Guante háptico para ciegos: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

El guante háptico es un dispositivo para personas ciegas y / o con discapacidad visual que proporciona al usuario información sobre los obstáculos en su entorno inmediato. El guante utiliza dos sensores ultrasónicos que informan la distancia y orientación de los objetos. Dependiendo de lo que detecten estos sensores, los motores de vibración colocados en todo el guante vibran en patrones únicos para transmitir esta información al usuario.

Paso 1: Lista de suministros

Electrónico:

- # 1201: Mini disco de motor vibrante - ERM (x4) [$ 1.95 c / u]

- # 2305: Controlador de motor háptico Adafruit DRV2605L (x4) [$ 7.95 c / u]

- # 659: FLORA - Plataforma electrónica portátil - Compatible con Arduino [$ 14.95]

- Sensores de distancia ultrasónicos HC-SR04 (x2) [$ 2.99 c / u]

- # 2717: Multiplexor TCA9548A I2C [$ 6.95]

- # 3287: 3 portapilas AA con conector JST [$ 2.95]

- # 1608: Placa de pruebas Adafruit Perma-Proto del tamaño de un cuarto - Individual [$ 2.95]

- Cable plano

- Resistencias de 200 y 220 ohmios

Fabricación:

- Tiras de velcro [$ 2.98]

- # 615: Juego de agujas - 3/9 tamaños - 20 agujas [$ 1.95]

- Neopreno o cualquier otro tejido duradero

Costo total: $ 78,31

La mayoría de los componentes se compraron en Adafruit.com

Paso 2: Breadboarding

El primer paso es conectar todos sus componentes usando una placa de prueba para que pueda asegurarse de que todos funcionen correctamente antes de fijarlos en el producto final. El siguiente diagrama de circuito y la imagen le darán una idea de dónde debe conectarse todo. A continuación, se muestra un desglose de lo que hace cada componente:

Arduino Uno / FLORA

Este es el microcontrolador, que es la parte que es programable. También proporciona energía a todos los componentes de la batería. Inicialmente conecté todo a un Arduino Uno ya que tiene un suministro de 5v, pero luego lo reemplacé con un FLORA y 3 baterías AA (4.5v).

Controlador de motor háptico

Estos controladores se conectan directamente a cada motor de vibración y le permiten programar cada motor de vibración de forma independiente, a la vez que tienen la ventaja de incluir una biblioteca predeterminada de efectos de vibración. Estos no son críticos para la función del guante, pero lo hacen mucho más fácil de programar, ya que no necesita programar sus propios patrones de vibración desde cero.

Muliplexor

Esto simplemente actúa como una especie de expansor ya que no hay suficientes pines SCL / SDA en el FLORA para acomodar todos los controladores de motores hápticos. También le permite comunicarse con cada controlador de motor háptico de forma independiente al asignar una dirección única a cada uno.

Motores de vibración

Estos son los que proporcionan al usuario la retroalimentación háptica. Vibran en ciertos patrones dependiendo de cómo los programes. Más sobre cómo funcionan aquí.

Sensores ultrasónicos

Estos sensores son los que miden la distancia de los objetos frente a ellos. Lo hacen enviando una señal de "activación", que rebota en cualquier objeto cercano y regresa como una señal de "eco". Entonces, el programa puede interpretar el tiempo de retardo y calcular la distancia aproximada. Asegúrese de etiquetarlos como "izquierda" y "derecha" para que no se confunda más tarde. Más sobre cómo funcionan aquí.

Paso 3: codificación

Ahora que todo está conectado, puedes descargar el código a tu FLORA y probarlo. Descargue el archivo a continuación y las bibliotecas necesarias (enlazadas a continuación). Este código de ejemplo tiene las funciones enumeradas en la tabla anterior.

Para probar el código, coloque un objeto plano grande a menos de 6 pulgadas del sensor ultrasónico de la derecha. El RBG integrado debería parpadear rápidamente en azul. A medida que aleja el objeto, el parpadeo debería volverse menos rápido. Simultáneamente, uno de los motores de vibración (que luego se colocará en el pulgar) vibrará rápidamente cuando el objeto esté a menos de 6 pulgadas de distancia y comenzará a vibrar con menos potencia cuanto más aleje el objeto. Este mismo patrón debe ser válido para el sensor ultrasónico izquierdo, solo con una luz naranja en lugar de azul

Agregué una característica adicional, que es que el RBG debe parpadear en rosa y los sensores de vibración del dedo medio y la palma deben vibrar cuando ambos sensores detectan un objeto a menos de 6 pulgadas de distancia. Sin embargo, esta característica no es muy confiable. Mantuve los motores de vibración del dedo medio y la palma en el diseño final en caso de que la gente quisiera crear una función más creativa para ellos.

* NO * conecte la placa FLORA a la computadora a través de USB mientras la batería externa aún está conectada. Siempre desenchúfelo de la batería externa primero.

