Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Dieses Projekt ist eine Fortsetzung und Neuinterpretation des "Whisker Sensory Extension Wearable" meines ehemaligen Kollegen (metaterra).

Der Zweck dieses Projekts bestand darin, sich auf die Schaffung neuartiger, computergestützter „sensorischer Erweiterungen“zu konzentrieren, die eine erweiterte Wahrnehmung der natürlichen Welt ermöglichen. Meine Hauptanstrengung bei diesem Projekt war der Herstellung und Implementierung von sensorischen Erweiterungen gewidmet, die einen Sinn durch Sensoren erweitern und mit einer taktilen Ausgabe für den Benutzer reagieren. Die Absicht besteht darin, es jedem zu ermöglichen, seine eigenen sensorischen Erweiterungen herzustellen und somit intrinsisch menschliche/tierische Sinne auf Hardware abzubilden. Effektive Erweiterung unserer Sinne auf neue und aufregende Weise, die zu einem besseren Verständnis führt, wie sich unser Gehirn an neue äußere Sinne anpassen kann.

Dieses Material basiert auf Arbeiten, die von der National Science Foundation unter der Grant No. 1736051 unterstützt wurden.

Das Projekt wurde im Lab for Playful Computation and Craft Tech Lab der University of Colorado Boulder entwickelt.

Wenn Sie Fragen haben, mit meiner Arbeit Schritt halten oder einfach nur Ideen austauschen möchten, tun Sie dies bitte auf meinem Twitter: @4Eyes6Senses.

Mit diesem Projekt wollte ich die bisherige sensorische Schnurrhaarverlängerung tragbar machen und sie leichter, kostengünstiger und einfacher zu konstruieren machen. Hier eine Übersicht über die verschiedenen Komponenten und deren Funktionen:

- Zwei Sets speziell angefertigter Flex-Sensor-Whisker-Geräte (insgesamt 4, 2 pro Seite) empfangen taktile Informationen (Biegung, Biegung usw.) von Objekten in der unmittelbaren Umgebung des Benutzers. Die von jedem Sensor empfangenen anfänglichen Spannungs-/Widerstandsinformationen werden dann in Biegewinkelinformationen (z. B. einen Biegewinkel von 10 Grad) umgewandelt. Diese Biegewinkelinformationen werden anschließend in eine proportionale Pulsbreitenmodulationsausgabe umgewandelt und an entsprechende Vibrationsmotoren auf der Stirn des Benutzers gesendet.

- Jeder Whisker-Flex-Sensor ist an einem 1-Zoll-ProtoBoard befestigt und mit einem Arduino UNO verbunden, das die Umwandlung / Konvertierung durchführt.

- Vier Vibrationsmotoren liefern taktile Reize an die Stirn des Benutzers. Jeder verwendete Motor entspricht einem Whisker, die Intensität des Vibrationsmotors basiert auf einem Schwellenwert, der basierend auf dem Whisker-Sensor eingestellt wird.

Lieferungen

14" lang, 0,08" breit, 0,03" dicker Polystyrolstreifen

4 unidirektionaler Biege-/BiegesensorSugru

JST-Stecker

Vibrationsmotoren

Harte Stirnbänder

ProtoBoard - Quadrat 1"

Ein Kabelsatz (ich empfehle Silikonisolierung) HINWEIS: Sie werden für jede Verbindung etwa 2-3 Fuß Kabel verwenden

1/16 dickes klares Acryl oder Karton

Schrumpfschlauch

Flüssige Nägel

47k Widerstände

NITECORE oder eine andere Art von Stirnband

Klettverschluss

Schritt 1: Whisker-Montage

(Haftungsausschluss! Dies ist direkt aus dem vorherigen instructable entnommen.)

Es dauerte eine Weile, bis ich einen Whisker-Sensor entwickelt hatte, der flexibel genug war, um echte Whisker nachzuahmen, aber dennoch steif genug, um konsequent in eine gerade, ungebogene Position zurückzukehren. Am Ende habe ich einen 4" unidirektionalen Biege-/Flexsensor von Flexpoint Sensor Systems verwendet (siehe Abbildung 1). Ein JST-Stecker wird an die Beine des Sensors gelötet, dann ein 14" langer, 0,08" breiter, 0,03" dicker Polystyrolstreifen (Ich habe meine in einem örtlichen Baumarkt beschafft) wird mit Silikonkleber auf den Sensor geklebt, Schrumpfschlauch wird aufgetragen und eine Schutzschicht aus Sugru wird um die gesamte Basis der Whisker-Einheit geformt. Hier die detaillierte Anleitung:

- Nehmen Sie das Steckerende des 3-poligen JST-Steckers und entfernen Sie das Mittelkabel (Siehe Abbildungen 2-4)

- Schneiden Sie die Steckerdrähte so ab, dass ~ 1,5 cm Draht übrig sind, dann isolieren und löten Sie diese Leitungen an die Sensorstifte (denken Sie an die Stecker- / Sensorausrichtung). Ich habe Schrumpfschlauch verwendet, um die Isolierung bereitzustellen (Siehe Abbildungen 5, 6)

