Haptischer Handschuh für Blinde - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Der Haptic Handschuh ist ein Gerät für Blinde und/oder Sehbehinderte, das dem Träger Informationen über Hindernisse in seiner unmittelbaren Umgebung gibt. Der Handschuh verwendet zwei Ultraschallsensoren, die den Abstand und die Ausrichtung von Objekten melden. Je nachdem, was diese Sensoren erkennen, vibrieren die im gesamten Handschuh platzierten Vibrationsmotoren in einzigartigen Mustern, um diese Informationen an den Benutzer zu übermitteln.

Schritt 1: Liste der Verbrauchsmaterialien

Elektronisch:

- #1201: Vibrierende Mini-Motorscheibe - ERM (x4) [$ 1,95 pro Stück]

- #2305: Adafruit DRV2605L Haptischer Motorcontroller (x4) [7,95 USD pro Stück]

- #659: FLORA - Tragbare elektronische Plattform - Arduino-kompatibel [$14,95]

- HC-SR04 Ultraschall-Abstandssensoren (x2) [$2,99 pro Stück]

- #2717: TCA9548A I2C-Multiplexer [$6.95]

- #3287: 3 AA-Batteriehalter mit JST-Anschluss [2,95]

- # 1608: Adafruit Perma-Proto Quarter-Size Breadboard PCB - Single [$2,95]

- Flachbandkabel

- 200 und 220 Ohm Widerstände

Herstellung:

- Klettstreifen [2,98]

- #615: Nadelset - 3/9 Größen - 20 Nadeln [$1,95]

- Neopren oder ein anderes strapazierfähiges Gewebe

Gesamtkosten: 78,31 $

Die meisten Komponenten wurden von Adafruit.com gekauft

Schritt 2: Breadboarding

Der erste Schritt besteht darin, alle Ihre Komponenten mit einem Steckbrett zu verbinden, damit Sie sicherstellen können, dass alle ordnungsgemäß funktionieren, bevor Sie sie am Endprodukt befestigen. Der folgende Schaltplan und das Bild geben Ihnen eine Vorstellung davon, wo alles angeschlossen werden muss. Hier ist eine Aufschlüsselung der Funktionen der einzelnen Komponenten:

Arduino Uno/FLORA

Dies ist der Mikrocontroller, der programmierbar ist. Es versorgt auch alle Komponenten aus der Batterie mit Strom. Ich habe zunächst alles an ein Arduino Uno angeschlossen, da es eine 5-V-Versorgung hat, aber dann durch eine FLORA und 3 AA-Batterien (4,5 V) ersetzt.

Haptischer Motorcontroller

Diese Controller werden direkt an jeden Vibrationsmotor angeschlossen und ermöglichen es Ihnen, jeden Vibrationsmotor unabhängig voneinander zu programmieren, und haben außerdem den Vorteil, eine vordefinierte Bibliothek von Vibrationseffekten zu enthalten. Diese sind für die Funktion des Handschuhs nicht entscheidend, erleichtern jedoch die Programmierung erheblich, da Sie Ihre eigenen Vibrationsmuster nicht von Grund auf neu programmieren müssen.

Multiplexer

Dies fungiert einfach als eine Art Erweiterung, da nicht genügend SCL/SDA-Pins auf der FLORA vorhanden sind, um alle haptischen Motorcontroller aufzunehmen. Es ermöglicht Ihnen auch, mit jedem haptischen Motorcontroller unabhängig zu kommunizieren, indem Sie jedem eine eindeutige Adresse zuweisen.

Vibrationsmotoren

Diese geben dem Nutzer das haptische Feedback. Sie vibrieren in bestimmten Mustern, je nachdem, wie Sie sie programmieren. Mehr darüber, wie sie funktionieren, hier.

Ultraschallsensoren

Diese Sensoren messen die Entfernung von Objekten vor ihnen. Sie tun dies, indem sie ein "Trigger" -Signal aussenden, das von nahegelegenen Objekten abprallt und als "Echo" -Signal zurückkehrt. Das Programm ist dann in der Lage, die Verzögerungszeit zu interpretieren und die ungefähre Entfernung zu berechnen. Achten Sie darauf, sie mit "links" und "rechts" zu kennzeichnen, damit Sie später nicht verwirrt werden. Mehr darüber, wie sie funktionieren, hier.

