalnym sklepie z narzędziami) jest przyklejony do czujnika klejem silikonowym, nakładany jest termokurczliwy, a ochronna powłoka Sugru jest formowana wokół całej podstawy jednostki wąsów. Oto szczegółowe instrukcje:

- Weź końcówkę z wtyczką 3-pinowego złącza JST i wyjmij przewód środkowy (patrz rysunki 2-4)

- Odetnij przewody wtyczki tak, aby pozostało ~1,5 cm przewodu, a następnie usuń i przylutuj te przewody do pinów czujnika (pamiętając o orientacji wtyczki/czujnika). Użyłem koszulki termokurczliwej, aby zapewnić izolację (patrz rysunki 5, 6)

- Przymocuj pasek styropianu do czujnika za pomocą jakiegoś elastycznego kleju (ja użyłem kleju silikonowego Liquid Nails). Upewnij się, że pasek jest dobrze przymocowany do czujnika (patrz rysunki 7, 8)

- Weź swój Sugru (użyłem pojedynczego opakowania 5g) i uformuj go wokół podstawy czujnika/paska/wtyczki, upewniając się, że wszystkie te elementy są otoczone. Upewnij się również, że Sugru jest nałożony wystarczająco wysoko, aby w pełni zabezpieczyć pasek, ale nie za wysoko, aby ograniczyć swobodę ruchu/zgięcia czujnika. Nie spiesz się. Będziesz miał co najmniej 30-45 minut, zanim Sugru zacznie twardnieć. Zanim pozwolisz wyschnąć, upewnij się, że wtyczka jest prawidłowo dopasowana do gniazda złącza JST (patrz rysunki 9-13)

- Na koniec przykleiłem etykiety do aparatu do wąsów. Użyto pozycji bocznej (L/P) i numeru (1-4) (patrz rysunki 14, 15)

- Zrób jeszcze 3 (lub dowolną liczbę wąsów). Pamiętaj, aby stworzyć każdy wąs w ten sam sposób. Pomoże to w późniejszej kalibracji czujnika.

Krok 2: Montaż wąsów

Teraz, gdy czujniki zgięcia wąsów są gotowe, możemy teraz zamontować je na policzku (rysunek 1). Metaterra zaprojektował zakrzywione ramię z dyskiem do montażu, zrobił to za pomocą programu Adobe Illustrator i użył przezroczystego akrylu o grubości 1/16 cala jako materiału. UWAGA: Jeśli wycinarka laserowa nie jest łatwo dostępna, możesz spróbować wykonać mocowania z karton lub inny łatwy do wycinania materiał, wystarczy wydrukować plik PDF i wyciąć wokół kalki, gdy jest nałożony na karton. Po wycięciu laserowym wywierć cztery otwory w akrylu, a następnie wpleć zatyczki JST przez otwory (rysunek 1, 3 i 4), a następnie osadź wąsy w dyskowej części mocowania za pomocą Sugru. Oto szczegółowe instrukcje:

- Otwórz plik wektorowy ramienia wąsów (PDF). Materiał użyty do tego instruktażu to przezroczysty akryl 1/16 i wycięty za pomocą wycinarki laserowej.

- Wywierć cztery otwory w uchwycie na policzek. Możesz bawić się rozmiarem otworu, a także odległością, aby wąsy były tak blisko lub daleko, jak chcesz.

- Przepleść 2-pinową wtyczkę JST przez otwory. upewnij się, że boki z otworem są skierowane od siebie.

- Upewnij się, że porty wąsów znajdują się tam, gdzie chcesz. Użyj Sugru i uformuj wtyczki JST na części płyty (zajęło mi to około czterech pakietów Sugru). Dzięki Sugru będziesz mieć około 30 minut czasu na formowanie, więc nie spiesz się i upewnij się, że wąsy nie będą się nakładać po podłączeniu, a wtyczki JST są ustawione tam, gdzie chcesz. Gdy będziesz zadowolony z miejsca, pozostaw Sugru do wyschnięcia na jeden dzień.

- Odnośnik do rysunku 9 i 10 dla tego kroku, zauważ również, że w moim projekcie: biały = 3,3 V, czarny = GND, a czerwony to pin analogowy. Przylutuj dwa końce wtyku JST do jednej strony 1' ProtoBoard, a następnie powtórz z drugim wąsem. Utwórz dzielnik napięcia za pomocą mojego projektu lub zmień układ (możesz również zajrzeć do przewodnika podłączania czujnika flex SparkFun).

- Aby przymocować elementy policzkowe do pałąka, użyj dwóch śrub/śrub, aby przymocować ramię do pałąka (rysunek 11).

