„Sup - un mouse pentru persoanele cu tetraplegie - low cost și open source: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

În primăvara anului 2017, familia celui mai bun prieten al meu m-a întrebat dacă vreau să zbor la Denver și să-i ajut cu un proiect. Au un prieten, Allen, care are tetrapllegie ca urmare a unui accident de ciclism montan. Felix (prietenul meu) și cu mine am făcut câteva cercetări rapide și am decis să-i construim lui Allen un „Sip-n-puff”, combinat cu un joystick, pentru a-i oferi posibilitatea de a accesa toate aceleași caracteristici ca un mouse normal.

Un Sip-n-puff este un dispozitiv de intrare care acceptă introducerea utilizatorului sub forma unui "Sip" sau a unui "Puff" (Imaginați-vă că sorbiți printr-un paie sau că suflați bule în băutura dvs.). Aici, îl combinăm cu un joystick pentru a permite utilizatorului să deplaseze cursorul pe ecran, iar Sip-n-puff este utilizat pentru funcții precum clic și derulare.

Dispozitivele Sip-n-puff nu sunt nimic nou, iar nici combinațiile joystick / sip-n-puff nu sunt prea neobișnuite - Dar să cumperi un astfel de dispozitiv te va costa în jur de 500 $ până la 1500 $! Pentru Allen, care nu are surse de venit, acesta este un preț imposibil. Cu toate acestea, dispozitivul în sine este de fapt foarte simplu - În acest 'ible, vă voi arăta cum să construiți unul pentru puțin sub 50 $!

Toate design-urile și codul sunt open source, ceea ce înseamnă că puteți construi unul fără să-mi plătiți un ban sau lui Felix! Dacă doriți doar dispozitivul terminat fără lucrare, aș fi fericit să vă fac unul. Detaliile sunt la sfârșitul instructabilului.

În cele din urmă, deoarece acesta este open source, puteți găsi toate fișierele de proiectare și codul la GitHub:

Doriți să cumpărați „Sup? Puteți găsi informații la sfârșitul acestui instructabil.

Actualizare: Mulțumesc tuturor celor care au votat pentru acest proiect! Sunt foarte fericit că am câștigat primul meu concurs de instruire și am folosit cardul cadou Amazon - Instrumentele pe care le-am cumpărat ar trebui să-mi permită să aduc conținut de calitate superioară în cantități mai mari.

Un alt lucru: am fost plăcut surprins să văd două articole online menționând acest proiect! O mare mulțumire lui Hackaday și Open-electronics.org pentru că l-au considerat drept un articol demn. Puteți găsi ambele mai jos:

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/

SUP a fost, de asemenea, menționat recent în revista New Mobility. Puteți găsi acel articol aici:

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

Credite și mulțumiri:

Îi datorez o mulțime imensă prietenului meu Felix și familiei sale pentru că m-au dus la Denver (unde locuiește Allen) și că am plătit pentru tot, în afară de imprimanta 3D. A ajutat cu adevărat să înceapă dezvoltarea și să creeze „SUP în scurt timp!

Un credit suplimentar îi revine lui Felix pentru cea mai mare parte a designului 3D.

În cele din urmă, îi mulțumim lui Allen pentru că am fost cineva pe care l-am putut ajuta, care a fost dispus să ne lase să invadăm și să-l întrebăm cum i-a plăcut prototipul nostru de pavaj.

Pasul 1: Instrumente, piese și materiale

Iată tot ce aveți nevoie pentru a construi dispozitivul. Înainte de a comanda totul, citiți restul articolului pentru a vă asigura că vă simțiți confortabil cu setul de competențe pe care va trebui să îl asamblați!

