El 'Sup - un ratón para personas con cuadriplejia - Bajo costo y código abierto: 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

En la primavera de 2017, la familia de mi mejor amigo me preguntó si quería volar a Denver y ayudarlos con un proyecto. Tienen un amigo, Allen, que tiene cuadriplejía como resultado de un accidente en bicicleta de montaña. Felix (mi amigo) y yo hicimos una investigación rápida y decidimos construirle a Allen un "Sip-n-puff", combinado con un joystick, para darle la capacidad de acceder a las mismas funciones que un mouse normal.

Un Sip-n-Puff es un dispositivo de entrada que toma la entrada del usuario en forma de "Sip" o "Puff" (Imagínese bebiendo a través de una pajita o haciendo burbujas en su bebida). Aquí, lo combinamos con un joystick para permitir al usuario mover el cursor en la pantalla, y el Sip-n-puff se usa para funciones como hacer clic y desplazarse.

Los dispositivos Sip-n-Puff no son nada nuevo, y las combinaciones de joystick / Sip-N-Puff tampoco son demasiado infrecuentes. ¡Pero comprar un dispositivo de este tipo le costará entre $ 500 y $ 1500! Para Allen, que no tiene una fuente de ingresos, ese es un precio imposible. Sin embargo, el dispositivo en sí es realmente muy simple: ¡en esta versión, le mostraré cómo construir uno por poco menos de $ 50!

Todos los diseños y el código son de código abierto, lo que significa que puedes crear uno sin pagarme ni a mí ni a Felix ni un centavo. Si solo desea el dispositivo terminado sin el trabajo, estaré encantado de hacer uno para usted. Los detalles se encuentran al final del Instructable.

Finalmente, dado que este es de código abierto, puede encontrar todos los archivos de diseño y el código en GitHub:

¿Desea comprar el 'Sup? Puede encontrar información al final de este Instructable.

Actualización: ¡Gracias a todos los que votaron por este proyecto! Estoy muy feliz de haber ganado mi primer concurso de instructables, y le di un buen uso a la tarjeta de regalo de Amazon. Las herramientas que compré deberían permitirme traer contenido de mayor calidad en mayores cantidades.

Otra cosa: ¡Me sorprendió gratamente ver dos artículos en línea que mencionan este proyecto! Un gran agradecimiento a Hackaday y Open-electronics.org por considerarlo digno de este artículo. Puede encontrar ambos a continuación:

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/

El SUP también se mencionó recientemente en la revista New Mobility. Puedes encontrar ese artículo aquí:

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

Créditos y agradecimientos:

Le debo muchísimo agradecimiento a mi amigo Félix y a su familia por llevarme a Denver (donde vive Allen) y pagar por todo menos la impresora 3D. ¡Realmente ayudó a impulsar el desarrollo y hacer el 'SUP en poco tiempo!

Felix también recibe crédito adicional por la mayor parte del diseño 3D.

Finalmente, agradecemos a Allen por ser alguien a quien pudimos ayudar, que estuvo dispuesto a dejarnos invadir y preguntarle si le gustó nuestro prototipo improvisado.

Paso 1: herramientas, piezas y materiales

Aquí tiene todo lo que necesita para construir el dispositivo. Antes de ordenar todo, lea el resto del 'ible' para asegurarse de que se siente cómodo con el conjunto de habilidades que necesitará para armarlo.

Partes:

• Arduino Pro Micro (Específicamente un Pro Micro, con un conector USB y el ATmega32u4)
• Sensor de presión MPXV7002DP con placa de conexión
• Módulo de joystick
• Tubería de silicona de grado alimenticio, 1/8 de DI por 1/4 de DE, aproximadamente 6"
• Piezas impresas en 3D, <= 72 gramos por valor
• Cables (utilicé cables hembra-hembra de DuPont, luego corté los extremos)

Instrumentos:

• Soldador (esta plancha de 30w en amazon funciona muy bien)
• Pistola de pegamento caliente (alta temperatura)
• Impresora 3D (o imprima cosas a través de un servicio de impresión 3D)
• Misc. herramientas como alicates, destornillador de punta plana, papel de lija, cuchillo pequeño afilado con hoja delgada, cortaalambres

Materiales:

• Filamento PLA normal (usé PLA negro Hatchbox)
• Filamento flexible como TPU o NinjaFlex (mi impresora viene con un pequeño rollo de TPU verde. Alternativamente, puede modificar la pieza de la boquilla para aceptar un tubo de diámetro más pequeño y luego obtener un tubo de ID de 2,5 mm para adaptarse al sensor)

El costo total de las piezas es de aproximadamente $ 22, sin incluir el filamento de la impresora 3D. Una vez que agregue el brazo flexible y el cable USB largo, totalizará alrededor de $ 49.

