Guanto aptico per non vedenti: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Il guanto Haptic è un dispositivo per non vedenti e/o ipovedenti che fornisce a chi lo indossa informazioni sugli ostacoli nelle immediate vicinanze. Il guanto utilizza due sensori a ultrasuoni che segnalano la distanza e l'orientamento degli oggetti. A seconda di ciò che questi sensori rilevano, i motori di vibrazione posizionati in tutto il guanto vibrano secondo schemi unici per trasmettere queste informazioni all'utente.

Passaggio 1: elenco dei materiali di consumo

Elettronico:

- #1201: Mini disco motore vibrante - ERM (x4) [$ 1,95 cad.]

- #2305: Adafruit DRV2605L Haptic Motor Controller (x4) [$ 7,95 cad.]

- #659: FLORA - Piattaforma elettronica indossabile - Compatibile con Arduino [$ 14,95]

- Sensori di distanza ad ultrasuoni HC-SR04 (x2) [$ 2,99 cad.]

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

- #3287: 3 portabatterie AA con connettore JST [$ 2,95]

- #1608: PCB Breadboard Adafruit Perma-Proto in formato quarto - Singolo [$ 2,95]

- Cavo a nastro

- Resistori da 200 e 220 ohm

fabbricazione:

- Strisce di velcro [$ 2,98]

- #615: Set di aghi - 3/9 taglie - 20 aghi [$ 1,95]

- Neoprene o qualsiasi altro tessuto durevole

Costo totale: $ 78,31

La maggior parte dei componenti è stata acquistata da Adafruit.com

Passaggio 2: breadboard

Il primo passo è connettere tutti i tuoi componenti usando una breadboard in modo che tu possa assicurarti che funzionino tutti correttamente prima di fissarli sul prodotto finale. Lo schema elettrico e l'immagine seguenti ti daranno un'idea di dove tutto deve essere collegato. Ecco una ripartizione di ciò che fa ogni componente:

Arduino Uno/FLORA

Questo è il microcontrollore, che è la parte programmabile. Fornisce inoltre alimentazione a tutti i componenti della batteria. Inizialmente ho collegato tutto ad un Arduino Uno poiché ha un'alimentazione a 5v, ma poi l'ho sostituito con una FLORA e 3 batterie AA (4.5v).

Controllore motore aptico

Questi controller si collegano direttamente a ciascun motore di vibrazione e consentono di programmare ciascun motore di vibrazione indipendentemente l'uno dall'altro, avendo anche il vantaggio di includere una libreria prefissata di effetti di vibrazione. Questi non sono fondamentali per la funzione del guanto, ma lo rendono molto più facile da programmare poiché non è necessario programmare da zero i propri schemi di vibrazione.

Multiplexer

Questo agisce semplicemente come una sorta di espansore poiché non ci sono abbastanza pin SCL/SDA su FLORA per ospitare tutti i controller del motore tattile. Consente inoltre di comunicare con ciascun controller tattile del motore in modo indipendente assegnando a ciascuno un indirizzo univoco.

Motori a vibrazione

Questi sono ciò che fornisce all'utente il feedback tattile. Vibrano in determinati modelli a seconda di come li programmate. Maggiori informazioni su come funzionano qui.

Sensori a ultrasuoni

Questi sensori sono ciò che misura la distanza degli oggetti davanti a loro. Lo fanno inviando un segnale "trigger", che rimbalza su qualsiasi oggetto vicino e ritorna come segnale "eco". Il programma è quindi in grado di interpretare il tempo di ritardo e calcolare la distanza approssimativa. Assicurati di etichettarli come "sinistra" e "destra" in modo da non confonderti in seguito. Maggiori informazioni su come funzionano qui.

Passaggio 3: codifica

Ora che tutto è connesso, puoi scaricare il codice sulla tua FLORA e testarlo. Scarica il file sottostante e le librerie necessarie (link sotto). Questo codice di esempio ha le funzioni elencate nella tabella sopra.

Per testare il codice, posizionare un oggetto piatto di grandi dimensioni a meno di 6 pollici di distanza dal sensore a ultrasuoni sulla destra. L'RBG di bordo dovrebbe lampeggiare rapidamente in blu. Man mano che allontani l'oggetto, il lampeggio dovrebbe diventare meno rapido. Contemporaneamente, uno dei motori di vibrazione (che in seguito verrà posizionato sul pollice) vibrerà rapidamente quando l'oggetto si trova a meno di 6 pollici di distanza e inizierà a vibrare con meno potenza man mano che si allontana l'oggetto. Questo stesso schema dovrebbe valere per il sensore a ultrasuoni sinistro, solo con una luce arancione anziché blu

Avevo aggiunto una funzione aggiuntiva, ovvero che l'RBG dovrebbe lampeggiare in rosa e i sensori di vibrazione del dito medio e del palmo dovrebbero vibrare quando entrambi i sensori rilevano un oggetto a meno di 6 pollici di distanza. Tuttavia, questa funzione non è molto affidabile. Ho mantenuto i motori di vibrazione del dito medio e del palmo nel progetto finale nel caso in cui le persone volessero trovare una funzione più creativa per loro.

*NON* collegare la scheda FLORA al computer tramite USB mentre la batteria esterna è ancora collegata! Scollegalo sempre prima dalla batteria esterna.

