Cat Whisker Extensie senzorială portabilă (2.0): 6 pași (cu imagini)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Acest proiect este o continuare și o reimaginare a fostului coleg (metaterra) „Whisker Sensory Extension Wearable”.

Scopul acestui proiect a fost să se concentreze pe crearea de „extensii senzoriale” noi, îmbogățite prin calcul, care să permită detectarea augmentată a lumii naturale. Efortul meu major cu acest proiect a fost dedicat fabricării și implementării augmentărilor senzoriale care vor extinde un sens prin senzori și vor răspunde cu o ieșire tactilă pentru utilizator. Intenția este de a permite oricui să își fabrice propriile extensii senzoriale și, astfel, să mapeze simțurile intrinsec uman / animal pe hardware. Extinderea eficientă a simțurilor noastre în moduri noi și incitante care vor duce la o mai bună înțelegere a modului în care creierul nostru este capabil să se adapteze noilor simțuri externe.

Acest material se bazează pe munca susținută de Fundația Națională pentru Științe în cadrul subvenției nr. 1736051.

Proiectul a fost dezvoltat în Laboratorul de calcul ludic și Craft Tech Lab de la Universitatea din Colorado Boulder.

Dacă aveți întrebări, doriți să țineți pasul cu munca mea sau să aruncați idei, vă rugăm să faceți acest lucru pe Twitter: @ 4Eyes6Senses.

Cu acest proiect, am vrut să iau extensia senzorială a mușchilor anterioară purtabilă și să o fac mai ușoară, mai rentabilă și mai ușor de construit. Iată o prezentare generală a diferitelor componente și a funcțiilor acestora:

- Două seturi de dispozitive de confecționare cu senzor flex personalizat (în total 4, 2 pe fiecare parte) primesc informații tactile (îndoire, flexare etc.) din obiecte din mediul imediat al utilizatorului. Informațiile inițiale de tensiune / rezistență primite de fiecare senzor sunt apoi convertite în informații despre unghiul de îndoire (de exemplu, un unghi de îndoire de 10 grade). Aceste informații despre unghiul de îndoire sunt ulterior convertite în ieșire de modulare proporțională a lățimii impulsului și trimise la motoarele de vibrație corespunzătoare de pe fruntea utilizatorului.

- Fiecare senzor flex de mustață este atașat la un ProtoBoard de 1 și conectat la un Arduino UNO care efectuează transductia / conversia.

- Patru motoare cu vibrații furnizează stimuli tactili pe fruntea utilizatorului. Fiecare motor utilizat se corelează cu un mustaș, intensitatea motorului de vibrație se bazează pe un prag care va fi setat pe baza senzorului de mustață.

Provizii

Bandă de polistiren de 14 "lungime, 0,08" lățime, 0,03 "grosime

4 senzor de îndoire / flex unidirecționalSugru

Mufe JST

Motoare cu vibrații

Bandele dure

ProtoBoard - Square 1"

Un kit de sârmă (recomand izolarea din silicon) NOTĂ: veți folosi aproximativ 2-3 picioare de sârmă pentru fiecare conexiune

Acril sau carton clar de 1/16 grosime

Tuburi termocontractabile

Unghii lichide

Rezistoare 47k

NITECORE sau alt tip de bandă de susținere

Velcro

Pasul 1: Asamblarea mustății

(Declinare de responsabilitate! Aceasta este preluată direct de la instrucțiunile anterioare.)

Mi-a luat ceva timp să dezvolt un aparat cu senzor de mustață care să fie suficient de flexibil pentru a imita mustățile reale, dar suficient de rigid pentru a reveni în mod constant într-o poziție dreaptă, neîncovoiată. Am ajuns să folosesc un senzor de încovoiere / flexiune unidirecțional de 4 "de la Flexpoint Sensor Systems (vezi figura 1). O mufă JST este lipită la picioarele senzorului, apoi o bandă de polistiren de 14" lungime, 0,08 "lățime, 0,03" grosime (Am achiziționat al meu la un magazin de hardware local) este lipit de silicon lipit de senzor, se aplică termocontractare și un strat protector de Sugru este modelat în jurul întregii baze a unității de mustață. Iată instrucțiunile detaliate:

- Luați capătul mufei conectorului JST cu 3 pini și scoateți firul central (a se vedea figurile 2-4)

