Extensão sensorial Cat Whisker Vestível (2.0): 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este projeto é uma continuação e reimaginação do "Whisker Sensory Extension Wearable" do meu ex-colega (metaterra).

O objetivo deste projeto foi focar na criação de novas “extensões sensoriais” enriquecidas computacionalmente que permitem a detecção aumentada do mundo natural. Meu maior esforço com este projeto foi dedicado à fabricação e implementação de aumentos sensoriais que estenderão um sentido por meio de sensores e responderão com uma saída tátil para o usuário. A intenção é permitir que qualquer um fabrique suas próprias extensões sensoriais e, assim, mapeie os sentidos intrinsecamente humanos / animais em hardware. Estendendo nossos sentidos com eficácia de maneiras novas e estimulantes que nos levarão a uma melhor compreensão de como nosso cérebro é capaz de se adaptar a novos sentidos externos.

Este material é baseado no trabalho apoiado pela National Science Foundation sob o Grant No. 1736051.

O projeto foi desenvolvido no Lab for Playful Computation and Craft Tech Lab da University of Colorado Boulder.

Se você tiver alguma dúvida, quiser acompanhar meu trabalho ou apenas lançar ideias, faça-o no meu Twitter: @ 4Eyes6Senses.

Com este projeto, eu queria usar a extensão sensorial de bigode anterior e torná-la mais leve, mais econômica e mais fácil de construir. Esta é uma visão geral dos diferentes componentes e suas funções:

- Dois conjuntos de dispositivos de bigodes com sensores flex personalizados (total de 4, 2 por lado) recebem informações táteis (dobrar, flexionar, etc.) de objetos no ambiente imediato do usuário. A informação inicial de tensão / resistência recebida por cada sensor é então convertida em informação de ângulo de curvatura (por exemplo, um ângulo de curvatura de 10 graus). Esta informação do ângulo de curvatura é subsequentemente convertida em saída de modulação de largura de pulso proporcional e enviada aos motores de vibração correspondentes na testa do usuário.

- Cada sensor bigode flex é anexado a um ProtoBoard de 1 e conectado a um Arduino UNO que faz a transdução / conversão.

- Quatro motores de vibração fornecem estímulos táteis para a testa do usuário. Cada motor usado está correlacionado a um bigode, a intensidade do motor de vibração é baseada em um limite que será definido com base no sensor de bigode.

Suprimentos

Tira de poliestireno de 14 "de comprimento, 0,08" de largura e 0,03 "de espessura

4 sensor de curvatura / flex unidirecional Sugru

Plugues JST

Motores de vibração

Tiaras duras

ProtoBoard - Square 1"

Um kit de fio (eu recomendo isolamento de silicone) NOTA: você usará cerca de 2-3 pés de fio para cada conexão

1/16 de acrílico transparente ou papelão de espessura

Tubulação termorretrátil

Unhas líquidas

Resistores de 47k

NITECORE ou outro tipo de tiara

Velcro

Etapa 1: Montagem de Bigode

(Isenção de responsabilidade! Isso foi tirado diretamente do instrutível anterior.)

Levei um tempo para desenvolver um aparelho de sensor de bigode que fosse flexível o suficiente para imitar bigodes reais, mas rígido o suficiente para retornar consistentemente a uma posição reta e não dobrada. Acabei usando um sensor unidirecional de curvatura / flex de 4 "da Flexpoint Sensor Systems (veja a figura 1). Um plugue JST é soldado às pernas do sensor, em seguida, uma tira de poliestireno de 14" de comprimento, 0,08 "de largura e 0,03" de espessura (Eu comprei o meu em uma loja de ferragens local) é colado com cola de silicone ao sensor, termorretrátil é aplicado e uma camada protetora de Sugru é moldada ao redor de toda a base da unidade de bigode. Aqui estão as instruções detalhadas:

- Pegue a extremidade do plugue do conector JST de 3 pinos e remova o fio central (Veja as figuras 2-4)

