O 'Sup - um mouse para pessoas com tetraplegia - baixo custo e código aberto: 12 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Na primavera de 2017, a família do meu melhor amigo me perguntou se eu queria voar para Denver e ajudá-los em um projeto. Eles têm um amigo, Allen, que está com tetraplegia em consequência de um acidente de mountain bike. Felix (meu amigo) e eu fizemos uma pesquisa rápida e decidimos construir um "Sip-n-puff" para Allen, combinado com um joystick, para dar a ele a capacidade de acessar todos os recursos de um mouse normal.

Um Sip-n-puff é um dispositivo de entrada que recebe a entrada do usuário na forma de um "Sip" ou um "Puff" (imagine bebericar por um canudo ou soprar bolhas em sua bebida). Aqui, nós o combinamos com um joystick para permitir que o usuário mova o cursor na tela, e o Sip-n-puff é usado para funções como clicar e rolar.

Os dispositivos Sip-n-Puff não são novidade e os combos de joystick / Sip-n-Puff também não são muito incomuns. Mas comprar um dispositivo assim vai custar cerca de US $ 500 a US $ 1.500! Para Allen, que não tem fonte de renda, esse é um preço impossível. No entanto, o dispositivo em si é realmente muito simples. Neste item, mostrarei como construir um por menos de $ 50!

Todos os designs e códigos são de código aberto, o que significa que você pode construir um sem me pagar ou ao Felix um centavo! Se você quiser apenas o dispositivo acabado, sem o trabalho, ficarei feliz em fazer um para você. Os detalhes estão no final do Instructable.

Finalmente, como este é um código aberto, você pode encontrar todos os arquivos de design e código no GitHub:

Olhando para comprar o 'Sup? Você pode encontrar informações no final deste Instructable.

Atualização: Obrigado a todos que votaram neste projeto! Estou muito feliz por ter vencido meu primeiro concurso de instructables e fiz um bom uso do cartão-presente da Amazon. As ferramentas que comprei devem permitir-me trazer conteúdo de alta qualidade em maiores quantidades.

Outra coisa: fiquei agradavelmente surpreso ao ver dois artigos online mencionando este projeto! Um grande obrigado a Hackaday e Open-electronics.org por considerá-lo um artigo digno. Você pode encontrar ambos abaixo:

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/

O SUP também foi citado recentemente na New Mobility Magazine. Você pode encontrar esse artigo aqui:

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

Créditos e agradecimentos:

Devo muitíssimos agradecimentos ao meu amigo Felix e sua família por me levarem de avião para Denver (onde Allen mora) e por pagar por tudo, exceto pela impressora 3D. Realmente ajudou a dar início ao desenvolvimento e a tornar o 'SUP' em pouco tempo!

Crédito adicional também vai para Felix pela maior parte do design 3D.

Por fim, agradecemos a Allen por ser alguém que poderíamos ajudar, que estava disposto a nos deixar invadir e perguntar se ele gostou do nosso protótipo improvisado.

Etapa 1: Ferramentas, peças e materiais

Aqui está tudo que você precisa para construir o dispositivo. Antes de fazer o pedido de tudo, leia o resto do livro para ter certeza de que você está confortável com o conjunto de habilidades de que precisará para montá-lo!

Partes:

• Arduino Pro Micro (especificamente um Pro Micro, com um conector USB e o ATmega32u4)
• Sensor de pressão MPXV7002DP com placa breakout
• Módulo Joystick
• Tubulação de silicone de grau alimentício, 1/8 DI por 1/4 OD, cerca de 6"
• Peças impressas em 3D, <= 72 gramas no valor
• Fios (usei fios DuPont fêmea-fêmea, depois cortei as pontas)

Ferramentas:

• Ferro de soldar (este ferro de 30 w na Amazon funciona muito bem)
• Pistola de cola quente (alta temperatura)
• Impressora 3D (ou imprima coisas por meio de um serviço de impressão 3D)
• Misc. ferramentas como alicates, chave de fenda, lixa, pequena faca afiada com lâmina fina, tesoura de arame

Materiais:

• Filamento PLA normal (usei Hatchbox preto PLA)
• Filamento flexível, como TPU ou NinjaFlex (minha impressora veio com um pequeno rolo de TPU verde. Como alternativa, você pode modificar a peça do bocal para aceitar um tubo de diâmetro menor e, em seguida, obter um tubo de 2,5 MM de ID para encaixar no sensor)

O custo total das peças é de cerca de US $ 22, sem incluir o filamento da impressora 3D. Depois de adicionar o braço flexível e o cabo USB longo, o valor total é de cerca de US $ 49.

