Il 'Sup - un mouse per persone con quadriplegia - Basso costo e open source: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Nella primavera del 2017, la famiglia del mio migliore amico mi ha chiesto se volevo volare a Denver e aiutarli con un progetto. Hanno un amico, Allen, che soffre di tetraplegia a causa di un incidente in mountain bike. Felix (il mio amico) ed io abbiamo fatto una rapida ricerca e abbiamo deciso di costruire Allen un "Sip-n-puff", combinato con un joystick, per dargli la possibilità di accedere a tutte le stesse funzionalità di un normale mouse.

Un Sip-n-puff è un dispositivo di input che accetta l'input dell'utente sotto forma di "Sip" o "Puff" (immagina di sorseggiare attraverso una cannuccia o di fare delle bolle nella tua bevanda). Qui, lo combiniamo con un joystick per consentire all'utente di spostare il cursore sullo schermo e il Sip-n-puff viene utilizzato per funzioni come fare clic e scorrere.

I dispositivi Sip-n-puff non sono una novità, e nemmeno le combo joystick/sip-n-puff sono molto comuni. Ma acquistare un dispositivo del genere ti costerà dai $ 500 ai $ 1500! Per Allen, che non ha una fonte di reddito, è un prezzo impossibile. Tuttavia, il dispositivo stesso è in realtà molto semplice: in questo 'ble, ti mostrerò come costruirne uno per poco meno di $ 50!

Tutti i design e il codice sono open source, il che significa che puoi crearne uno senza pagare me o Felix un centesimo! Se desideri solo il dispositivo finito senza il lavoro, sarei felice di realizzarne uno per te. I dettagli sono alla fine di Instructable.

Infine, poiché questo è open source, puoi trovare tutti i file di progettazione e il codice su GitHub:

Stai cercando di acquistare il 'Sup? Puoi trovare informazioni alla fine di questo Instructable.

Aggiornamento: grazie a tutti coloro che hanno votato per questo progetto! Sono super felice di aver vinto il mio primo concorso didattico e ho fatto buon uso della carta regalo Amazon: gli strumenti che ho acquistato dovrebbero consentirmi di portare contenuti di qualità superiore in quantità maggiori.

Un'altra cosa: sono stato piacevolmente sorpreso di vedere due articoli online che menzionavano questo progetto! Un grande ringraziamento a Hackaday e Open-electronics.org per averlo ritenuto un articolo degno. Puoi trovarli entrambi di seguito:

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/

Il SUP è stato recentemente citato anche sul New Mobility Magazine. Puoi trovare quell'articolo qui:

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

Crediti e ringraziamenti:

Devo un enorme ringraziamento al mio amico Felix e alla sua famiglia per avermi portato a Denver (dove vive Allen) e per aver pagato tutto tranne la stampante 3D. Ha davvero aiutato a far ripartire lo sviluppo e a realizzare il "SUP" in breve tempo!

Credito aggiuntivo va anche a Felix per la maggior parte del design 3D.

Infine, grazie ad Allen per essere stato qualcuno che potevamo aiutare, che era disposto a lasciarci invadere e chiedergli se gli piaceva il nostro prototipo messo insieme.

Passaggio 1: strumenti, parti e materiali

Ecco tutto ciò di cui hai bisogno per costruire il dispositivo. Prima di ordinare tutto, leggi il resto dell'ible per assicurarti di essere a tuo agio con lo skillset necessario per assemblarlo!