- Trageți firele fișei astfel încât să rămână aproximativ 1,5 cm de fir, apoi dezbrăcați și lipiți aceste conducte la pinii senzorului (amintindu-vă de orientarea fișei / senzorului). Am folosit termocontractiv pentru a oferi izolație (Vezi figurile 5, 6)

- Montați banda de polistiren pe senzor cu un fel de adeziv flexibil (am folosit adeziv siliconic Liquid Nails). Asigurați-vă că fixați banda pe senzor (a se vedea figurile 7, 8)

- Luați-vă Sugru (am folosit un singur pachet de 5g) și formați-l în jurul senzorului / benzii / fișei asigurându-vă că înglobați toate aceste componente. De asemenea, asigurați-vă că aplicați Sugru suficient de sus pentru a fixa complet banda, dar nu prea mare pentru a restrânge ușurința senzorului de mișcare / îndoire. Nu vă grăbiți. Veți avea cel puțin 30-45 de minute până când Sugru începe să se întărească. Înainte de a vă lăsa să se usuce, asigurați-vă că ștecherul dvs. se potrivește corect în partea de priză a conectorului JST (a se vedea figurile 9-13)

- În cele din urmă, am aderat etichete la aparatul de mustață. Au fost utilizate laturile (L / R) și poziția numerică (1-4) (Vezi figurile 14, 15)

- Faceți încă 3 (sau orice număr de mustăți doriți). Asigurați-vă că creați fiecare mustață în același mod. Acest lucru va ajuta la calibrarea senzorului mai târziu.

Pasul 2: Ansamblu de montare a mușchilor

Acum, după ce senzorii de flexie a mușchilor sunt completi, îi putem monta acum pe piesa obrazului (figura 1). Metaterra a proiectat un braț curbat cu un disc pentru montare, a făcut acest lucru folosind Adobe Illustrator și a folosit ca material acrilic transparent de 1/16 grosime. NOTĂ: Dacă un dispozitiv de tăiat cu laser nu este disponibil, puteți încerca să faceți monturile din carton sau alt material ușor de tăiat, pur și simplu imprimați PDF-ul și tăiați-l în jurul trasării în timp ce este suprapus pe carton. După tăierea cu laser, găuriți patru găuri în acrilic, apoi țeseți dopurile JST prin găuri (figura 1, 3 și 4)), apoi încorporați mustățile în partea de disc a suportului folosind Sugru. Iată instrucțiunile detaliate:

- Deschideți fișierul vector braț mustață (PDF). Materialul utilizat pentru acest instructabil este acrilic transparent de 1/16 și tăiat cu un tăietor cu laser.

- Forează patru găuri în suportul obrazului. Simțiți-vă liber să vă jucați cu dimensiunea găurii, precum și cu distanța pentru a face mustățile la fel de aproape sau de departe cât doriți.

- Teseți dopul JST cu 2 pini prin găuri. asigurați-vă că părțile laterale cu deschiderea sunt îndreptate una față de cealaltă.

- Asigurați-vă că porturile mușchilor dvs. sunt situate acolo unde doriți să fie. Folosiți Sugru și modelați dopurile JST în poziție pe porțiunea de disc a piesei (acest lucru m-a luat în jur de patru pachete Sugru). Cu Sugru veți avea aproximativ 30 de minute de timp, așa că luați-vă timp și asigurați-vă că mustățile nu se vor suprapune atunci când sunt conectate și că prizele JST sunt orientate acolo unde le doriți. Odată ce sunteți mulțumit de plasare, lăsați Sugru să se usuce pentru o zi.

- Referința figurilor 9 și 10 pentru acest pas, rețineți, de asemenea, că pe designul meu: alb = 3,3V, negru = GND, iar roșu este pinul analogic. Lipiți cele două capete ale mufei JST pe o parte a ProtoBoard 1 ', apoi repetați cu cealaltă mustată. Creați un divizor de tensiune folosind designul meu sau modificați aspectul (puteți consulta și ghidul de conectare al senzorului flexibil al SparkFun).

- Pentru a atașa piesele obrazului pe bandă, se folosesc două șuruburi / șuruburi pentru a fixa brațul pe bandă (figura 11).

Pasul 3: Integrarea motorului de vibrații, bandă de susținere și configurarea bateriei

Conectarea motoarelor de vibrații este destul de directă, cablul roșu se va conecta la un pin digital PWM de pe Arduino, iar culoarea albastră se va conecta la GND. Motoarele de vibrații sunt atașate la o bandă de susținere NITECORE folosind velcro, amplasarea se bazează pe mustața de care este legat, motoarele exterioare de vibrație sunt legate de mustățile din față și motoarele de vibrație interioare sunt legate de mustățile din spate (Figura 6).