- Corte os fios do plugue de forma que você tenha cerca de 1,5 cm de fio restante e, em seguida, descasque e solde esses fios aos pinos do sensor (lembrando-se da orientação do plugue / sensor). Usei termoencolhível para fornecer isolamento (ver figuras 5, 6)

- Monte a tira de poliestireno no sensor com algum tipo de adesivo flexível (usei cola de silicone Liquid Nails). Certifique-se de prender a tira ao sensor bem (ver figuras 7, 8)

- Pegue o seu Sugru (usei um único pacote de 5g) e molde-o em torno da base do sensor / tira / plugue certificando-se de envolver todos esses componentes. Além disso, certifique-se de aplicar o Sugru alto o suficiente para fixar totalmente a tira, mas não muito alto a ponto de restringir a facilidade de movimento / curvatura do sensor. Sem pressa. Você terá pelo menos 30-45 minutos até que o Sugru comece a endurecer. Antes de deixar secar, certifique-se de que o plugue se encaixe corretamente no lado do receptáculo do conector JST (consulte as figuras 9-13)

- Por último, colei etiquetas no aparelho de bigode. Lado (E / D) e posição do número (1-4) foram usados (Ver figuras 14, 15)

- Faça mais 3 (ou o número de bigodes que desejar). Certifique-se de criar cada bigode da mesma maneira. Isso ajudará na calibração do sensor posteriormente.

Etapa 2: Conjunto de montagem de bigode

Agora que os sensores flexíveis do bigode estão completos, podemos montá-los na bochecha (figura 1). A Metaterra projetou um braço curvo com um disco para montagem, ele o fez usando Adobe Illustrator e usou acrílico transparente de 1/16 de espessura como material. NOTA: Se um cortador a laser não estiver disponível, você pode tentar fazer as montagens com papelão ou outro material facilmente cortado, basta imprimir o PDF e cortar ao redor do traçado enquanto ele é sobreposto no papelão. Após o corte a laser, faça quatro furos no acrílico e, em seguida, passe os plugues JST pelos furos (figuras 1, 3 e 4) e, em seguida, incorpore os bigodes na parte do disco da montagem usando Sugru. Aqui estão as instruções detalhadas:

- Abra o arquivo vetorial de bigode (PDF). O material utilizado para este instrutível é acrílico transparente de 1/16 e cortado com um cortador a laser.

- Faça quatro furos no suporte da bochecha. Sinta-se à vontade para brincar com o tamanho do buraco e também com a distância para deixar os bigodes tão próximos ou distantes quanto você quiser.

- Passe o plugue JST de 2 pinos pelos orifícios. certifique-se de que os lados com a abertura estão voltados um para o outro.

- Certifique-se de que as portas dos bigodes estão localizadas onde você deseja. Use Sugru e molde os plugues JST no lugar na parte do disco da peça (isso me levou a cerca de quatro pacotes de Sugru). Com o Sugru, você terá cerca de 30 minutos para moldar, então não se apresse e certifique-se de que os bigodes não se sobreponham quando conectados e que os plugues JST estejam orientados onde você deseja. Quando estiver satisfeito com a colocação, deixe o Sugru secar por um dia.

- Consulte as figuras 9 e 10 para esta etapa, observe também que no meu projeto: branco = 3,3 V, preto = GND e vermelho é o pino analógico. Solde as duas extremidades do plug JST em um lado do ProtoBoard 1 'e repita com o outro bigode. Crie um divisor de tensão usando meu design ou altere o layout (você também pode olhar o guia de conexão do sensor flexível do SparkFun).

- Para fixar as bochechas na fita da cabeça, dois parafusos / pernos são usados para prender o braço à fita da cabeça (figura 11).

Etapa 3: Integração do motor de vibração, faixa de cabeça e configuração da bateria

Conectar os motores de vibração é bastante simples, o cabo vermelho se conectará a um pino PWM digital no Arduino e o azul se conectará ao GND. Os motores de vibração são presos a uma faixa de cabeça NITECORE usando velcro, a colocação é baseada no bigode ao qual está amarrado, os motores de vibração externos são amarrados aos bigodes dianteiros e os motores de vibração internos são amarrados aos bigodes traseiros (Figura 6).