Parti:

• Arduino Pro Micro (in particolare un Pro Micro, con un connettore USB e ATmega32u4)
• MPXV7002DP sensore di pressione con breakout board
• Modulo joystick
• Tubo in silicone alimentare, 1/8 ID per 1/4 OD, circa 6"
• Parti stampate in 3D, <= 72 grammi di valore
• Fili (ho usato cavi DuPont femmina-femmina, quindi ho tagliato le estremità)

Utensili:

• Saldatore (questo ferro da 30 W su Amazon funziona alla grande)
• Pistola per colla a caldo (alta temperatura)
• Stampante 3D (o ottieni materiale stampato tramite un servizio di stampa 3D)
• Varie strumenti come pinze, cacciavite a testa piatta, carta vetrata, coltellino affilato con lama sottile, tronchesi

Materiali:

• Filamento PLA normale (ho usato PLA nero Hatchbox)
• Filamento flessibile come TPU o NinjaFlex (la mia stampante è dotata di un piccolo rotolo di TPU verde. In alternativa, è possibile modificare la parte del boccaglio per accettare un tubo di diametro inferiore, quindi ottenere un tubo ID da 2,5 mm per adattarsi al sensore)

Il costo totale per le parti è di circa $ 22, escluso il filamento della stampante 3D. Una volta aggiunto il braccio flessibile e il cavo USB lungo, il totale è di circa $ 49.

Nota che i link qui sono per lo più il prezzo più basso dalla Cina! Questi impiegheranno almeno un mese per arrivare a te. Se vuoi le parti più velocemente, dovrai pagare un po' di più per le fonti più vicine con una spedizione più veloce. Aspettati che il costo totale fino a circa $75.

Passaggio 2: stampa 3D cose

Tutti i file STL possono essere trovati su https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, ti serviranno tutti.

Se non disponi di una stampante 3D, ci sono molti servizi di stampa 3D in giro che potresti utilizzare. Se vuoi ottenere una stampante economica che funzioni alla grande (e non preoccuparti dell'assemblaggio), ti consiglio l'Anet A8. È un clone di Prusa i3 da $ 150, ha funzionato bene per me e ha una grande comunità online.

Cassa e telaio:

Stampa con supporti "ovunque", ad un'altezza dello strato di 0,1-0,2 mm. Ho usato un tipo di supporto "griglia", ma le "linee" potrebbero essere più facili da rimuovere

GoProClip e FacePlate:

Stampa normalmente, nessun supporto, altezza dello strato di 0,1-0,2 mm

Adattatore per tubi:

1. Da stampare in filamento flessibile
2. Altezza strato 0,1
3. Ritiro OFF
4. Nessun supporto

Passaggio 3: stampa e ricottura del boccaglio

Prima di stampare tutti i bocchini in più, è una buona idea assicurarsi che si restringano correttamente quando vengono ricotti.

Se vuoi essere scientifico, vai avanti e stampa AnnealingTestr.stl e misuralo prima e dopo la ricottura per capire la percentuale esatta in cui si è ridotto/cresciuto e in quale asse. Di solito si prevede una contrazione di circa il 5% nell'asse X e Y' e una crescita di circa il 2% nell'asse Z. Senza il PLA nero Hatchbox e il forno a convezione, abbiamo gestito circa il 2% di restringimento su X e Y e una crescita dell'1% sull'asse Z.

Tuttavia, poiché questo pezzo è progettato solo per adattarsi moderatamente bene al joystick, non è necessario essere molto precisi. Utilizzando i nostri valori per Hatchbox black PLA, ecco il processo di stampa per il bocchino:

1. Ridimensiona X e Y al 103% delle dimensioni, lascia Z così com'è (miriamo a un aumento delle dimensioni di circa il 2% rispetto alle dimensioni originali, una volta ricotto, in modo che si adatti abbastanza facilmente al joystick)
2. Stampa con un bordo e supporta la "piastra di costruzione toccante".
3. Riempire al 100% (in modo che l'acqua non penetri all'interno)
4. Velocità di stampa normale, altezza dello strato di 0,1 mm
5. (Se hai un letto riscaldato, impostalo a 50C)
6. Hotend a 220 ° C.

Non ho giocato molto con questi valori, ma è quello che ho usato per la mia stampante (un clone di Prusa i3, Anet A8).

Dopo aver stampato un pezzo o due, prova a ricotturarli e vedi se si adattano.