*PRIMA* di scaricare il codice di esempio fornito qui, sarà necessario scaricare le seguenti librerie/driver:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Se il codice non sembra funzionare o i tuoi sensori/motori non rispondono:

- Assicurati di aver selezionato la porta COM corretta nel programma Arduino.

- Assicurati che i tuoi motori a vibrazione siano completamente collegati ai controller breadboard/aptici. I fili che li collegano sono molto sottili e possono allentarsi facilmente.

- Verificare di non aver confuso i cavi SCL/SDA (multiplexer) oi cavi ECHO e TRIG (sensore ad ultrasuoni). Non funzionerà se questi vengono cambiati.

- Se tutto funziona normalmente quando è collegato tramite USB, ma presenta problemi quando è collegato alle batterie esterne, è probabilmente il momento di sostituirle con batterie nuove.

Passaggio 4: connessioni dati di saldatura

Ora che il codice è confermato funzionante, puoi iniziare l'assemblaggio del prodotto finale. Ho iniziato disegnando prima tutte le connessioni sul contorno di una mano, in modo da visualizzare tutte le connessioni finali. Mi sono concentrato prima su tutte le connessioni dati e poi ho collegato le linee di alimentazione e di terra alla fine. Inoltre in questa fase ho dimenticato di saldare i resistori ai pin ECHO e GND dei sensori ad ultrasuoni (oops), quindi non sono nell'immagine. Ho finito per aggiungerli quando ho collegato i sensori a ultrasuoni al "hub" di alimentazione al centro del guanto.

Ho iniziato saldando tutte le connessioni al FLORA e sono passato attraverso il multiplexer, i controller del motore tattile e i motori a vibrazione. Ho rinforzato le mie connessioni con colla a caldo, tubi termorestringenti e nastro isolante.

In tutte le immagini il colore del filo corrisponde ai seguenti collegamenti:

ROSSO: potenza

NERO: terra

GIALLO: scl

BIANCO: sda

VERDE: motore (-)

GRIGIO: motore (+)

MARRONE: eco del sensore a ultrasuoni

ARANCIO: sensore a ultrasuoni attivato

Passaggio 5: fabbricazione del guanto

Il guanto è composto dai seguenti componenti:

- Corpo principale del guanto (che trattiene la vibrazione del palmo)

- 3 cinghie per le dita (mignolo, medio, pollice), che tengono 3 dei motori di vibrazione

- Fascia da braccio per tenere il pacco batteria

Ho deciso per un design del guanto senza dita per semplicità e puoi vedere il modello generale sopra. Questo schizzo non è in scala e probabilmente dovrai regolare le dimensioni per adattarle alla tua mano. È pensato per essere indossato sulla mano sinistra. Ho prima tracciato il disegno sul lato inferiore di un tessuto, quindi ho usato un coltello Xacto per ritagliarlo. Ho formato i pezzi delle dita ritagliando strisce di tessuto abbastanza lunghe da avvolgere le mie dita e cucendo le cinghie in velcro per tenerle in posizione. Ho quindi realizzato dei sacchetti per alloggiare i motori a vibrazione e li ho cuciti ai cinturini per le dita e al centro della parte inferiore del corpo principale del guanto (vicino al palmo).

Questo design richiede una cucitura minima e ho cucito solo in questi scenari:

- Aderire/rinforzare le strisce di velcro al tessuto.

- Cucire le tasche del motore di vibrazione sulle cinghie per le dita e sul corpo principale del guanto.

- Costruire la custodia della batteria sul cinturino da braccio.

Passaggio 6: assemblaggio (parte 1)

Ora che il guanto è stato assemblato e tutti i cablaggi completati, ho iniziato ad incollare i componenti elettrici al guanto. Per questo passaggio, ho seguito il disegno che avevo fatto in precedenza e ho disposto tutti i pezzi. Ho quindi iniziato a cucirli usando lo spago. Ho finito per posizionare i controller del motore tattile sul lato sinistro del guanto anziché sulla parte superiore perché aveva più senso in quel modo una volta iniziato l'assemblaggio.

Passaggio 7: assemblaggio (parte 2 - PWR + GND)

Infine, ho collegato tutti i miei componenti all'alimentazione e alla messa a terra. Per fare ciò, ho installato una sbarra di massa e alimentazione sulla mia piccola breadboard, collegandola a gnd e pwr di FLORA. Ho collegato i miei controller del motore tattile e il multiplexer a queste rotaie. Ho quindi collegato i miei sensori a ultrasuoni a pwr e gnd, ma ho anche approfittato dello spazio extra sulla breadboard per aggiungere i resistori che avevo dimenticato in precedenza. Queste resistenze sono fondamentali in quanto creano un divisore che abbassa la tensione del segnale ECHO, che risale al FLORA.

Era un po' precario saldare le connessioni gnd e pwr dopo che tutto era già stato cucito, quindi potresti voler fare prima tutte le saldature. Per me aveva senso aspettare perché non ero ancora del tutto sicuro di quale sarebbe stato il layout finale di tutti i componenti.

Usando della colla Gorilla, ho fatto aderire un piccolo pezzo di legno al guanto per sollevare la breadboard e ho aggiunto del velcro per far aderire la breadboard al legno (vedi immagine sopra). L'ho fatto in modo da poterlo facilmente sollevare e controllare i pantaloncini.

L'ultimo passaggio consiste nell'incollare a caldo i sensori a ultrasuoni su entrambi i lati della breadboard rialzata.

E hai finito!