¡Tenga en cuenta que los enlaces aquí son en su mayoría el precio más barato de China! Estos tardarán al menos un mes en llegar a usted. Si desea piezas más rápido, tendrá que pagar un poco más por fuentes más cercanas con envío más rápido. Espere que el costo total sea de alrededor de $ 75.

Paso 2: ¡Imprime cosas en 3D

Todos los archivos STL se pueden encontrar en https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, los necesitará todos.

Si no tiene una impresora 3D, existen muchos servicios de impresión 3D que puede utilizar. Si desea obtener una impresora económica que funcione muy bien (y no le importa un poco de ensamblaje), le recomiendo la Anet A8. Es un clon de Prusa i3 de $ 150, me ha funcionado bien y tiene una gran comunidad en línea.

Caja y marco:

Imprima con soportes "en todas partes", a una altura de capa de 0,1-0,2 mm. Utilicé un tipo de soporte de "cuadrícula", pero las "líneas" pueden ser más fáciles de eliminar

GoProClip y FacePlate:

Imprima como de costumbre, sin soportes, altura de capa de 0,1-0,2 mm

Adaptador de tubo:

1. Para imprimir en filamento flexible
2. Altura de la capa 0.1
3. Retracción desactivada
4. Sin soportes

Paso 3: Impresión y recocido de la boquilla

Antes de imprimir todas las boquillas adicionales, es una buena idea asegurarse de que se encojan correctamente cuando estén recocidas.

Si quiere ser científico, imprima AnnealingTestr.stl y mida antes y después del recocido para averiguar el porcentaje exacto en que se encogió / creció y en qué eje. Por lo general, se espera una contracción de alrededor del 5% en los ejes X e Y ', y un crecimiento de alrededor del 2% en el eje Z. Sin el PLA negro de Hatchbox y el horno de convección, logramos una contracción del 2% en X e Y, y un crecimiento del 1% en el eje Z.

Sin embargo, dado que esta pieza solo está diseñada para encajar moderadamente bien en el joystick, no tienes que ser muy preciso. Utilizando nuestros valores para el PLA negro de Hatchbox, aquí está el proceso de impresión para la boquilla:

1. Cambie el tamaño de X e Y al tamaño del 103%, deje Z como está (nuestro objetivo es un aumento de tamaño del 2% sobre las dimensiones originales, una vez recocido, para que se ajuste moderadamente fácilmente en el joystick)
2. Imprima con un borde, además de soportes para "tocar la placa de construcción".
3. Relleno al 100% (para que el agua no se filtre)
4. Velocidad de impresión normal, altura de capa de 0,1 mm
5. (Si tiene una cama con calefacción, configúrela a 50 ° C)
6. Calentar a 220C.

No he jugado mucho con estos valores, pero eso es lo que usé para mi impresora (un clon de Prusa i3, la Anet A8).

Una vez que haya impreso una pieza o dos, intente recocerlas y vea si encajan.

El proceso de recocido:

1. Precaliente su horno, preferiblemente en una configuración de convección (si su horno hace eso), a un lugar cercano a 158F o 70C. Algunos hornos no bajarán tanto, si está un poco apagado, no importa mucho.
2. Espere a que el horno se caliente, luego coloque su (s) pieza (s) en algo que evite que se caigan.
3. Configure un temporizador para una hora, luego déjelo. No abras el horno para revisarlo, ya que el efecto de enfriamiento puede afectar el proceso de recocido.
4. Una vez que haya reposado allí durante una hora, apague el horno y deje la pieza allí para que se enfríe con el horno. Un termómetro funcionaría bien para esto, pero no tienes que ser muy preciso, solo espera una hora más o menos.
5. Una vez que se haya enfriado básicamente, sácalo. Ahora debería ser más fuerte y, lo que es más importante, capaz de soportar agua hirviendo y un lavado en el lavavajillas.

Paso 4: posprocesamiento de impresiones 3D

Me gusta que mis impresiones 3D estén limpias, pero eso a menudo significa muchos soportes. Si imprimió las partes del marco y la carcasa con relleno como se recomienda, ¡tiene un poco de limpieza que hacer! Aquí algunos consejos y trucos para eliminarlos.