Schritt 3: Codierung

Nachdem alles verbunden ist, können Sie den Code auf Ihre FLORA herunterladen und testen. Laden Sie die untenstehende Datei und die erforderlichen Bibliotheken (unten verlinkt) herunter. Dieser Beispielcode verfügt über die in der obigen Tabelle aufgeführten Funktionen.

Um den Code zu testen, platzieren Sie ein großes flaches Objekt weniger als 15 cm vom Ultraschallsensor auf der rechten Seite entfernt. Das integrierte RBG sollte schnell blau blinken. Wenn Sie das Objekt weiter wegbewegen, sollte das Blinken weniger schnell werden. Gleichzeitig vibriert einer der Vibrationsmotoren (der später am Daumen angebracht wird) schnell, wenn das Objekt weniger als 15 cm entfernt ist, und beginnt mit weniger Leistung zu vibrieren, je weiter Sie das Objekt entfernen. Das gleiche Muster sollte für den linken Ultraschallsensor gelten, nur mit einem orangefarbenen Licht anstelle von blau

Ich hatte eine zusätzliche Funktion hinzugefügt, nämlich dass der RBG rosa blinken sollte und der Mittelfinger- und Handflächenvibrationssensor vibrieren sollte, wenn beide Sensoren ein Objekt in weniger als 15 cm Entfernung erkennen. Diese Funktion ist jedoch nicht sehr zuverlässig. Ich habe die Mittelfinger- und Handflächenvibrationsmotoren im endgültigen Design beibehalten, falls die Leute eine kreativere Funktion für sie haben möchten.

*NICHT* das FLORA-Board über USB an den Computer anschließen, während der externe Akku noch angeschlossen ist! Trennen Sie es immer zuerst von der externen Batterie.

*BEVOR* Sie den hier bereitgestellten Beispielcode herunterladen, müssen Sie die folgenden Bibliotheken/Treiber herunterladen:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Waage…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Wenn der Code nicht zu laufen scheint oder Ihre Sensoren/Motoren nicht reagieren:

- Stellen Sie sicher, dass Sie im Arduino-Programm den richtigen COM-Port ausgewählt haben.

- Stellen Sie sicher, dass Ihre Vibrationsmotoren vollständig mit dem Steckbrett / den haptischen Motorcontrollern verbunden sind. Die Verbindungsdrähte sind sehr dünn und können sich leicht lösen.

- Vergewissern Sie sich, dass Sie die SCL/SDA-Kabel (Multiplexer) oder die ECHO- und TRIG-Kabel (Ultraschallsensor) nicht vertauscht haben. Es wird nicht funktionieren, wenn diese umgeschaltet werden.

- Wenn beim Anschließen über USB alles normal funktioniert, aber beim Anschließen an die externen Batterien Störungen auftreten, ist es wahrscheinlich an der Zeit, diese durch neue Batterien zu ersetzen.

Schritt 4: Löten von Datenverbindungen

Nachdem bestätigt wurde, dass der Code funktioniert, können Sie mit der Montage des Endprodukts beginnen. Ich begann damit, zuerst alle Verbindungen auf den Umriss einer Hand zu zeichnen, um alle endgültigen Verbindungen zu visualisieren. Ich habe mich zuerst auf alle Datenverbindungen konzentriert und dann am Ende die Strom- und Masseleitungen verkabelt. Auch in diesem Stadium habe ich vergessen, die Widerstände an die ECHO- und GND-Pins der Ultraschallsensoren (oops) zu löten, damit sie nicht im Bild sind. Am Ende fügte ich sie hinzu, als ich die Ultraschallsensoren an den Strom "Hub" in der Mitte des Handschuhs anschloss.

Ich begann mit dem Löten aller Verbindungen zum FLORA und machte mich durch den Multiplexer, die haptischen Motorsteuerungen und die Vibrationsmotoren. Ich verstärkte meine Verbindungen mit Heißkleber, Schrumpfschlauch und Isolierband.