Părți:

• Arduino Pro Micro (Mai exact un Pro Micro, cu un conector USB și ATmega32u4)
• Senzor de presiune MPXV7002DP cu placă de rupere
• Modul joystick
• Tuburi din silicon de calitate alimentară, 1/8 ID cu 1/4 OD, aproximativ 6"
• Piese tipărite 3D, în valoare de <= 72 grame
• Sârme (am folosit fire DuPont feminin-feminin, apoi am tăiat capetele)

Instrumente:

• Fier de lipit (Acest fier de 30w pe Amazon funcționează excelent)
• Pistol de lipit fierbinte (temperatură înaltă)
• Imprimantă 3D (Sau primiți lucruri tipărite printr-un serviciu de imprimare 3D)
• Diverse instrumente precum clești, șurubelniță cu cap plat, șmirghel, cuțit mic ascuțit cu lamă subțire, tăietoare de sârmă

Materiale:

• Filament PLA normal (am folosit Hatchbox PLA negru)
• Filament flexibil, cum ar fi TPU sau NinjaFlex (Imprimanta mea a venit cu o rolă mică de TPU verde. Alternativ, ați putea modifica piesa bucală pentru a accepta un tub cu diametru mai mic, apoi puteți obține un tub ID de 2,5 MM pentru a se potrivi senzorului)

Costul total al pieselor este de aproximativ 22 USD, fără a include filamentul imprimantei 3D. Odată ce adăugați brațul flexibil și cablul USB lung, acesta totalizează aproximativ 49 USD.

Rețineți că linkurile de aici sunt în mare parte cel mai ieftin preț din China! Acestea vor dura cel puțin o lună pentru a ajunge la dvs. Dacă doriți piese mai rapide, va trebui să plătiți puțin mai mult pentru surse mai apropiate, cu livrare mai rapidă. Așteptați-vă costul total până la aproximativ 75 USD.

Pasul 2: Lucruri de tipărire 3D

Toate fișierele STL pot fi găsite la https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, veți avea nevoie de toate acestea.

Dacă nu aveți o imprimantă 3D, există o mulțime de servicii de imprimare 3D pe care le-ați putea folosi. Dacă doriți să obțineți o imprimantă ieftină, care va funcționa excelent (și nu vă deranjează o asamblare), vă recomand Anet A8. Este o clonă Prusa i3 de 150 USD, a funcționat bine pentru mine și are o comunitate online excelentă.

Carcasă și cadru:

Imprimați cu suporturi „peste tot”, la înălțimea stratului de 0,1-0,2 MM. Am folosit un tip de suport „grilă”, dar „liniile” pot fi mai ușor de îndepărtat

GoProClip și FacePlate:

Imprimați normal, fără suporturi, 0,1-0,2 MM înălțime strat

Adaptor pentru tuburi:

1. Se imprimă în filament flexibil
2. Înălțimea stratului 0,1
3. Retractie OFF
4. Fără suporturi

Pasul 3: Imprimarea și recoacerea muștiucului

Înainte de a merge și a imprima toate muștiucurile suplimentare, este o idee bună să vă asigurați că se micșorează corect atunci când sunt recoapte.

Dacă doriți să fiți științific, continuați și tipăriți AnnealingTestr.stl și măsurați-l înainte și după recoacere pentru a afla procentul exact pe care l-a micșorat / crescut și în ce axă. De obicei, se așteaptă o contracție de aproximativ 5% pe axa X și Y și o creștere de aproximativ 2% pe axa Z. Fără Hatchbox PLA negru și cuptorul cu convecție, am reușit o contracție de aproximativ 2% pe X și Y și o creștere de 1% pe axa Z.

Cu toate acestea, deoarece această piesă este concepută doar pentru a se potrivi moderat bine pe joystick, nu trebuie să fii foarte precis. Folosind valorile noastre pentru Hatchbox PLA negru, iată procesul de imprimare pentru piesa bucală:

1. Redimensionați dimensiunile X și Y la 103%, lăsați Z așa cum este (Ne propunem o creștere a dimensiunii cu aproximativ 2% față de dimensiunile inițiale, odată recocite, astfel încât să se încadreze ușor pe joystick)
2. Imprimați cu margine, plus suporturi „atingând placa de construcție”.
3. Completați la 100% (astfel încât apa să nu se scurgă în el)
4. Viteza normală de imprimare, înălțimea stratului de 0,1 mm
5. (Dacă aveți un pat încălzit, setați-l la 50C)
6. Hotend la 220C.

Nu m-am jucat prea mult cu aceste valori, dar asta am folosit pentru imprimanta mea (clona A Prusa i3, Anet A8).