Il processo di ricottura:

1. Preriscalda il forno, preferibilmente a convezione (se il tuo forno lo fa), a una temperatura vicina a 158F o 70C. Alcuni forni non vanno così in basso, se è spento di un po' non importa molto.
2. Attendi che il forno si riscaldi, quindi metti i tuoi pezzi su qualcosa che impedisca loro di cadere.
3. Imposta un timer per un'ora, quindi lascialo. Non aprire il forno per controllarlo, poiché l'effetto di raffreddamento potrebbe compromettere il processo di ricottura.
4. Una volta che è rimasto lì per un'ora, spegni il forno e lascia che il pezzo si raffreddi con il forno. Un termometro funzionerebbe bene per questo, ma non devi essere super preciso, aspetta solo un'ora o giù di lì.
5. Una volta che si è praticamente raffreddato, tiralo fuori. Ora dovrebbe essere più forte e, cosa più importante, in grado di resistere all'acqua bollente e al lavaggio in lavastoviglie.

Passaggio 4: post-elaborazione delle stampe 3D

Mi piace che le mie stampe 3D siano pulite, ma questo spesso significa molti supporti. Se hai stampato le parti del telaio e della custodia con il riempimento come consigliato, hai un po' di pulizia da fare! Ecco alcuni suggerimenti e trucchi per rimuoverli.

Come puoi vedere, ho usato una combinazione di un cacciavite, una pinza ad ago e il mio coltellino tascabile per rimuovere i supporti. Ho scelto i supporti "a griglia" perché funzionano meglio e tendono a uscire puliti e interi, ma sono più difficili da rimuovere. Puoi eliminarne alcuni con un rapido colpo di cacciavite, ma fai attenzione a non rompere la parte reale. Può essere facile da fare sulla parte del telaio.

La parte Case viene stampata con una grande parete di supporto nella parte posteriore, che può essere particolarmente difficile da rimuovere. Trovo che funzioni meglio aggirare i bordi con una piccola lama di coltello, quindi provare a forarla e farla leva lateralmente. Ci vorrà un po' di lavoro, ma la pazienza ripaga!

Una volta terminato, puoi scartare il materiale di supporto storpiato o salvarlo se sei davvero interessato al riutilizzo…

Passaggio 5: prova di adattamento

Ora che tutto è stato ripulito, dovremmo testare le parti stampate in 3D.

I moduli si assemblano tutti come mostrato e dovrebbero adattarsi abbastanza strettamente. In caso contrario, prova a stampare Frame.stl con una dimensione del 101-102% e a ridimensionare Case.stl per adattarlo.

Il boccaglio dovrebbe essere in grado di adattarsi con una piccola quantità di forza, ma non staccarsi troppo facilmente. Questo è un buon momento per assicurarti che il tubo in silicone si adatti al boccaglio e all'adattatore. Ho scoperto che il modo migliore per inserirlo in modo sicuro era inserire l'estremità come possibile, quindi ruotare il tubo mentre lo si spingeva dentro, per farlo aderire bene al bordo inferiore del foro nell'adattatore.

Nota: nelle foto, sto usando un modulo joystick a cui ho già saldato i fili. Tuttavia, il normale modulo joystick dovrebbe adattarsi bene.

Passaggio 6: preparare il joystick

Prima di poter saldare i fili al joystick, dovremo sbarazzarci delle vecchie intestazioni dei pin. Ho scoperto che il modo migliore era tagliare il più possibile, quindi riscaldare ogni pin con un saldatore e toccare il PCB per far cadere il pin.

Dopo aver rimosso i vecchi pin, saldare una lunghezza di fili (circa 20 cm di lunghezza) al modulo joystick. È utile avere colori univoci per ogni pin, in modo da poter identificare facilmente quale filo va dove in seguito.

Passaggio 7: schema

Ora che abbiamo tolto di mezzo il design 3D, è tempo di uno schema elettrico e di uno schema elettrico!