Observe que os links aqui são principalmente os preços mais baratos da China! Isso vai levar pelo menos um mês para chegar até você. Se você quiser peças mais rápidas, terá que pagar um pouco mais por fontes mais próximas com remessa mais rápida. Espere o custo total de até cerca de US $ 75.

Etapa 2: Coisas de impressão 3D

Todos os arquivos STL podem ser encontrados em https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, você precisará de todos eles.

Se você não tem uma impressora 3D, existem vários serviços de impressão 3D que você pode usar. Se você deseja uma impressora barata que funcione bem (e não se importe com a montagem), eu recomendo a Anet A8. É um clone do Prusa i3 de $ 150, funcionou bem para mim e tem uma ótima comunidade online.

Caixa e moldura:

Imprima com suporte "em todos os lugares", na altura da camada de 0,1-0,2 MM. Usei um tipo de suporte de "grade", mas as "linhas" podem ser mais fáceis de remover

GoProClip e FacePlate:

Imprimir normalmente, sem suporte, altura da camada de 0,1-0,2 MM

TubingAdapter:

1. Para ser impresso em filamento flexível
2. Altura da camada 0,1
3. Retração OFF
4. Sem suportes

Etapa 3: impressão e recozimento da boquilha

Antes de imprimir todos os bocais extras, é uma boa ideia certificar-se de que eles encolhem corretamente quando recozidos.

Se você quiser ser científico, vá em frente e imprima AnnealingTestr.stl e meça antes e depois do recozimento para descobrir a porcentagem exata que diminuiu / cresceu e em qual eixo. Normalmente, é esperado um encolhimento de cerca de 5% nos eixos X e Y ', e um crescimento de cerca de 2% no eixo Z. Sem Hatchbox preto PLA e forno de convecção, conseguimos cerca de 2% de encolhimento em X e Y, e um crescimento de 1% no eixo Z.

No entanto, como esta peça foi projetada apenas para se encaixar moderadamente bem no joystick, você não precisa ser muito preciso. Usando nossos valores para Hatchbox black PLA, este é o processo de impressão para o bocal:

1. Redimensione X e Y para 103% do tamanho, deixe Z como está (nosso objetivo é um aumento de tamanho de cerca de 2% sobre as dimensões originais, uma vez recozido, para que caiba moderadamente facilmente no joystick)
2. Imprima com uma aba, além de oferecer suporte para "tocar a placa de construção".
3. Preenchimento em 100% (para que a água não entre nele)
4. Velocidade de impressão normal, altura da camada de 0,1 mm
5. (Se você tiver uma cama aquecida, defina-a para 50C)
6. Hotend a 220C.

Não brinquei muito com esses valores, mas foi o que usei na minha impressora (Um clone do Prusa i3, a Anet A8).

Depois de imprimir uma ou duas peças, experimente recozê-las e veja se cabem.

O processo de recozimento:

1. Pré-aqueça o forno, de preferência em uma configuração de convecção (se o seu forno faz isso), em algum lugar perto de 158F ou 70C. Alguns fornos não vão tão baixo, se estiver um pouco desligado, não importa muito.
2. Espere o forno esquentar e depois coloque a (s) peça (s) em algo que impeça que caiam.
3. Defina um cronômetro para uma hora e depois espere. Não abra o forno para verificar, pois o efeito de resfriamento pode atrapalhar o processo de recozimento.
4. Depois de assentar por uma hora, desligue o forno e deixe a peça esfriar no forno. Um termômetro funcionaria bem para isso, mas você não precisa ser superpreciso, apenas espere uma hora ou mais.
5. Assim que estiver basicamente resfriado, retire-o. Agora deve ser mais forte e, mais importante, capaz de resistir à água fervente e à lavagem na máquina de lavar louça.

Etapa 4: Pós-processamento de impressões 3D

Gosto que minhas impressões 3D sejam limpas, mas isso geralmente significa muitos suportes. Se você imprimiu as partes da Estrutura e da Caixa com preenchimento conforme recomendado, terá que fazer uma pequena limpeza! Aqui estão algumas dicas e truques para removê-los.