După ce ați imprimat o bucată sau două, încercați să le recoaceți și să vedeți dacă se potrivesc.

Procesul de recoacere:

1. Preîncălziți cuptorul, de preferință cu o convecție (dacă cuptorul face acest lucru), undeva aproape de 158F sau 70C. Unele cuptoare nu vor scădea atât de jos, dacă este puțin oprit, nu contează atât de mult.
2. Așteptați ca cuptorul să se încălzească, apoi puneți-vă bucățile în ceva care le va împiedica să cadă.
3. Setați un cronometru timp de o oră, apoi lăsați-l. Nu deschideți cuptorul pentru a-l verifica, deoarece efectul de răcire se poate încurca cu procesul de recoacere.
4. După ce este așezat acolo timp de o oră, opriți cuptorul și lăsați piesa acolo să se răcească cu cuptorul. Un termometru ar funcționa bine pentru asta, dar nu trebuie să fii foarte precis, ci doar să aștepți o oră sau cam așa.
5. Odată ce este practic răcit, scoateți-l. Acum ar trebui să fie mai puternic și, mai important, să reziste apei clocotite și spălării în mașina de spălat vase.

Pasul 4: Postprocesarea imprimărilor 3D

Îmi place ca imprimările mele 3D să fie curate, dar asta înseamnă adesea o mulțime de suporturi. Dacă ați tipărit părțile cadrului și carcasei cu umplutură conform recomandărilor, aveți de făcut un pic de curățare! Iată câteva sfaturi și trucuri pentru a le elimina.

După cum puteți vedea, am folosit o combinație între o șurubelniță, un clește pentru nas și un cuțit de buzunar pentru a îndepărta suporturile. Am ales suporturile „grilă” deoarece funcționează mai bine și tind să iasă curate și dintr-o singură bucată, dar sunt mai greu de îndepărtat. Pe unele dintre ele le puteți scoate doar cu o lovitură rapidă de la șurubelniță, dar aveți grijă să nu rupeți partea reală - Poate fi ușor de realizat pe partea cadru.

Partea din carcasă se imprimă cu un perete mare de sprijin în spate, care poate fi deosebit de dificil de îndepărtat. Mi se pare că funcționează cel mai bine pentru a înconjura marginile cu o lamă mică de cuțit, apoi încercați să o înțepați și să o manevrați lateral. Va fi nevoie de ceva muncă, dar răbdarea dă roade!

Odată ce ați terminat, puteți arunca materialul de suport deteriorat sau îl puteți salva dacă sunteți cu adevărat refolosit …

Pasul 5: Testează Fit

Acum că totul este curățat, ar trebui să testăm potrivirea părților imprimate 3D.

Toate modulele se asamblează așa cum se arată și ar trebui să se potrivească destul de bine. Dacă nu, încercați să imprimați Frame.stl la o dimensiune de 101-102% și să redimensionați Case.stl pentru a se potrivi.

Piesa bucală trebuie să se poată potrivi cu o cantitate mică de forță, dar să nu se desprindă prea ușor. Acesta este un moment bun pentru a vă asigura că tubulatura de siliciu se potrivește pe piesa bucală și în adaptor. Am găsit că cel mai bun mod de a se potrivi în siguranță a fost să introduc capătul, oricum puteți, apoi răsuciți tubul în timp ce îl împingeți, pentru a-l așeza bine pe marginea inferioară a găurii din adaptor.

Notă: În imagini, folosesc un modul de joystick la care am lipit deja firele - Cu toate acestea, modulul de joystick normal ar trebui să se potrivească bine.

Pasul 6: Pregătiți joystick-ul

Înainte de a putea lipi firele la joystick, va trebui să scăpăm de vechile anteturi de pin. Am găsit că cel mai bun mod a fost să mă decupez cât mai mult posibil, apoi să încălzesc fiecare știft cu un fier de lipit și să atinge PCB-ul pentru a obține știftul să cadă.

După ce ați îndepărtat pinii vechi, lipiți o lungime de fire (aproximativ 20 cm lungime) la modulul joystick. Vă ajută să aveți culori unice pentru fiecare ac, astfel încât să puteți identifica cu ușurință ce sârmă merge unde mai târziu.