- Montieren Sie den Polystyrolstreifen mit einer Art flexiblem Klebstoff (ich habe Liquid Nails Silikonkleber verwendet). Achten Sie darauf, den Streifen am Sensorschacht zu befestigen (Siehe Abbildung 7, 8)

- Nehmen Sie Ihren Sugru (ich habe eine einzelne 5-g-Packung verwendet) und formen Sie ihn um die Basis des Sensors / Streifens / Steckers, um alle diese Komponenten zu umhüllen. Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie den Sugru hoch genug anbringen, um den Streifen vollständig zu befestigen, aber nicht zu hoch, um die Bewegungs-/Biegebarkeit des Sensors einzuschränken. Lass dir Zeit. Sie haben mindestens 30-45 Minuten Zeit, bis der Sugru zu härten beginnt. Stellen Sie vor dem Trocknen sicher, dass Ihr Stecker richtig in die Buchsenseite des JST-Anschlusses passt (siehe Abbildungen 9-13).

- Zuletzt klebte ich Etiketten an den Schnurrhaarapparat. Seite (L/R) und Nummernposition (1-4) wurden verwendet (Siehe Abbildungen 14, 15)

- Machen Sie 3 weitere (oder eine beliebige Anzahl von Schnurrhaaren). Stellen Sie sicher, dass Sie jeden Whisker auf die gleiche Weise erstellen. Dies hilft später bei der Sensorkalibrierung.

Schritt 2: Whisker Mount Montage

Nachdem die Whisker-Flex-Sensoren nun fertig sind, können wir sie nun auf die Backe montieren (Abbildung 1). Metaterra entwarf einen gebogenen Arm mit einer Scheibe zur Befestigung, er tat dies mit Adobe Illustrator und verwendete 1/16" dickes klares Acryl als Material. HINWEIS: Wenn kein Laserschneider verfügbar ist, können Sie versuchen, die Halterungen aus herzustellen Pappe oder anderes leicht zu schneidendes Material, drucken Sie einfach das PDF aus und schneiden Sie um die Verfolgung herum, während sie auf Karton überlagert ist. Nach dem Laserschneiden bohren Sie vier Löcher in das Acryl und weben dann die JST-Stecker durch die Löcher (Abbildung 1, 3 und 4 "), dann betten Sie die Schnurrhaare mit Sugru in den Scheibenteil der Halterung ein. Hier ist die detaillierte Anleitung:

- Öffnen Sie die Schnurrhaar-Vektordatei (PDF). Das für dieses anweisbare Material verwendete Material ist 1/16 klares Acryl und wird mit einem Laserschneider geschnitten.

- Bohren Sie vier Löcher in die Wangenhalterung. Fühlen Sie sich frei, mit der Lochgröße sowie dem Abstand herumzuspielen, um die Schnurrhaare so nah oder weit weg zu machen, wie Sie möchten.

- Weben Sie den 2-poligen JST-Stecker durch die Löcher. Achten Sie darauf, dass die Seiten mit der Öffnung voneinander abgewandt sind.

- Stellen Sie sicher, dass sich Ihre Schnurrhaar-Ports dort befinden, wo Sie sie haben möchten. Verwenden Sie Sugru und formen Sie die JST-Stecker auf den Scheibenteil des Stücks (dafür brauchte ich etwa vier Sugru-Pakete). Mit Sugru haben Sie ungefähr 30 Minuten Formzeit, also nehmen Sie sich Zeit und stellen Sie sicher, dass sich die Schnurrhaare beim Einstecken nicht überlappen und dass die JST-Stecker dort ausgerichtet sind, wo Sie sie haben möchten. Wenn Sie mit der Platzierung zufrieden sind, lassen Sie den Sugru einen Tag lang trocknen.

- Siehe Abbildung 9 und 10 für diesen Schritt, beachten Sie auch, dass in meinem Design: Weiß = 3,3 V, Schwarz = GND und Rot der analoge Pin ist. Löten Sie die beiden Enden des JST-Steckers auf eine Seite des 1 'ProtoBoards und wiederholen Sie dies mit dem anderen Whisker. Erstellen Sie einen Spannungsteiler mit meinem Design oder ändern Sie das Layout (Sie können sich auch die Anleitung zum Anschluss von Flexsensoren von SparkFun ansehen).

- Um die Wangenstücke am Kopfband zu befestigen, wird der Arm mit zwei Schrauben/Bolzen am Kopfband befestigt (Abbildung 11).