Como puede ver, utilicé una combinación de destornillador, alicates de punta fina y mi navaja de bolsillo para quitar los soportes. Elegí soportes de "rejilla" porque funcionan mejor y tienden a salir limpios y en una sola pieza, pero son más difíciles de quitar. Puede derribar algunos de ellos con solo un golpe rápido con el destornillador, pero tenga cuidado de no romper la parte real. Puede ser fácil de hacer en la parte del Marco.

La pieza Case se imprime con una gran pared de soporte en la parte posterior, que puede ser particularmente difícil de quitar. Encuentro que funciona mejor rodear los bordes con una hoja de cuchillo pequeña, luego intentar perforarla y sacarla de lado. Tomará algo de trabajo, ¡pero la paciencia vale la pena!

Una vez que haya terminado, puede desechar el material de soporte destrozado o guardarlo si realmente desea reutilizarlo …

Paso 5: ajuste de prueba

Ahora que todo está limpio, deberíamos probar el ajuste de las piezas impresas en 3D.

Todos los módulos se ensamblan como se muestra y deben encajar bastante bien. Si no es así, intente imprimir Frame.stl con un tamaño de 101-102% y cambie el tamaño de Case.stl para que se ajuste.

La boquilla debe poder encajar con una pequeña cantidad de fuerza, pero no salirse con demasiada facilidad. Este es un buen momento para asegurarse de que el tubo de silicona encaje en la boquilla y en el adaptador. Encontré que la mejor manera de encajar de forma segura era colocar el extremo como sea posible, luego girar el tubo mientras lo empuja hacia adentro, para que se asiente bien en el borde inferior del orificio del adaptador.

Nota: En las fotos, estoy usando un módulo de joystick al que ya solda cables. Sin embargo, el módulo de joystick normal debería encajar bien.

Paso 6: Prepare el joystick

Antes de que podamos soldar cables al joystick, tendremos que deshacernos de los viejos encabezados de los pines. Descubrí que la mejor manera era cortar tanto como fuera posible, luego calentar cada pin con un soldador y golpear el PCB para que el pin se caiga.

Una vez que haya quitado los pines viejos, suelde un tramo de cables (aproximadamente 20 cm de largo) al módulo del joystick. Ayuda tener colores únicos para cada pin, por lo que puede identificar fácilmente qué cable va a dónde más tarde.

Paso 7: esquema

Ahora que tenemos el diseño 3D fuera del camino, ¡es hora de un diagrama esquemático y de cableado!

El circuito es realmente muy simple, sin resistencias ni componentes externos involucrados, solo los 3 módulos diferentes conectados entre sí. He proporcionado un esquema arriba, y también repasaré lo que va aquí:

Rotura del sensor de presión:

• "A" va a A0 en el Arduino
• "5V" va a VCC en el Arduino
• "GND" va a uno de los pines GND en el arduino

Módulo de joystick:

• "GND" va a uno de los pines GND en el Arduino
• "+ 5V" va al pin "RAW" en el Arduino
• "VRx" va a A2 en el Arduino
• "VRy" va a A1 en Arduino
• "SW" va a D2 en el Arduino (Técnicamente, también debería haber una resistencia pullup de 10K entre él y GND. Sin embargo, el código actual no lo usa, y sería más difícil de usar de todos modos, así que …)

Paso 8: suelde todo junto

¡Ahora está listo para ensamblar todos los componentes electrónicos!

¡Asegúrese de montar los módulos como se muestra! Desea que los cables pasen por el marco y por las ranuras superior o inferior donde se conecta el arduino. El arduino estará suelto, pero los cables pasarán por el marco. Eche un vistazo a las fotos, muestran lo que quiero decir.

Comience por pelar y estañar los extremos de todos los cables del Joystick, si aún no lo ha hecho. Luego, con base en el esquema y las imágenes, conéctelo de la siguiente manera.

• GND a GND (pin 23) en el Arduino
• + 5V al pin RAW en el Arduino (justo al lado del pin GND)
• VRx a A2 en Arduino
• VRy a A1 en Arduino

Dejaremos el pin SW por ahora, ya que se suelda a la parte superior del Arduino.

Pasando al sensor de presión, primero querrá identificar qué cables son cuáles. Suponiendo que tiene el marco orientado con el joystick apuntando directamente en dirección opuesta a usted, el orden de los cables es el siguiente:

• Cable superior: Salida analógica "A", al pin A0 de Arduino
• Cable medio: 5 V, al pin VCC de Arduino
• Cable inferior: GND, a GND, pin 4, en la parte superior.

En este punto, también puede conectar el pin SW del joystick al pin 2 en el Arduino, justo al lado del pin GND.