- Solde o fio nas extremidades de cada motor de vibração, aplique termoencolhível em cada conexão e, em seguida, aplique termoencolhível no cabo do motor de vibração, bem como nos cabos termoencolhidos recentemente (Figura 2), repita 3 vezes. Cole um disco de velcro (lado do gancho) na parte traseira do motor. Repita 3 vezes.

- Corte uma tira de velcro para que os fios do motor possam ser unidos e velcro na frente da faixa de cabeça NITECORE (ver figura 5). Cole (usei super cola) a tira na parte interna da parte frontal da fita para a cabeça e coloque os motores de velcro na tira na mesma orientação em que colocou as portas dos bigodes na placa da bochecha (Figura 7)

- Use um clipe ou zíper para conectar os cabos do motor de vibração, isso ajudará a proteger os motores de vibração de serem puxados / quebrados (Figura 7).

Etapa 4: microprocessador e conectar tudo a um Arduino

Todos os motores de vibração e bigodes serão conectados a um Arduino UNO. Você precisará de uma placa de prototipagem adicional que permitirá a soldagem de 9 cabos GND e 4 cabos de 3,3 V. Você provavelmente também precisará de um kit de conector dupoint para adicionar pinos e invólucro aos cabos que precisam ser conectados diretamente ao Arduino. Os fios do pino do motor de vibração (cabo vermelho) se conectam aos pinos digitais do Arduino: 3, 9, 10, 11 (esses pinos foram escolhidos porque permitem PWM). Os fios GND do motor de vibração (preto ou branco) serão soldados na placa de prototipagem. Os pinos de bigode (cabo vermelho) se conectarão aos pinos analógicos do Arduino: A0, A1, A2, A3. Os cabos bigode VCC (cabo branco) e cabos de aterramento (preto) serão soldados na placa de prototipagem.

Etapa 5: implemente o código

Ok, agora é hora de fazer o upload do código. Existem algumas coisas que você precisa ajustar antes de estar pronto para bater o mundo.

- Primeiro, use um multímetro para medir a tensão de saída do VCC e a resistência no resistor de 10k. Insira esses valores em seus respectivos pontos no código.

- Em seguida, verifique se todas as outras variáveis estão definidas para as entradas / saídas corretas (por exemplo, mtr, flexADC, etc …).

- Em seguida, conecte seu Arduino e carregue o código.

- Assim que estiver funcionando, você verá no monitor serial que Bend + (número do bigode) será impresso. Agora é hora de calibrar o bigode (cada bigode é único e terá uma resistência de linha de base ligeiramente diferente). Defina a variável STRAIGHT_RESISTANCE para qualquer que seja a resistência da linha de base (ou seja, a posição do bigode não dobrado) está imprimindo. Em seguida, defina a variável BEND_RESISTANCE para STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. No código original, essa variável foi projetada para refletir a saída de resistência do sensor flexível em uma curva de 90 graus. Como nossos bigodes não chegam nem perto de uma dobra total de 90 graus (pelo menos em situações típicas), adicionar 30000,0 ohms à resistência de linha de base funciona perfeitamente. Sinta-se à vontade para definir a resistência à dobra para o que funcionar melhor para sua aplicação. Se você configurou tudo corretamente, verá que, quando o bigode estiver dobrado, um ângulo de dobra de 0 grau (mais ou menos) será impresso. Em seguida, você pode definir os valores limite que irão ativar os motores de vibração com base no ângulo. Depois disso, você está pronto para ir!

Etapa 6: Pronto

Agora você tem um bigode que pode ser usado e está pronto para (sentir) o mundo!

Se você tiver alguma dúvida aprofundada, quiser aprender sobre o aumento humano, quiser acompanhar meu trabalho ou apenas lançar ideias, faça-o no meu Twitter:

@ 4Eyes6Senses

Obrigado!