In allen Bildern entspricht die Aderfarbe folgenden Anschlüssen:

ROT: Leistung

SCHWARZ: Masse

GELB: scl

WEISS: sda

GRÜN: Motor (-)

GRAU: Motor (+)

BRAUN: Ultraschallsensor Echo

ORANGE: Ultraschallsensor trig

Schritt 5: Herstellung des Handschuhs

Der Handschuh besteht aus folgenden Komponenten:

- Haupthandschuhkörper (der die Handflächenvibration hält)

- 3 Fingerschlaufen (Pink, Mitte, Daumen), die 3 der Vibrationsmotoren halten

- Armschlaufe zum Halten des Akkus

Ich habe mich der Einfachheit halber für ein fingerloses Handschuhdesign entschieden, und Sie können die allgemeine Vorlage oben sehen. Diese Skizze ist nicht maßstabsgetreu und Sie müssen die Größe wahrscheinlich an Ihre Hand anpassen. Es soll an der linken Hand getragen werden. Ich habe das Design zuerst auf die Unterseite eines Stoffes gezogen und dann mit einem Xacto-Messer ausgeschnitten. Ich formte die Fingerstücke, indem ich Stoffstreifen ausschnitt, die lang genug waren, um sie um meine Finger zu wickeln, und Klettbänder annähte, um sie an Ort und Stelle zu halten. Ich habe dann Taschen für die Vibrationsmotoren gemacht und sie an die Fingerschlaufen sowie an die Mitte der Unterseite des Haupthandschuhkörpers (in der Nähe der Handfläche) genäht.

Dieses Design erfordert nur minimales Nähen und ich habe nur in diesen Szenarien genäht:

- Kleben/verstärken Sie die Klettstreifen am Stoff.

- Nähen Sie die Vibrationsmotortaschen an die Fingerschlaufen und den Handschuhkörper.

- Konstruieren Sie die Batterietasche am Armgurt.

Schritt 6: Montage (Teil 1)

Nachdem der Handschuh zusammengebaut und die gesamte Verkabelung abgeschlossen war, begann ich, die elektrischen Komponenten an den Handschuh zu kleben. Für diesen Schritt folgte ich der Zeichnung, die ich zuvor gemacht hatte, und legte alle Teile aus. Dann fing ich an, sie mit Schnur aufzunähen. Am Ende platzierte ich die haptischen Motorsteuerungen auf der linken Seite des Handschuhs statt auf der Oberseite, weil es so sinnvoller war, als ich mit der Montage begann.

Schritt 7: Montage (Teil 2 - PWR + GND)

Schließlich habe ich alle meine Komponenten an Strom und Masse angeschlossen. Dazu habe ich auf meinem kleinen Steckbrett eine Masse- und Stromschiene eingerichtet, indem ich sie mit dem Gnd und Pwr der FLORA verbinde. Ich habe meine haptischen Motorcontroller und Multiplexer an diese Schienen angeschlossen. Ich habe dann meine Ultraschallsensoren an pwr und gnd angeschlossen, aber auch den zusätzlichen Platz auf dem Steckbrett genutzt, um die Widerstände hinzuzufügen, die ich zuvor vergessen hatte. Diese Widerstände sind wichtig, da sie einen Teiler bilden, der die Spannung des ECHO-Signals senkt, das zum FLORA zurückgeht.

Es war ein wenig prekär, die Gnd- und Pwr-Anschlüsse zu löten, nachdem alles bereits vernäht war, also möchten Sie vielleicht zuerst alle Lötarbeiten durchführen. Für mich war es sinnvoll zu warten, da ich noch nicht ganz sicher war, wie das endgültige Layout aller Komponenten aussehen würde.

Mit etwas Gorilla-Kleber klebte ich ein kleines Stück Holz an den Handschuh, um das Steckbrett zu erhöhen, und fügte Klettverschluss hinzu, um das Steckbrett an das Holz zu kleben (siehe Bild oben). Ich tat dies, damit ich es leicht anheben und nach Shorts suchen konnte.

Der letzte Schritt besteht darin, Ihre Ultraschallsensoren auf beiden Seiten des erhöhten Steckbretts heiß zu kleben.

Und du bist fertig!