Il circuito è in realtà molto semplice, senza resistori o componenti esterni coinvolti, solo i 3 diversi moduli collegati tra loro. Ho fornito uno schema sopra, e esaminerò anche qui cosa va dove:

Rottura del sensore di pressione:

• "A" va a A0 su Arduino
• "5V" va a VCC su Arduino
• "GND" va a uno dei pin GND sull'arduino

Modulo joystick:

• "GND" va a uno dei pin GND su Arduino
• "+5V" va al pin "RAW" su Arduino
• "VRx" va in A2 su Arduino
• "VRy" va in A1 su Arduino
• "SW" va a D2 su Arduino (tecnicamente, dovrebbe esserci anche un resistore di pullup da 10K tra esso e GND. Tuttavia, il codice corrente non lo usa e sarebbe comunque più difficile da usare, quindi …)

Passaggio 8: saldare tutto insieme

Ora sei pronto per assemblare tutta l'elettronica!

Assicurati di avere i moduli montati come mostrato! Vuoi che i fili passino attraverso il telaio e attraverso le fessure superiori o inferiori in cui si collega l'arduino. L'arduino sarà allentato, ma i fili scorreranno attraverso il telaio. Dai un'occhiata alle foto, mostrano cosa intendo.

Inizia spellando e stagnando le estremità di tutti i cavi dal Joystick, se non l'hai già fatto. Quindi, in base allo schema e alle immagini, collegarlo come segue.

• GND al GND (pin 23) su Arduino
• +5V al pin RAW su Arduino (proprio accanto al pin GND)
• VRx su A2 su Arduino
• Vry in A1 su Arduino

Per ora lasceremo il pin SW, poiché si salda alla parte superiore dell'Arduino.

Passando al sensore di pressione, dovrai prima identificare quali sono i fili. Supponendo che il telaio sia rivolto con il joystick puntato direttamente lontano da te, l'ordine dei cavi è il seguente:

• Filo superiore: uscita analogica "A", al pin Arduino A0
• Cavo centrale: 5V, al pin Arduino VCC
• Filo inferiore: GND, a GND, pin 4, in alto.

A questo punto, puoi anche cablare il pin SW del joystick, al pin 2 di Arduino, proprio accanto al pin GND.

Fai attenzione a non piegare troppo i fili, poiché si rompono abbastanza facilmente.

Passaggio 9: caricamento del programma e test

Prima di incollare tutto a posto, assicuriamoci che funzioni!

Se non hai l'IDE Arduino, dovrai scaricarlo dal sito ufficiale di Arduino, su Arduino.cc. È gratuito, anche se ti chiederanno di donare se lo desideri.

Una volta scaricato e installato l'IDE, scarica il file SupSipNPuff_Final.ino dalla pagina github, quindi aprilo nell'IDE.

Per caricarlo su Arduino, vai in "Strumenti", "Scheda" e seleziona "Arduino/Genuino Micro". Nello stesso menu, in "Porta", seleziona tutto ciò che è disponibile, dovrebbe assomigliare a "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Se non viene visualizzato, potrebbe essere necessario attendere che il sistema operativo installi i driver, ma dovrebbe farlo automaticamente.

Fare clic sul pulsante di caricamento (il pulsante con la freccia blu rotonda in alto a sinistra) o premere Ctrl/U (o equivalente) per caricare il programma. Quando la barra di avanzamento in basso scompare e dice "Caricamento completato", sei pronto per il test!

Per eseguire il test, ricollegare prima il boccaglio e il tubo (collegare il tubo alla porta più in alto sul sensore, utilizzando l'adattatore), quindi tenerlo davanti alla bocca e spostare il boccaglio. Dovrebbe muovere il mouse sullo schermo. Prova un tiro forte o un sorso per fare clic con il tasto sinistro / destro e sorsi / soffi morbidi per scorrere verso l'alto o verso il basso. Puoi anche trattenere un sorso forte o una boccata per tenere premuto il "pulsante del mouse". Se hai problemi, immagina il bocchino come una cannuccia. Invece di soffiare o inalare attraverso di essa, stai creando una pressione con la bocca, come faresti con una cannuccia.