* ANTES * de descargar el código de ejemplo proporcionado aquí, deberá descargar las siguientes bibliotecas / controladores:

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

github.com/adafruit/Adafruit_DRV2605_Libra…

github.com/adafruit/Adafruit_NeoPixel

Si el código no parece estar funcionando o sus sensores / motores no responden:

- Asegúrese de haber seleccionado el puerto COM correcto en el programa Arduino.

- Asegúrese de que sus motores de vibración estén completamente conectados a los controladores del motor háptico / protoboard. Los cables que los conectan son muy delgados y se pueden soltar fácilmente.

- Verifique que no haya mezclado los cables SCL / SDA (multiplexor) o los cables ECHO y TRIG (sensor ultrasónico). No funcionará si se cambian.

- Si todo funciona normalmente cuando se conecta a través de USB, pero falla cuando se conecta a las baterías externas, probablemente sea el momento de reemplazarlas con baterías nuevas.

Paso 4: conexiones de datos de soldadura

Ahora que se confirma que el código funciona, puede comenzar a ensamblar el producto final. Comencé dibujando primero todas las conexiones en el contorno de una mano, para visualizar todas las conexiones finales. Primero me concentré en todas las conexiones de datos y luego conecté las líneas eléctricas y de tierra al final. También en esta etapa me olvidé de soldar las resistencias a los pines ECHO y GND de los sensores ultrasónicos (oops), por lo que no están en la imagen. Terminé agregándolos cuando conecté los sensores ultrasónicos al "concentrador" de energía en el centro del guante.

Comencé soldando todas las conexiones al FLORA y subí a través del multiplexor, los controladores del motor háptico y los motores de vibración. Reforcé mis conexiones con pegamento caliente, tubos termorretráctiles y cinta aislante.

En todas las imágenes el color del cable corresponde a las siguientes conexiones:

Poder rojo

NEGRO: tierra

AMARILLO: scl

BLANCO: sda

VERDE: motor (-)

GRIS: motor (+)

MARRÓN: eco del sensor ultrasónico

NARANJA: sensor ultrasónico trig

Paso 5: Fabricación del guante

El guante se compone de los siguientes componentes:

- Cuerpo del guante principal (que sostiene la vibración de la palma)

- 3 correas para los dedos (meñique, medio, pulgar), que sostienen 3 de los motores de vibración

- Correa de brazo para sujetar la batería.

Me decidí por un diseño de guantes sin dedos por simplicidad, y puedes ver la plantilla general arriba. Este boceto no está a escala y probablemente tendrás que ajustar el tamaño para que se ajuste a tu mano. Está diseñado para usarse en la mano izquierda. Primero tracé el diseño en la parte inferior de una tela y luego usé un cuchillo Xacto para cortarlo. Formé las piezas de los dedos cortando tiras de tela lo suficientemente largas como para envolver mis dedos y cosiendo correas de velcro para mantenerlas en su lugar. Luego hice bolsas para alojar los motores de vibración y las cosí a las correas de los dedos, así como a la mitad de la parte inferior del cuerpo principal del guante (cerca de la palma).

Este diseño requiere una costura mínima, y solo cosí en estos escenarios:

- Adherir / reforzar las tiras de velcro al tejido.

- Coser las bolsas del motor de vibración en las correas de los dedos y en el cuerpo del guante principal.

- Construya la bolsa de la batería en la correa del brazo.

Paso 6: Ensamblar (Parte 1)

Ahora que el guante estaba ensamblado y todo el cableado completado, comencé a adherir los componentes eléctricos al guante. Para este paso, seguí el dibujo que hice anteriormente y dispuse todas las piezas. Luego comencé a coserlos con hilo. Terminé colocando los controladores del motor háptico en el lado izquierdo del guante en lugar de en la parte superior porque tenía más sentido de esa manera una vez que comencé a ensamblar.

Paso 7: Montaje (Parte 2 - PWR + GND)

Finalmente, conecté todos mis componentes a la alimentación y a tierra. Para hacer esto, configuré una toma de tierra y un riel de energía en mi pequeña placa de pruebas, conectándola a la tierra y la potencia de la FLORA. Conecté mis controladores de motor háptico y multiplexor a estos rieles. Luego conecté mis sensores ultrasónicos a pwr y gnd, pero también aproveché el espacio adicional en la placa para agregar las resistencias que había olvidado antes. Estas resistencias son esenciales ya que crean un divisor que baja el voltaje de la señal ECHO, que regresa a la FLORA.

Fue un poco precario soldar las conexiones gnd y pwr después de que todo ya estaba cosido, por lo que es posible que desee hacer todas las soldaduras primero. Tenía sentido para mí esperar porque todavía no estaba completamente seguro de cuál sería el diseño final de todos los componentes.

Usando un poco de pegamento Gorilla, pegué un pequeño trozo de madera al guante para elevar la placa de pruebas y agregué Velcro para adherir la placa de pruebas a la madera (ver imagen de arriba). Hice esto para poder levantarlo fácilmente y comprobar si tenía pantalones cortos.

El último paso es pegar en caliente los sensores ultrasónicos a cada lado de la placa de pruebas elevada.

¡Y tu estas listo!