Tenga cuidado de no doblar demasiado los cables, ya que se romperán con bastante facilidad.

Paso 9: Cargue el programa y pruebe

Antes de pegar todo en su lugar, ¡asegurémonos de que funcione!

Si no tiene el IDE de Arduino, deberá descargarlo del sitio web oficial de Arduino, en Arduino.cc. Es gratis, aunque le pedirán que done si lo desea.

Una vez que haya descargado e instalado el IDE, descargue el archivo SupSipNPuff_Final.ino de la página de github, luego ábralo en el IDE.

Para subirlo al Arduino, vaya a "Herramientas", "Tablero" y seleccione "Arduino / Genuino Micro". En el mismo menú, en "Puerto", seleccione lo que esté disponible, debería verse como "COM12 (Arduino / Genuino Micro)". Si no aparece, es posible que deba esperar mientras su sistema operativo instala los controladores, pero debería hacerlo automáticamente.

Haga clic en el botón de carga (el botón de flecha azul redonda en la parte superior izquierda), o presione Ctrl / U (o equivalente) para cargar el programa. Cuando la barra de progreso en la parte inferior desaparezca y diga "Carga completa", ¡estará listo para probar!

Para realizar la prueba, primero vuelva a colocar la boquilla y el tubo (conecte el tubo al puerto superior del sensor, usando la pieza adaptadora), luego sosténgalo frente a la boca y mueva la boquilla. Debería mover el mouse en la pantalla. Pruebe con una bocanada fuerte o un sorbo para hacer clic con el botón izquierdo / derecho, y sorbos / bocanadas suaves para desplazarse hacia arriba o hacia abajo. También puede sostener un sorbo fuerte o una bocanada para mantener presionado el "botón del mouse". Si tiene problemas, imagine la boquilla como una pajita. En lugar de soplar o inhalar a través de él, está creando una presión con la boca, como lo haría con una pajita.

Si uno o más de los ejes se invierten, es una solución simple:

1. Asegúrese de tener el archivo SipNPuffMouse abierto en el IDE
2. Desplácese por el programa hasta que encuentre la línea que dice "Mouse.move (leyendo [0], -leyendo [1], 0);"
3. El primer valor de "lectura [0]" es el movimiento X (horizontal), y el segundo "-leyendo [1]" es el movimiento vertical Y (según cuál esté invertido, agregue o elimine el signo menos delante de la línea "lectura [x]" para invertir el valor.
4. Vuelva a cargar el programa y pruébelo.

(Nota: Otra forma fácil de encontrar la línea es usar Ctrl / F. ¡Lo uso mucho cuando trabajo con mi código!)

Paso 10: pegamento caliente

Ahora, con su Sip-n-puff funcionando, ¡es hora de ensamblar el producto final! Es posible que esté orgulloso de lo bien que se ve el cableado, pero algunas personas prefieren que todo eso esté cubierto con plástico aburrido, por lo que los complacerá.

Antes de eso, necesitamos asegurar todo el interior para que no se deshagan cuando las cosas estén conectadas.

1. Ponga una cantidad generosa de pegamento caliente detrás del Arduino Micro. Lo vamos a pegar a la barra que separa por donde salen los cables arriba y abajo.
2. Si puede, deslice el sensor de presión hacia atrás un poco, coloque una gota de pegamento caliente en su soporte y luego deslícelo hacia adelante sobre la gota. Agregue un poco más en los lados para asegurarlo como mejor le parezca. La electrónica no se daña con el pegamento termofusible, pero tenga cuidado de que no entre en los puertos que salen del sensor de presión, donde conectamos el tubo.
3. Agregue una cantidad generosa de pegamento caliente en la parte superior de los cables que salen del módulo Joystick. Esto probablemente no sea necesario, ya que ya no los moveremos, pero es bueno en caso de que alguna vez se someta a vibraciones extremas …

Ahora que todas las piezas están en su lugar, deslice el marco dentro de la caja. Primero deberá desconectar el tubo. Ahora, centre la placa frontal sobre el módulo de la palanca de mando, luego agregue pegamento en los puntos donde hace contacto con el marco (no es el caso, ya que es posible que desee deslizarlo hacia afuera más adelante). Una vez que esté configurado, puede deslizar el marco hacia afuera y luego agregar más pegamento caliente a los lados del marco donde hace contacto con la placa frontal, solo para reforzarlo.

