Rękawica dotykowa dla niewidomych: 7 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Rękawica Haptic to urządzenie dla osób niewidomych i/lub niedowidzących, które dostarcza użytkownikowi informacji o przeszkodach w ich bezpośrednim otoczeniu. Rękawica wykorzystuje dwa czujniki ultradźwiękowe, które informują o odległości i orientacji obiektów. W zależności od tego, co te czujniki wykryją, silniki wibracyjne umieszczone w rękawicach wibrują według unikalnych wzorów, aby przekazać te informacje użytkownikowi.

Krok 1: Lista materiałów eksploatacyjnych

Elektroniczny:

- #1201: wibracyjna mini tarcza z silnikiem - ERM (x4) [$1,95 za sztukę]

- #2305: Adafruit DRV2605L Haptic Motor Controller (x4) [7,95 USD za sztukę]

- #659: FLORA – Elektroniczna platforma do noszenia – kompatybilna z Arduino [14,95 USD]

- Ultradźwiękowe czujniki odległości HC-SR04 (x2) [$2.99 za sztukę]

- #2717: Multiplekser TCA9548A I2C [6,95 USD]

- #3287: uchwyt na 3 baterie AA ze złączem JST [2,95 USD]

- #1608: Czwarta płytka PCB Adafruit Perma-Proto - Pojedyncza [2,95 USD]

- Kabel taśmowy

- Rezystory 200 i 220 omów

Produkcja:

- paski na rzepy [$2.98]

- #615: Zestaw igieł - 3/9 rozmiarów - 20 igieł [$1.95]

- Neopren lub inny wytrzymały materiał

Całkowity koszt: 78,31 USD

Większość komponentów została zakupiona na Adafruit.com

Krok 2: Deska do krojenia chleba

Pierwszym krokiem jest połączenie wszystkich komponentów za pomocą płytki stykowej, aby upewnić się, że wszystkie działają prawidłowo przed przymocowaniem ich do produktu końcowego. Poniższy schemat obwodu i obraz dają wyobrażenie o tym, gdzie wszystko musi być podłączone. Oto zestawienie tego, co robi każdy składnik:

Arduino Uno/FLORA

To jest mikrokontroler, który jest częścią programowalną. Zapewnia również zasilanie wszystkich komponentów z akumulatora. Początkowo podłączyłem wszystko do Arduino Uno, ponieważ ma zasilanie 5 V, ale potem zastąpiłem je bateriami FLORA i 3 bateriami AA (4,5 V).

Dotykowy sterownik silnika

Sterowniki te łączą się bezpośrednio z każdym silnikiem wibracyjnym i umożliwiają programowanie każdego silnika wibracyjnego niezależnie od siebie, a jednocześnie mają tę zaletę, że zawierają wstępnie ustaloną bibliotekę efektów wibracyjnych. Nie są one krytyczne dla działania rękawicy, ale znacznie ułatwiają programowanie, ponieważ nie trzeba programować własnych wzorców wibracji od zera.

Multiplekser

Działa to po prostu jako rodzaj ekspandera, ponieważ we FLORA nie ma wystarczającej liczby pinów SCL/SDA, aby pomieścić wszystkie dotykowe sterowniki silników. Umożliwia także niezależną komunikację z każdym dotykowym sterownikiem silnika poprzez przypisanie każdemu z nich unikalnego adresu.

Silniki wibracyjne

To one zapewniają użytkownikowi haptyczną informację zwrotną. Wibrują według określonych wzorców, w zależności od tego, jak je zaprogramowałeś. Więcej o tym, jak działają tutaj.

Czujniki ultradźwiękowe

Te czujniki mierzą odległość obiektów przed nimi. Robią to, wysyłając sygnał „wyzwalający”, który odbija się od pobliskich obiektów i powraca jako sygnał „echa”. Program jest wtedy w stanie zinterpretować czas opóźnienia i obliczyć przybliżoną odległość. Upewnij się, że oznaczysz je jako „lewo” i „prawo”, aby później się nie pomylić. Więcej o tym, jak działają tutaj.