Se uno o più assi sono invertiti, è una semplice soluzione:

1. Assicurati di avere il file SipNPuffMouse aperto nell'IDE
2. Scorri il programma fino a trovare la riga che dice "Mouse.move(reading[0], -reading[1], 0);"
3. Il primo valore "lettura[0]" è il movimento X (orizzontale), e il secondo "lettura[1]" è Y (movimento verticale. A seconda di quale è invertito, aggiungi o rimuovi il segno meno davanti a la riga "reading[x]" per invertire il valore.
4. Ricarica il programma e provalo!

(Nota: un altro modo semplice per trovare la riga è usare Ctrl/F. Lo uso molto quando lavoro con il mio codice!)

Passaggio 10: colla a caldo

Ora, con il tuo Sip-n-puff funzionante, è il momento di assemblare il prodotto finale! Potresti essere orgoglioso di quanto sia bello il cablaggio, ma alcune persone preferiscono che tutto ciò sia coperto da una plastica noiosa, quindi li accontenteremo.

Prima di ciò, dobbiamo proteggere tutto all'interno in modo che non si rovinino quando le cose vengono collegate.

1. Metti una generosa quantità di colla a caldo dietro l'Arduino Micro. Lo stiamo incollando alla barra che separa il punto in cui i fili escono in alto e in basso.
2. Se puoi, fai scorrere un po' indietro il sensore di pressione, metti una goccia di colla a caldo nel suo supporto, quindi fallo scorrere in avanti sopra la macchia. Aggiungine un po' di più sui lati per fissarlo come meglio credi. L'elettronica non viene danneggiata dalla colla a caldo, ma attenzione a non farla entrare nelle porte che escono dal sensore di pressione, dove colleghiamo i tubi.
3. Aggiungi una generosa quantità di colla a caldo sopra i cavi che escono dal modulo Joystick. Questo probabilmente non è necessario, dal momento che non li sposteremo più in giro, ma è utile nel caso in cui venga mai sottoposto a vibrazioni estreme…

Ora che tutte le parti sono a posto, fai scorrere il telaio nella custodia. Dovrai prima staccare il tubo. Ora, centra il frontalino sul modulo Joystick, quindi aggiungi la colla nei punti in cui viene a contatto con il telaio (non è il caso, poiché potresti volerlo far scorrere in seguito). Una volta impostato, puoi far scorrere indietro il telaio e quindi aggiungere altra colla a caldo lungo i lati del telaio dove tocca il frontalino, solo per rinforzarlo.

Infine, ma non meno importante: sul lato del case che non ha il foro per il tubo e il connettore USB, carteggiare leggermente la superficie per irruvidirla, nell'area in cui si desidera montare il pezzo di montaggio. Fai lo stesso sul fondo del pezzo di montaggio, quindi spalmalo di colla e fissalo saldamente alla custodia. Una volta impostato, puoi tagliare l'eccesso con un coltellino per dargli un aspetto più professionale. (Ahaha)

Passaggio 11: installazione e utilizzo

Ora che sei pronto per utilizzare il dispositivo, ecco alcuni suggerimenti per la configurazione.

La stanza di Allen ha una TV a grande schermo con un ingresso HDMI che si trova sul muro dall'altra parte della sua stanza dal suo letto. Abbiamo sistemato il suo laptop su una cassettiera sotto lo schermo e l'abbiamo collegato. Se lo metti in una stanza, trova qualcosa di un po' più lungo di 15 piedi. Abbiamo pensato che sarebbe stato sufficiente, ma non ha avuto la flessibilità che avrei voluto.