Por último, pero no menos importante: en el lado de la carcasa que no tiene el orificio para el tubo y el conector USB, lije un poco la superficie para rasparla, en el área donde desea montar la pieza de montaje. Haga lo mismo con la parte inferior de la pieza de montaje, luego unte con pegamento y fíjela firmemente a la carcasa. Una vez que esté listo, puedes cortar el exceso con un cuchillo pequeño para darle un aspecto más profesional. (Ja ja)

Paso 11: configuración y uso

Ahora que está listo para usar el dispositivo, aquí hay algunos consejos para la configuración.

La habitación de Allen tiene un televisor de pantalla grande con una entrada HDMI que se encuentra en la pared al otro lado de su habitación desde su cama. Colocamos su computadora portátil en una cómoda debajo de la pantalla y la conectamos. Si instala esto en una habitación, busque algo un poco más largo de 15 pies. Pensamos que sería suficiente, pero no tenía tanta holgura como me hubiera gustado.

Para sostener el dispositivo, compramos este brazo en Amazon, por $ 19.50. Es un brazo flexible de 25 diseñado para sostener una cámara web o GoPro, con una abrazadera que funciona muy bien para sujetarlo a una mesa o cama. Tiene un soporte estilo GoPro, que diseñamos nuestra pieza de montaje para montarlo de forma segura.

Cuando se lo llevamos a Allen por primera vez, me sorprendió lo que realmente necesitaba cambiar. En cuanto al dispositivo, solo quería que ralentizáramos un poco el cursor, lo que he hecho desde entonces. Sin embargo, lo que realmente quería era más control de voz para su computadora, para eliminar el uso del teclado en pantalla tanto como fuera posible. El sip-n-puff se puede usar en combinación con algunas herramientas de accesibilidad en la computadora para maximizar la efectividad. A continuación se muestra una lista de todo lo que hicimos por su computadora:

• Configure Cortana para que responda en cualquier momento a "Hola Cortana".
• Instaló un teclado en pantalla y agregó un acceso directo en el escritorio.
• Creé un script con AutoHotKey para abrir la herramienta de dictado de Windows 10 (Win / H).
• Instaló Firefox y Adblock y AdBlockPlus. (Cortana todavía usa Edge, desafortunadamente, pero obtienes lo que obtienes)
• Interfaz gráfica de usuario, iconos y texto escalados al 125%
• Instaló un complemento en Firefox para habilitar la búsqueda por voz con el clic de un botón (en sitios como Google)
• Instalé CCleaner para tratar de que su computadora funcione más rápido (probablemente no sea necesario, pero su computadora portátil era un modelo económico de gama baja y sigue siendo bastante lenta, logré acelerar un poco).

Creo que lo que terminará usando más es la función de búsqueda por voz de Cortana, por lo que quizás la mayoría de las funciones de Firefox no se utilicen. Sin embargo, ya tenía una casa de Google y Alexa, por lo que debería acostumbrarse a Cortana bastante rápido.

Otra cosa buena que puede hacer es imprimir el manual del usuario (que se encuentra en GitHub, por supuesto) y dejarlo con el dispositivo para que cualquier enfermera pueda saber cómo quitar la boquilla y recordarle al usuario cómo usarlo, si necesario.

Una cosa más: con todas las grietas y grietas en la parte impresa en 3D, recolectará bacterias si no se cuida adecuadamente. En el manual de usuario, recomendamos hacer boquillas adicionales y lavarlas al menos una vez a la semana en el lavavajillas, o esterilizarlas en agua hirviendo. ¡Esto ayudará a mantenerlos limpios!

Paso 12: ¡Terminado

¡Ojalá ya tenga un mouse Sip-N-Puff terminado y funcional, y alguien pueda usar una computadora!

Si no es así, siempre estoy aquí para ayudar y me encantaría saber sobre cualquier problema o comentario que tenga.

Segunda imagen: esta es una versión mejorada del 'Sup que aborda las preocupaciones sobre las bacterias. Incluye un filtro de respiración y una boquilla de acero inoxidable. La boquilla se puede esterilizar y los filtros respiratorios se pueden reemplazar para garantizar que las bacterias no entren en el dispositivo y que no crezcan en la boquilla.

¿Desea comprar un 'Sup?

No tengo una tienda en línea, pero estoy feliz de armar el 'Sup mejorado para usted!

Para comprar un 'Sup, puede comunicarse conmigo en Jacobtimothyfield (a) gmail (punto com).

Precio: si está de acuerdo con esperar de 3 a 4 meses, el costo será de alrededor de $ 120, incluido el envío, un cable USB de 15 pies y un brazo de montaje. (La espera se debe a que obtengo piezas de China y el envío demora entre 1 y 3 meses).

Primer premio en el Concurso de Microcontroladores