Como você pode ver, usei uma combinação de chave de fenda, alicate de bico fino e meu canivete para remover os suportes. Escolhi os suportes de "grade" porque funcionam melhor e tendem a sair limpos e inteiros, mas são mais difíceis de remover. Você pode derrubar alguns deles com apenas um golpe rápido da chave de fenda, mas tome cuidado para não quebrar a parte real - pode ser fácil de fazer na parte Frame.

A parte da caixa é impressa com uma grande parede de suporte na parte traseira, que pode ser particularmente difícil de remover. Acho que funciona melhor contornar as bordas com uma pequena lâmina de faca e, em seguida, tentar perfurá-la e puxá-la para o lado. Vai dar um pouco de trabalho, mas a paciência compensa!

Quando terminar, você pode descartar o material de suporte mutilado ou salvá-lo se realmente quiser reutilizá-lo …

Etapa 5: teste o ajuste

Agora que tudo está limpo, devemos testar o encaixe das peças impressas em 3D.

Todos os módulos são montados conforme mostrado e devem se encaixar bem. Caso contrário, tente imprimir Frame.stl com o tamanho de 101-102% e redimensionar Case.stl para caber.

O bocal deve caber com uma pequena força, mas não deve se soltar com muita facilidade. Este é um bom momento para verificar se o tubo de silicone se encaixa no bocal e no adaptador. Descobri que a melhor maneira de encaixar com segurança era inserir a extremidade como você pudesse e, em seguida, girar o tubo enquanto o empurrava para encaixá-lo bem na borda inferior do orifício do adaptador.

Nota: nas fotos, estou usando um módulo de joystick ao qual já soldei os fios- No entanto, o módulo de joystick normal deve caber bem.

Etapa 6: preparar o joystick

Antes de soldar os fios ao joystick, precisaremos nos livrar dos antigos cabeçotes de pinos. Achei que a melhor maneira era cortar o máximo possível, depois aquecer cada pino com um ferro de solda e bater no PCB para que o pino caísse.

Depois de remover os pinos antigos, solde um pedaço de fios (cerca de 20 CM de comprimento) ao módulo do joystick. Isso ajuda a ter cores exclusivas para cada pino, para que você possa identificar facilmente qual fio vai para onde depois.

Etapa 7: Esquemático

Agora que tiramos o design 3D do caminho, é hora de um diagrama esquemático e de fiação!

O circuito é realmente muito simples, sem resistores ou componentes externos envolvidos, apenas os 3 módulos diferentes ligados entre si. Eu forneci um esquema acima e vou examinar o que acontece aqui também:

Quebra do sensor de pressão:

• "A" vai para A0 no Arduino
• "5V" vai para VCC no Arduino
• "GND" vai para um dos pinos GND no arduino

Módulo Joystick:

• "GND" vai para um dos pinos GND no Arduino
• "+ 5V" vai para o pino "RAW" no Arduino
• "VRx" vai para A2 no Arduino
• "VRy" vai para A1 no Arduino
• "SW" vai para D2 no Arduino (tecnicamente, também deve haver um resistor pullup de 10K entre ele e o GND. No entanto, o código atual não o usa e seria mais difícil de usar de qualquer maneira, então …)

Etapa 8: Soldar tudo junto

Agora você está pronto para montar toda a eletrônica!

Certifique-se de ter os módulos montados conforme mostrado! Você deseja que os fios percorram a estrutura e os slots superior ou inferior onde o arduino se conecta. O arduino ficará solto, mas os fios passarão pela estrutura. Dê uma olhada nas fotos, elas mostram o que quero dizer.

Comece descascando e estanhando as pontas de todos os fios do Joystick, se ainda não o fez. Em seguida, com base no esquema e nas imagens, conecte-o da seguinte maneira.

• GND para o GND (pino 23) no Arduino
• + 5V para o pino RAW no Arduino (ao lado do pino GND)
• VRx para A2 no Arduino
• VRy para A1 no Arduino

Deixaremos o pino SW por enquanto, já que ele solda no topo do Arduino.

Passando para o sensor de pressão, primeiro você vai querer identificar quais fios são quais. Supondo que você tenha o quadro voltado para o joystick apontado diretamente para longe de você, a ordem dos fios é a seguinte:

• Fio superior: saída analógica "A" para o pino A0 do Arduino
• Fio do meio: 5V, para o pino Arduino VCC
• Fio inferior: GND, para GND, pino 4, na parte superior.

Neste ponto, você também pode conectar o pino SW do joystick ao pino 2 no Arduino, bem ao lado do pino GND.