Schritt 3: Vibrationsmotor-Integration, Kopfband und Batterie-Setup

Das Anschließen der Vibrationsmotoren ist ziemlich einfach, das rote Kabel wird mit einem digitalen PWM-Pin am Arduino verbunden und das blaue wird mit GND verbunden. Die Vibrationsmotoren werden mit Klettverschluss an einem NITECORE-Kopfband befestigt, die Platzierung richtet sich nach dem Schnurrhaar, an dem sie befestigt sind, die äußeren Vibrationsmotoren werden an den vorderen Schnurrhaaren befestigt und die inneren Vibrationsmotoren werden an den hinteren Schnurrhaaren befestigt (Abbildung 6).

- Lötdraht an den Enden jedes Vibrationsmotors anlöten, Schrumpfschlauch auf jede Verbindung auftragen, dann Schrumpfschlauch auf das Kabel des Vibrationsmotors sowie die neu geschrumpften Kabel auftragen (Abbildung 2), dreimal wiederholen. Kleben Sie eine Klettscheibe (Hakenseite) auf die Rückseite des Motors. 3 mal wiederholen.

- Schneiden Sie einen Klettbandstreifen ab, damit die Motorendrähte zusammengebunden und an der Vorderseite des NITECORE-Kopfbands befestigt werden können (siehe Abbildung 5). Kleben Sie den Streifen (ich habe Superkleber verwendet) an der inneren Vorderseite des Kopfbandes und kleben Sie die Motoren in der gleichen Ausrichtung auf den Streifen, wie Sie die Whisker-Ports auf der Wangenplatte platziert haben (Abbildung 7)

- Verwenden Sie eine Klammer oder einen Kabelbinder, um die Kabel des Vibrationsmotors anzuschließen, um die Vibrationsmotoren vor Ziehen/Bruch zu schützen (Abbildung 7).

Schritt 4: Mikroprozessor und Anschließen an einen Arduino

Alle Vibrationsmotoren und Whisker werden mit einem Arduino UNO verbunden. Sie benötigen ein zusätzliches Prototyping-Board, mit dem Sie 9 GND-Kabel und 4 3,3-V-Kabel verlöten können. Sie benötigen höchstwahrscheinlich auch ein Dupoint-Stecker-Kit, um den Kabeln, die direkt an den Arduino angeschlossen werden müssen, Pins und Gehäuse hinzuzufügen. Die Stiftdrähte des Vibrationsmotors (rotes Kabel) sind mit den digitalen Arduino-Pins verbunden: 3, 9, 10, 11 (Diese Pins wurden ausgewählt, weil sie PWM ermöglichen). Die GND-Drähte des Vibrationsmotors (schwarz oder weiß) werden auf das Prototyping-Board gelötet. Die Whisker-Pins (rotes Kabel) werden mit den analogen Arduino-Pins verbunden: A0, A1, A2, A3. Die Whisker-VCC-Kabel (weißes Kabel) und Massekabel (schwarz) werden auf das Prototyping-Board gelötet.

Schritt 5: Implementieren Sie den Code

Ok, jetzt ist es Zeit, den Code hochzuladen. Es gibt ein paar Dinge, die Sie optimieren müssen, bevor Sie bereit sind, die Welt zu erobern.

- Verwenden Sie zunächst ein Multimeter, um sowohl die VCC-Ausgangsspannung als auch den Widerstand über dem 10k-Widerstand zu messen. Geben Sie diese Werte an den entsprechenden Stellen im Code ein.

- Überprüfen Sie dann noch einmal, ob alle anderen Variablen auf die richtigen Ein-/Ausgänge eingestellt sind (z. B. mtr, flexADC usw.).

- Schließen Sie dann Ihren Arduino an und laden Sie den Code hoch.

- Sobald Sie fertig sind, sehen Sie im seriellen Monitor, dass Bend + (Whisker-Nummer) gedruckt wird. Jetzt ist es an der Zeit, den Whisker zu kalibrieren (jeder Whisker ist einzigartig und hat einen etwas anderen Basiswiderstand). Setzen Sie die STRAIGHT_RESISTANCE-Variable auf den Grundlinienwiderstand (d. h. die ungebogene Whiskerposition), als der gedruckt wird. Setzen Sie dann die Variable BEND_RESISTANCE auf STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. Im ursprünglichen Code sollte diese Variable den Widerstand des Biegesensors bei einer Biegung von 90 Grad widerspiegeln. Da unsere Whiskers nicht annähernd eine volle 90-Grad-Biegung erreichen (zumindest in typischen Situationen), funktioniert das Hinzufügen von 30000,0 Ohm zum Basiswiderstand gut. Sie können den Biegewiderstand jedoch so einstellen, wie es für Ihre Anwendung am besten geeignet ist. Wenn Sie alles richtig eingestellt haben, sehen Sie, dass bei ungebogenem Whisker ein Biegewinkel von 0 Grad (mehr oder weniger) gedruckt wird. Dann können Sie die Schwellenwerte einstellen, die die Vibrationsmotoren basierend auf dem Winkel aktivieren. Danach können Sie loslegen!

Schritt 6: Fertig

Sie haben jetzt ein tragbares Schnurrbart und sind bereit, die Welt zu (spüren)!

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Vielen Dank!