Pasul 7: Schematic

Acum că am scăpat de designul 3D, este timpul pentru o schemă și o schemă de cablare!

Circuitul este de fapt foarte simplu, fără rezistențe sau componente externe implicate, doar cele 3 module diferite conectate între ele. Am furnizat o schemă de mai sus și voi trece în revistă ceea ce se întâmplă și aici:

Senzor de presiune spargere:

• „A” merge la A0 pe Arduino
• „5V” merge la VCC pe Arduino
• „GND” merge la unul dintre pinii GND de pe arduino

Modul joystick:

• „GND” merge la unul dintre pinii GND de pe Arduino
• „+ 5V” merge la pinul „RAW” de pe Arduino
• „VRx” merge la A2 pe Arduino
• „VRy” merge la A1 pe Arduino
• „SW” merge la D2 pe Arduino (din punct de vedere tehnic, ar trebui să existe și o rezistență de 10K între acesta și GND. Cu toate acestea, codul actual nu îl folosește și ar fi mai greu de utilizat oricum, deci …)

Pasul 8: lipiți totul împreună

Acum sunteți gata să asamblați toate componentele electronice!

Asigurați-vă că aveți modulele montate așa cum se arată! Vrei ca firele să treacă prin cadru și prin sloturile de sus sau de jos unde se atașează arduino. Arduino-ul va fi slăbit, dar firele vor trece prin cadru. Uitați-vă la poze, ele arată la ce mă refer.

Începeți prin a dezlipi și cosi capetele tuturor firelor de la Joystick, dacă nu ați făcut-o deja. Apoi, pe baza schemei și a imaginilor, conectați-l după cum urmează.

• GND la GND (pinul 23) de pe Arduino
• + 5V la pinul RAW de pe Arduino (chiar lângă pinul GND)
• VRx la A2 pe Arduino
• VRy la A1 pe Arduino

Vom lăsa pinul SW pentru moment, deoarece se lipeste în partea de sus a Arduino.

Trecând la senzorul de presiune, veți dori mai întâi să identificați ce fire sunt care. Presupunând că aveți cadrul orientat cu joystick-ul îndreptat direct departe de dvs., ordinea firului este următoarea:

• Sârmă de sus: ieșire analogică "A", la pinul Arduino A0
• Fir mediu: 5V, la pinul Arduino VCC
• Sârmă inferioară: GND, până la GND, pinul 4, în partea de sus.

În acest moment, puteți conecta și pinul SW de la joystick, la pinul 2 de pe Arduino, chiar lângă pinul GND.

Aveți grijă să nu îndoiți prea mult firele, deoarece acestea se vor rupe destul de ușor.

Pasul 9: Încărcați programul și testați

Înainte de a lipi totul la loc, să ne asigurăm că funcționează!

Dacă nu aveți IDE-ul Arduino, va trebui să îl descărcați de pe site-ul oficial Arduino, de pe Arduino.cc. Este gratuit, deși vă vor cere să donați dacă doriți.

După ce ați descărcat și instalat IDE, descărcați fișierul SupSipNPuff_Final.ino din pagina github, apoi deschideți-l în IDE.

Pentru a-l încărca pe Arduino, accesați „Instrumente”, „Placă” și selectați „Arduino / Genuino Micro”. Sub același meniu, sub „Port”, selectați orice este disponibil, ar trebui să arate ceva de genul „COM12 (Arduino / Genuino Micro)”. Dacă nu apare, poate fi necesar să așteptați în timp ce sistemul dvs. de operare instalează drivere, dar ar trebui să o facă automat.

Faceți clic pe butonul de încărcare (butonul săgeată rotund albastru din stânga sus) sau apăsați Ctrl / U (sau echivalent) pentru a încărca programul. Când bara de progres din partea de jos dispare și apare „Încărcare finalizată”, sunteți gata să testați!