Tenha cuidado para não dobrar muito os fios, pois eles se quebram facilmente.

Etapa 9: fazer upload do programa e teste

Antes de colarmos tudo no lugar, vamos ter certeza de que funciona!

Se você não tiver o IDE do Arduino, será necessário baixá-lo do site oficial do Arduino, em Arduino.cc. É grátis, embora eles peçam que você faça uma doação, se desejar.

Depois de baixar e instalar o IDE, baixe o arquivo SupSipNPuff_Final.ino da página do github e abra-o no IDE.

Para fazer o upload para o Arduino, vá em "Ferramentas", "Placa" e selecione "Arduino / Genuino Micro". No mesmo menu, em "Porta", selecione o que estiver disponível, deve ser algo como "COM12 (Arduino / Genuino Micro)". Se ele não aparecer, você terá que esperar enquanto o seu sistema operacional instala os drivers, mas deve fazê-lo automaticamente.

Clique no botão de upload (o botão de seta azul redondo no canto superior esquerdo) ou pressione Ctrl / U (ou equivalente) para fazer o upload do programa. Quando a barra de progresso na parte inferior desaparecer e mostrar "Upload concluído", você está pronto para testar!

Para testar, primeiro reconecte o bocal e o tubo (conecte o tubo à porta superior do sensor, usando o adaptador), segure-o na frente da boca e mova o bocal. Deve mover o mouse na tela. Experimente uma baforada forte ou gole com um clique esquerdo / direito e goles / baforadas suaves para rolar para cima ou para baixo. Você também pode segurar um gole forte ou baforada para manter o "botão do mouse" pressionado. Se você estiver tendo problemas, imagine o bocal como um canudo. Em vez de soprar ou inspirar, você está criando uma pressão com a boca, como faria com um canudo.

Se um ou mais eixos forem revertidos, é uma solução simples:

1. Certifique-se de ter o arquivo SipNPuffMouse aberto no IDE
2. Percorra o programa até encontrar a linha que diz "Mouse.move (reading [0], -reading [1], 0);"
3. O primeiro valor de "leitura [0]" é o movimento X (horizontal), e o segundo "-reading [1]" é o Y (movimento vertical. Dependendo de qual for invertido, adicione ou remova o sinal de menos na frente de a linha "lendo [x]" para inverter o valor.
4. Reenvie o programa e teste-o!

(Observação: outra maneira fácil de encontrar a linha é usar Ctrl / F. Eu uso muito isso quando trabalho com meu código!)

Etapa 10: cola quente

Agora, com seu Sip-n-puff funcionando, é hora de montar o produto final! Você pode se orgulhar de como a fiação parece bonita, mas algumas pessoas preferem que tudo isso seja coberto com um plástico entediante, então nós os atenderemos.

Antes disso, precisamos proteger tudo dentro para que não sejam desfeitos quando as coisas forem conectadas.

1. Coloque uma quantidade generosa de cola quente atrás do Arduino Micro. Estamos colando na barra que separa onde os fios saem na parte superior e inferior.
2. Se puder, deslize o sensor de pressão um pouco para trás, coloque uma gota de cola quente em seu suporte e deslize-o para frente sobre a bolha. Adicione um pouco mais nas laterais para prendê-lo como achar melhor. Os componentes eletrônicos não são danificados pela cola quente, mas tome cuidado para não colocá-los nas portas que saem do sensor de pressão, onde conectamos a tubulação.
3. Adicione uma quantidade generosa de cola quente no topo dos fios que saem do módulo Joystick. Isso provavelmente não é necessário, uma vez que não os moveremos mais, mas é bom no caso de ficarem sujeitos a vibrações extremas …

Agora que todas as peças estão no lugar, deslize a estrutura para dentro da caixa. Você precisará desconectar o tubo primeiro. Agora, centralize o painel frontal sobre o módulo Joystick e adicione cola nos pontos em que ele entra em contato com a moldura (não é o caso, já que você pode querer deslizar para fora mais tarde). Assim que estiver definido, você pode deslizar a moldura de volta para fora e, em seguida, adicionar mais cola quente ao longo das laterais da moldura onde ela entra em contato com o painel frontal, apenas para reforçá-la.