Krok 3: Kodowanie

Teraz, gdy wszystko jest połączone, możesz pobrać kod na swoją FLORĘ i przetestować go. Pobierz poniższy plik i niezbędne biblioteki (link poniżej). Ten przykładowy kod zawiera funkcje wymienione w powyższej tabeli.

Aby przetestować kod, umieść duży płaski przedmiot w odległości mniejszej niż 6 cali od czujnika ultradźwiękowego po prawej stronie. Wbudowany RBG powinien szybko migać na niebiesko. W miarę oddalania obiektu miganie powinno stawać się wolniejsze. Jednocześnie jeden z silników wibracyjnych (który później zostanie umieszczony na kciuku) będzie wibrował gwałtownie, gdy obiekt znajduje się w odległości mniejszej niż 6 cali i zacznie wibrować z mniejszą mocą, im dalej oddalisz się od obiektu. Ten sam wzór powinien dotyczyć lewego czujnika ultradźwiękowego, tylko z pomarańczowym światłem zamiast niebieskiego

Dodałem dodatkową funkcję, która polega na tym, że RBG powinien migać na różowo, a czujniki wibracji środkowego palca i dłoni powinny wibrować, gdy oba czujniki wykryją obiekt w odległości mniejszej niż 6 cali. Jednak ta funkcja nie jest zbyt niezawodna. W ostatecznym projekcie zachowałem silniki wibracyjne środkowego palca i dłoni na wypadek, gdyby ludzie chcieli wymyślić dla nich bardziej kreatywną funkcję.

*NIE* podłączać płytki FLORA do komputera przez USB, gdy bateria zewnętrzna jest nadal podłączona! Zawsze najpierw odłącz go od zewnętrznej baterii.

*PRZED* pobraniem przykładowego kodu podanego tutaj, będziesz musiał pobrać następujące biblioteki/sterowniki:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Jeśli kod nie działa lub czujniki/silniki nie odpowiadają:

- Upewnij się, że wybrałeś właściwy port COM w programie Arduino.

- Upewnij się, że silniki wibracyjne są w pełni połączone z płytką stykową/sterownikami silników dotykowych. Łączące je przewody są bardzo cienkie i można je łatwo poluzować.

- Dokładnie sprawdź, czy nie pomyliłeś przewodów SCL/SDA (multiplekser) lub przewodów ECHO i TRIG (czujnik ultradźwiękowy). Nie będzie działać, jeśli zostaną one zamienione.

- Jeśli wszystko działa normalnie po podłączeniu przez USB, ale glitchuje po podłączeniu do zewnętrznych baterii, prawdopodobnie nadszedł czas, aby wymienić je na nowe.

Krok 4: Lutowanie połączeń danych

Teraz, gdy kod jest potwierdzony, możesz rozpocząć montaż produktu końcowego. Zacząłem od narysowania wszystkich połączeń na zarysie dłoni, aby zwizualizować wszystkie końcowe połączenia. Najpierw skoncentrowałem się na wszystkich połączeniach danych, a na końcu podłączyłem przewody zasilające i uziemiające. Również na tym etapie zapomniałem przylutować rezystory do pinów ECHO i GND czujników ultradźwiękowych (ups), więc nie ma ich na obrazku. Skończyło się na tym, że dodałem je, kiedy podłączyłem czujniki ultradźwiękowe do „piasty” zasilania na środku rękawicy.

Zacząłem od lutowania wszystkich połączeń do FLORA i przeszedłem przez multiplekser, dotykowe sterowniki silników i silniki wibracyjne. Wzmocniłem moje połączenia gorącym klejem, rurkami termokurczliwymi i taśmą elektryczną.