Pentru testare, mai întâi re-atașați piesa bucală și tubulatura (Atașați tubulatura la portul cel mai de sus al senzorului, folosind piesa adaptorului), apoi țineți-o în fața gurii și deplasați piesa bucală în jur. Ar trebui să mute mouse-ul pe ecran. Încercați o pufă tare sau o înghițitură la clic stânga / dreapta și o înghițituri / pufuri moi pentru a derula în sus sau în jos. De asemenea, puteți ține o înghițitură puternică sau o pufă pentru a ține apăsat „butonul mouse-ului”. Dacă aveți probleme, imaginați-vă piesa bucală ca pe o paie. În loc să sufli sau să inspiri prin el, creezi o presiune cu gura, așa cum ai face cu un pai.

Dacă una sau mai multe dintre Axe sunt inversate, este o soluție simplă:

1. Asigurați-vă că aveți fișierul SipNPuffMouse deschis în IDE
2. Derulați prin program până găsiți linia pe care scrie „Mouse.move (citind [0], -citind [1], 0);”
3. Prima valoare „citire [0]” este mișcarea X (orizontală), iar a doua „citire [1]” este Y (mișcare verticală. În funcție de care este inversată, adăugați sau eliminați semnul minus din fața linia „citind [x]” pentru a inversa valoarea.
4. Reîncărcați programul și testați-l!

(Notă: o altă modalitate ușoară de a găsi linia este de a folosi Ctrl / F. Folosesc foarte mult acest lucru când lucrez cu codul meu!)

Pasul 10: Hot Glue

Acum, funcționând Sip-n-puff, este timpul să asamblați produsul final! S-ar putea să fiți mândru de cât de frumos arată cablajul, dar unii oameni preferă ca toate acestea să fie acoperite cu plastic plictisitor, așa că le vom obliga.

Înainte de asta, trebuie să securizăm totul în interior, astfel încât să nu se anuleze când lucrurile sunt conectate.

1. Puneți o cantitate generoasă de adeziv fierbinte în spatele Arduino Micro. Îl lipim de bara care separă de unde ies firele de sus și de jos.
2. Dacă puteți, glisați puțin senzorul de presiune înapoi, puneți un blob de adeziv fierbinte în montură, apoi glisați-l înainte peste blob. Adăugați mai multe pe laturi pentru a-l fixa după cum doriți. Electronica nu este afectată de lipici fierbinți, dar aveți grijă să nu o introduceți în orificiile care ies din senzorul de presiune, de unde conectăm tubulatura.
3. Adăugați o cantitate generoasă de adeziv fierbinte deasupra firelor care ies din modulul Joystick. Probabil că acest lucru nu este necesar, deoarece nu le vom mai deplasa, dar este bine în caz că va fi supus vreodată vibrațiilor extreme …

Acum că toate piesele sunt la locul lor, glisați cadrul în carcasă. Mai întâi va trebui să detașați tubulatura. Acum, centrați placa frontală peste modulul Joystick, apoi adăugați lipici în punctele în care atinge cadrul (nu este cazul, deoarece este posibil să doriți să-l glisați mai târziu). Odată setat acest lucru, puteți glisa cadrul înapoi și apoi puteți adăuga mai mult adeziv fierbinte de-a lungul părților laterale ale cadrului unde intră în contact cu placa de față, doar pentru a-l reface.

În cele din urmă, dar nu în ultimul rând: pe partea laterală a carcasei care nu are orificiul pentru tubulatură și conectorul USB, șlefuiți puțin suprafața pentru a o îngrosi, în zona în care doriți să montați piesa de montare. Faceți același lucru în partea de jos a piesei de montare, apoi ungeți-o cu lipici și fixați-o ferm pe carcasă. Odată setat, puteți tăia excesul cu un cuțit mic pentru a-i oferi un aspect mai profesional. (Haha)

Pasul 11: Configurare și utilizare

Acum, că sunteți gata să utilizați dispozitivul, iată câteva sfaturi pentru configurare.

Camera lui Allen are un televizor cu ecran mare, cu o intrare HDMI, care se află pe peretele din camera sa de pat. I-am așezat laptopul pe un dulap sub ecran și l-am conectat. Dacă setați acest lucru într-o cameră, găsiți ceva puțin mai lung de 15ft. Am crezut că va fi suficient, dar nu a avut atât de multă libertate pe cât mi-aș fi dorit.