Per tenere il dispositivo, abbiamo acquistato questo braccio su Amazon, per $ 19,50. È un braccio flessibile da 25 progettato per contenere una webcam o una GoPro, con un morsetto che funziona benissimo per il fissaggio su un tavolo o un letto. Ha un supporto in stile GoPro, su cui abbiamo progettato il nostro pezzo di montaggio per fissarlo in modo sicuro.

Quando l'abbiamo portato per la prima volta ad Allen, sono rimasto sorpreso da ciò che effettivamente doveva essere cambiato. Per quanto riguarda il dispositivo, voleva solo che rallentassimo un po' il cursore, cosa che da allora ho fatto. Tuttavia, ciò che voleva veramente era un controllo vocale in più per il suo computer, per eliminare il più possibile l'uso della tastiera su schermo. Il sip-n-puff può essere utilizzato in combinazione con alcuni strumenti di accessibilità sul computer per massimizzare l'efficacia. Di seguito è riportato un elenco di tutto ciò che abbiamo fatto per il suo computer:

• Configura Cortana in modo che risponda in qualsiasi momento a "Ehi Cortana".
• Installato una tastiera su schermo e aggiunto un collegamento sul desktop.
• Creato uno script con AutoHotKey per aprire lo strumento di dettatura 10 di Windows (Win/H).
• Firefox installato e sia Adblock che AdBlockPlus. (Cortana usa ancora Edge, sfortunatamente, ma ottieni quello che ottieni)
• GUI, icone e testo ridimensionati al 125%
• Installato un plugin in Firefox per abilitare la ricerca vocale con il clic di un pulsante (su siti come Google)
• Installato CCleaner per provare a far funzionare il suo computer più velocemente (probabilmente non è necessario, ma il suo laptop era un modello economico di fascia bassa ed è ancora piuttosto lento. Sono riuscito ad accelerarlo un po'.)

Penso che quello che finirà per usare di più sia la funzione di ricerca vocale di Cortana, quindi forse la maggior parte delle funzionalità di Firefox rimarranno inutilizzate. Aveva già una home page di Google e Alexa, tuttavia, quindi dovrebbe abituarsi a Cortana abbastanza velocemente.

Un'altra buona cosa da fare è stampare il manuale dell'utente (che si trova su GitHub, ovviamente) e lasciarlo con il dispositivo in modo che qualsiasi infermiere possa sapere come staccare il boccaglio e ricordare all'utente come usarlo, se necessario.

Un'altra cosa: con tutte le fessure e le fessure nella parte stampata in 3D, raccoglierà batteri se non adeguatamente curata. Nel manuale d'uso, si consiglia di realizzare bocchini extra e di lavarli almeno una volta alla settimana in lavastoviglie o di sterilizzarli in acqua bollente. Questo li aiuterà a tenerli puliti!

Passaggio 12: finito

Si spera che ormai tu abbia un mouse Sip-N-Puff finito e funzionante e che qualcuno sia in grado di usare un computer!

In caso contrario, sono sempre qui per aiutarti e mi piacerebbe conoscere eventuali problemi o feedback che hai.

Seconda immagine: questa è una versione migliorata del 'Sup che affronta i problemi con i batteri. Include un filtro per l'alito e un boccaglio in acciaio inossidabile. Il boccaglio può essere sterilizzato e i filtri del respiro sostituiti, per garantire che i batteri non possano entrare nel dispositivo e non crescano sul boccaglio.

Stai cercando di acquistare un 'Sup?

Non ho un negozio online, ma sono felice di assemblare il 'Sup per te!

Per acquistare un 'Sup, puoi contattarmi a Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Prezzo: se stai bene aspettando 3-4 mesi, il costo sarà di circa $ 120, inclusa la spedizione, un cavo USB da 15 piedi e un braccio di montaggio. (L'attesa è perché ottengo parti dalla Cina e la spedizione richiede 1-3 mesi.)

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