- Sârmă de lipit la capetele fiecărui motor de vibrații, aplicați termocontractiv la fiecare conexiune, apoi aplicați termocontractiv cablul motorului de vibrație, precum și cablurile nou termocontractate (Figura 2), repetați de 3 ori. Atașați un disc cu velcro (partea cârligului) pe partea din spate a motorului. Repetați de 3 ori.

- Tăiați o bandă de velcro, astfel încât colecția de fire ale motoarelor să poată fi legată împreună și velcroed de partea din față a benzii de susținere NITECORE (a se vedea figura 5). Aderați (am folosit super-lipici) banda pe partea interioară-frontală a benzii de susținere și velcro motoarele pe bandă în aceeași orientare în care ați plasat porturile mustății pe placa obrazului (Figura 7)

- Utilizați o clemă sau o cravată cu fermoar pentru a conecta cablurile motorului de vibrații, acest lucru va ajuta la protejarea motoarelor de vibrație de tragere / rupere (Figura 7).

Pasul 4: Microprocesor și conectarea tuturor la un Arduino

Toate motoarele de vibrație și mustățile se vor conecta la un Arduino UNO. Veți avea nevoie de o placă de prototipare suplimentară care vă va permite să lipiți 9 cabluri GND și 4 cabluri de 3,3V. De asemenea, cel mai probabil veți avea nevoie de un kit de conector dupoint pentru a adăuga pini și carcasă la cablurile care trebuie conectate direct la Arduino. Sârmele pinului motorului de vibrații (cablu roșu) se conectează la pinii digitali Arduino: 3, 9, 10, 11 (acești pin au fost aleși deoarece permit PWM). Sârmele GND ale motorului de vibrații (negru sau alb) vor fi lipite pe placa de prototipare. Pinii mușchilor (cablu roșu) se vor conecta la pinii analogici Arduino: A0, A1, A2, A3. Cablurile VCC de la mustață (cablu alb) și cablurile de masă (negru) vor fi lipite pe placa de prototipare.

Pasul 5: Implementați codul

Ok, acum este timpul să încărcați codul. Există câteva lucruri pe care va trebui să le modificați înainte de a fi gata să bateți lumea.

- Mai întâi, utilizați un multimetru pentru a măsura atât tensiunea de ieșire VCC, cât și rezistența pe rezistorul de 10k. Introduceți aceste valori în locurile respective din cod.

- Apoi, verificați de două ori dacă toate celelalte variabile sunt setate la intrările / ieșirile corecte (de exemplu, mtr, flexADC etc.).

- Apoi, conectați-vă Arduino și încărcați codul.

- Odată ce ați pornit și ați rulat, veți vedea în monitorul serial că Bend + (numărul mustaței) va imprima. Acum este timpul să calibrați mustața (fiecare mustață este unică și va avea o rezistență de bază ușor diferită). Setați variabila STRAIGHT_RESISTANCE la oricare se imprimă rezistența de bază (adică, poziția de mustață îndoiți). Apoi, setați variabila BEND_RESISTANCE la STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. În codul original, această variabilă a fost menită să reflecte rezistența senzorului flexibil de ieșire la o îndoire de 90 de grade. Deoarece mustățile noastre nu se apropie nicăieri de o îndoire completă de 90 de grade (cel puțin în situații tipice), adăugarea a 30000,0 ohmi la rezistența de bază funcționează foarte bine. Simțiți-vă liber să setați rezistența la îndoire la ceea ce funcționează cel mai bine pentru aplicația dvs. Dacă ați setat totul corect, atunci vedeți că atunci când mustața nu este îndoită, se va imprima un unghi de îndoire de 0 grade (mai mult sau mai puțin). Apoi, puteți seta valorile de prag care vor activa motoarele de vibrație pe baza unghiului. După aceasta, ești bine să pleci!

Pasul 6: Gata

Acum aveți un mustață purtabil și sunteți gata să (simțiți) în lume!

Dacă aveți întrebări detaliate, doriți să aflați despre mărirea umană, doriți să țineți pasul cu munca mea sau pur și simplu să aruncați idei, vă rugăm să faceți acest lucru pe Twitter-ul meu:

@ 4Eyes6Senses

Mulțumiri!