Na wszystkich obrazach kolor przewodu odpowiada następującym połączeniom:

Czerwona moc

CZARNY: ziemia

ŻÓŁTY: scl

BIAŁY: sda

ZIELONY: silnik (-)

SZARY: silnik (+)

BRĄZOWY: echo czujnika ultradźwiękowego

POMARAŃCZOWY: wyzwalanie czujnika ultradźwiękowego

Krok 5: Wykonanie rękawicy

Rękawica składa się z następujących elementów:

- Główny korpus rękawicy (który utrzymuje wibracje dłoni)

- 3 paski na palce (pinky, środkowy, kciuk), które utrzymują 3 silniki wibracyjne

- Pasek na ramię do przechowywania akumulatora

Zdecydowałem się na projekt rękawic bez palców dla uproszczenia, a ogólny szablon można zobaczyć powyżej. Ten szkic nie jest w skali i prawdopodobnie będziesz musiał dostosować rozmiar, aby pasował do twojej dłoni. Przeznaczony jest do noszenia na lewej ręce. Najpierw narysowałem projekt na spodzie jakiegoś materiału, a następnie użyłem noża Xacto, aby go wyciąć. Kawałki palców uformowałam, wycinając paski materiału wystarczająco długie, aby owinęły się wokół moich palców, i przyszywając paski na rzepy, aby utrzymać je na miejscu. Następnie wykonałem woreczki do przechowywania silników wibracyjnych i przyszyłem je do pasków na palce oraz do środka spodu głównego korpusu rękawicy (w pobliżu dłoni).

Ten projekt wymaga minimalnego szycia, a szyłem tylko w następujących scenariuszach:

- Przykleić/wzmocnić paski na rzepy do tkaniny.

- Przyszyj woreczki na silniki wibracyjne do pasków na palce i głównego korpusu rękawicy.

- Zbuduj kieszeń na baterię na pasku na ramię.

Krok 6: Montaż (część 1)

Teraz, gdy rękawica została zmontowana i całe okablowanie ukończone, zacząłem przyklejać elementy elektryczne do rękawicy. W tym kroku postępowałem zgodnie z rysunkiem, który wykonałem wcześniej i ułożyłem wszystkie elementy. Następnie zacząłem je szyć na sznurku. Skończyło się na umieszczeniu dotykowych kontrolerów silnika po lewej stronie rękawicy zamiast na górze, ponieważ miało to więcej sensu, gdy zacząłem montaż.

Krok 7: Montaż (Część 2 - PWR + GND)

W końcu podłączyłem wszystkie moje komponenty do zasilania i masy. Aby to zrobić, ustawiłem szynę uziemiającą i zasilającą na mojej małej płytce stykowej, podłączając ją do masy i zasilania FLORA. Do tych szyn podłączyłem moje dotykowe sterowniki silników i multiplekser. Następnie podłączyłem czujniki ultradźwiękowe do pwr i gnd, ale wykorzystałem też dodatkowe miejsce na płytce stykowej, aby dodać rezystory, o których wcześniej zapomniałem. Rezystory te są niezbędne, ponieważ tworzą dzielnik, który obniża napięcie sygnału ECHO, który wraca do FLORA.

Trochę niepewne było lutowanie połączeń gnd i pwr po tym, jak wszystko było już zszyte, więc możesz najpierw wykonać całe lutowanie. Poczekanie miało dla mnie sens, ponieważ nadal nie byłem do końca pewien, jaki będzie ostateczny układ wszystkich komponentów.

Używając kleju Gorilla, przykleiłem mały kawałek drewna do rękawicy, aby podnieść płytkę stykową, i dodałem rzep, aby przykleić płytkę stykową do drewna (patrz zdjęcie powyżej). Zrobiłem to, aby móc go łatwo podnieść i sprawdzić, czy nie ma szortów.

Ostatnim krokiem jest przyklejenie na gorąco czujników ultradźwiękowych po obu stronach podniesionej płytki stykowej.

I jesteś skończony!