Krok 3: Integracja z silnikiem wibracyjnym, opaska na głowę i konfiguracja baterii

Podłączenie silników wibracyjnych jest dość proste, czerwony kabel połączy się z cyfrowym pinem PWM na Arduino, a niebieski połączy się z GND. Silniki wibracyjne są przymocowane do pałąka NITECORE za pomocą rzepów, umiejscowienie opiera się na wąsach, do których jest przywiązany, zewnętrzne silniki wibracyjne są przywiązane do przednich wąsów, a wewnętrzne silniki wibracyjne do tylnych wąsów (rysunek 6).

- Przylutuj przewód do końców każdego silnika wibracyjnego, nałóż koszulkę termokurczliwą na każde połączenie, a następnie nałóż koszulkę termokurczliwą na przewód silnika wibracyjnego oraz nowe przewody termokurczliwe (Rysunek 2), powtórz 3 razy. Przykleić tarczę z rzepem (strona z haczykiem) z tyłu silnika. Powtórz 3 razy.

- Przytnij jeden pasek rzepu tak, aby przewody silnika można było połączyć razem i przymocować do przedniej części opaski NITECORE (patrz rysunek 5). Przyklej (użyłem super kleju) pasek do wewnętrznej strony opaski i przypnij silniki do paska w tej samej orientacji, w jakiej umieściłeś porty wąsów na płytce policzkowej (Rysunek 7)

- Użyj klipsa lub opaski zaciskowej do podłączenia przewodów silnika wibracyjnego, co pomoże chronić silniki wibracyjne przed pociągnięciem/złamaniem (Rysunek 7).

Krok 4: Mikroprocesor i łączenie wszystkiego z Arduino

Wszystkie silniki wibracyjne i wiskery połączą się z Arduino UNO. Potrzebna będzie dodatkowa płytka prototypowa, która pozwoli przylutować 9 kabli GND i 4 kable 3.3V. Najprawdopodobniej będziesz także potrzebować zestawu złączy dupoint, aby dodać piny i obudowę do kabli, które należy podłączyć bezpośrednio do Arduino. Przewody pinowe silnika wibracyjnego (czerwony kabel) łączą się z cyfrowymi pinami Arduino: 3, 9, 10, 11 (Te piny zostały wybrane, ponieważ pozwalają na PWM). Przewody GND silnika wibracyjnego (czarny lub biały) zostaną przylutowane do płytki prototypowej. Piny wiskery (czerwony kabel) połączą się z pinami analogowymi Arduino: A0, A1, A2, A3. Kable wisker VCC (biały kabel) i uziemienia (czarny) zostaną przylutowane do płytki prototypowej.

Krok 5: Implementuj Kodeks

Ok, teraz czas na wgranie kodu. Jest kilka rzeczy, które musisz poprawić, zanim będziesz gotowy, aby ruszyć w świat.

- Najpierw użyj multimetru do zmierzenia zarówno napięcia wyjściowego VCC, jak i rezystancji na rezystorze 10k. Wprowadź te wartości do odpowiednich miejsc w kodzie.

- Następnie sprawdź, czy wszystkie inne zmienne są ustawione na prawidłowe wejścia/wyjścia (np. mtr, flexADC, itp.).

- Następnie podłącz swoje Arduino i prześlij kod.

- Po uruchomieniu zobaczysz na monitorze szeregowym, że Bend + (numer wąsu) zostanie wydrukowany. Teraz nadszedł czas na kalibrację wąsów (każdy wąs jest unikalny i będzie miał nieco inny opór podstawowy). Ustaw zmienną STRAIGHT_RESISTANCE na dowolną wartość oporu linii bazowej (tj. pozycję niewygiętego wąsów) drukowaną jako. Następnie ustaw zmienną BEND_RESISTANCE na STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. W oryginalnym kodzie ta zmienna miała odzwierciedlać wyjściową rezystancję czujnika zginania przy zgięciu 90 stopni. Ponieważ nasze wąsy nie zbliżają się do pełnego wygięcia pod kątem 90 stopni (przynajmniej w typowych sytuacjach), dodanie 30000,0 omów do rezystancji podstawowej działa dobrze. Możesz jednak ustawić odporność na zginanie na to, co najlepiej pasuje do Twojej aplikacji. Jeśli wszystko ustawiłeś poprawnie, zobaczysz, że gdy wąs nie jest wygięty, zostanie wydrukowany kąt zgięcia równy 0 stopni (mniej więcej). Następnie możesz ustawić wartości progowe, które będą aktywować silniki wibracyjne w oparciu o kąt. Po tym możesz już iść!

Krok 6: Gotowe

Masz teraz wąsy do noszenia i jesteś gotowy, aby (poczuć) świat!

Jeśli masz jakieś dogłębne pytania, chcesz dowiedzieć się o ludzkich możliwościach rozwoju, chcesz być na bieżąco z moją pracą lub po prostu podrzucać pomysły, zrób to na moim Twitterze:

Dziękuję!