Pentru a ține dispozitivul, am cumpărat acest braț pe Amazon, pentru 19,50 USD. Este un braț flexibil de 25 conceput pentru a ține o cameră web sau GoPro, cu o clemă care funcționează excelent pentru fixarea pe o masă sau pe un pat. Are o montură în stil GoPro pe care am proiectat piesa noastră de montare pentru a o monta în siguranță.

Când i-am adus-o mai întâi lui Allen, am fost surprins de ceea ce trebuia să se schimbe. Din punct de vedere al dispozitivului, el a vrut doar să încetinim puțin cursorul, ceea ce am făcut de atunci. Cu toate acestea, ceea ce își dorea cu adevărat era un control vocal mai mare pentru computerul său, pentru a elimina cât mai mult posibil utilizarea tastaturii de pe ecran. Sip-n-puff poate fi utilizat în combinație cu unele instrumente de accesibilitate de pe computer pentru a maximiza eficacitatea. Mai jos este o listă cu tot ceea ce am făcut pentru computerul său:

• Configurați Cortana pentru a răspunde oricând la „Hei Cortana”.
• A instalat o tastatură pe ecran și a adăugat o comandă rapidă pe desktop.
• A creat un script cu AutoHotKey pentru a deschide instrumentul de dictare a ferestrei 10 (Win / H).
• Instalat Firefox și Adblock și AdBlockPlus. (Cortana folosește în continuare Edge, din păcate, dar veți obține ceea ce obțineți)
• GUI scalate, pictograme și text la 125%
• Am instalat un plugin în Firefox pentru a permite căutarea vocală printr-un clic pe un buton (pe site-uri precum Google)
• Am instalat CCleaner pentru a încerca să facă computerul să funcționeze mai repede (Probabil că nu este necesar, dar laptopul său era un model low-budget și este încă destul de lent. Am reușit să-l accelerez puțin).

Cred că ceea ce va folosi cel mai mult este funcția de căutare vocală a Cortanei, deci probabil că majoritatea funcțiilor firefox vor rămâne nefolosite. Cu toate acestea, avea deja o casă Google și Alexa, așa că ar trebui să se obișnuiască destul de repede cu Cortana.

Un alt lucru bun de făcut este să imprimați manualul de utilizare (găsit la GitHub, bineînțeles) și să îl lăsați cu dispozitivul, astfel încât orice asistenți medicali să știe cum să detașeze piesa bucală și să-i reamintească utilizatorului cum să-l folosească, dacă Necesar.

Încă un lucru: cu toate crăpăturile și crăpăturile din partea imprimată 3D, va colecta bacteriile dacă nu sunt îngrijite corespunzător. În manualul de utilizare, vă recomandăm să faceți muștiucuri suplimentare și să le spălați cel puțin o dată pe săptămână într-o mașină de spălat vase sau să le sterilizați în apă clocotită. Acest lucru îi va ajuta să îi mențină curați!

Pasul 12: Finalizat

Sperăm că acum aveți un mouse Sip-N-Puff terminat și funcțional și cineva poate folosi un computer!

Dacă nu, sunt întotdeauna aici pentru a vă ajuta și mi-ar plăcea să aud despre orice problemă sau feedback pe care îl aveți.

A doua imagine: Aceasta este o versiune îmbunătățită a „Sup” care răspunde problemelor legate de bacterii. Include un filtru de respirație și un muștiuc din oțel inoxidabil. Piesa bucală poate fi sterilizată, iar filtrele de respirație înlocuite, pentru a se asigura că bacteriile nu pot pătrunde în dispozitiv și nu cresc pe piesa bucală.

Doriți să cumpărați un „Sup?

Nu am un magazin online, dar mă bucur să adun „Sup pentru tine îmbunătățit!

Pentru a cumpăra un „Sup, puteți să mă contactați la Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Preț: Dacă sunteți bine să așteptați 3-4 luni, costul va fi de aproximativ 120 USD, inclusiv transportul, un cablu USB de 15 ft și un braț de montare. (Așteptarea se datorează faptului că provin piese din China, iar transportul durează 1-3 luni.)

Premiul I la concursul de microcontrolere