Por último, mas não menos importante: na lateral do gabinete que não tem furo para a tubulação e conector USB, lixe um pouco a superfície para torná-la áspera, na área em que deseja montar a peça de montagem. Faça o mesmo na parte inferior da peça de montagem, unte-a com cola e fixe-a firmemente na caixa. Depois de definido, você pode cortar o excesso com uma pequena faca para dar um aspecto mais profissional. (Haha)

Etapa 11: configuração e uso

Agora que você está pronto para usar o dispositivo, aqui estão algumas dicas de configuração.

O quarto de Allen tem uma TV de tela grande com entrada HDMI que fica na parede do outro lado da cama. Colocamos seu laptop em uma cômoda sob a tela e o conectamos. Se você configurar isso em uma sala, encontre algo com um pouco mais de 15 pés. Achamos que seria o suficiente, mas não teve tanta folga quanto eu gostaria.

Para segurar o dispositivo, compramos este braço na Amazon, por $ 19,50. É um braço flexível de 25 projetado para segurar uma webcam ou GoPro, com uma braçadeira que funciona muito bem para prender em uma mesa ou cama. Ele tem uma montagem estilo GoPro, que projetamos nossa peça de montagem para ser fixada com segurança.

Quando o trouxemos para Allen pela primeira vez, fiquei surpreso com o que realmente precisava ser mudado. Em termos de dispositivos, ele só queria que reduzíssemos um pouco a velocidade do cursor, o que já fiz. No entanto, o que ele realmente queria era um pouco mais de controle de voz para seu computador, para eliminar o máximo possível o uso do teclado na tela. O sip-n-puff pode ser usado em combinação com algumas ferramentas de acessibilidade no computador para maximizar a eficácia. Uma lista de tudo o que fizemos por seu computador está abaixo:

• Configure a Cortana para responder a qualquer momento a "Ei, Cortana".
• Instalou um teclado na tela e adicionou um atalho na área de trabalho.
• Criado um script com AutoHotKey para abrir a ferramenta de ditado do Windows 10 (Win / H).
• Firefox instalado e Adblock e AdBlockPlus. (Infelizmente, a Cortana ainda usa o Edge, mas você obtém o que obtém)
• GUI, ícones e texto dimensionados para 125%
• Instalou um plugin no Firefox para permitir a pesquisa por voz com o clique de um botão (em sites como o Google)
• CCleaner instalado para tentar fazer seu computador funcionar mais rápido (provavelmente não é necessário, mas seu laptop era um modelo barato e ainda é muito lento. Consegui acelerar um pouco).

Eu acho que o que ele vai acabar usando mais é o recurso de pesquisa por voz da Cortana, então talvez a maioria dos recursos do Firefox não sejam usados. Ele já tinha uma página inicial do Google e Alexa, no entanto, então ele deve se acostumar com a Cortana bem rápido.

Outra boa coisa a fazer é imprimir o manual do usuário (encontrado no GitHub, é claro) e deixá-lo com o dispositivo para que qualquer enfermeiro saiba como retirar o bocal e lembrar ao usuário como usá-lo, se precisava.

Mais uma coisa: com todas as fendas e fendas na parte impressa em 3D, ele irá coletar bactérias se não for devidamente cuidado. No manual do usuário, recomendamos fazer bocais extras e lavá-los pelo menos uma vez por semana na máquina de lavar louça, ou esterilizá-los em água fervente. Isso ajudará a mantê-los limpos!

Etapa 12: Concluído

Espero que agora você tenha um mouse Sip-N-Puff pronto e funcional e alguém seja capaz de usar um computador!

Caso contrário, estou sempre aqui para ajudar e adoraria ouvir sobre qualquer problema ou feedback que você tiver.

Segunda foto: Esta é uma versão melhorada do 'Sup que aborda as preocupações com as bactérias. Inclui um filtro de respiração e um bocal de aço inoxidável. O bocal pode ser esterilizado e os filtros de respiração substituídos, para garantir que as bactérias não entrem no dispositivo e não cresçam no bocal.

Procurando comprar um 'Sup?

Não tenho uma loja online, mas fico feliz em montar o 'Sup for you!

Para comprar um 'Sup, você pode entrar em contato comigo em Jacobtimothyfield (a) gmail (ponto com).

Preço: se você esperar de 3 a 4 meses, o custo será em torno de US $ 120, incluindo frete, um cabo USB de 15 pés e um braço de montagem. (A espera é porque eu adquiro peças da China e o envio leva de 1 a 3 meses.)

Primeiro Prêmio no Concurso de Microcontroladores