The 'Sup - en mus för personer med Quadriplegia - Låg kostnad och öppen källkod: 12 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Våren 2017 frågade min bästa väns familj mig om jag ville flyga till Denver och hjälpa dem med ett projekt. De har en vän, Allen, som har quadriplegia till följd av en mountainbike-olycka. Felix (min vän) och jag gjorde några snabba undersökningar och bestämde oss för att bygga Allen a a "Sip-n-puff", kombinerat med en joystick, för att ge honom möjlighet att få tillgång till samma funktioner som en vanlig mus.

En Sip-n-puff är en inmatningsenhet som tar användarinmatning i form av en "Sip" eller en "Puff" (Tänk dig att du smuttar genom ett sugrör eller blåser bubblor i din drink). Här kombinerar vi det med en joystick för att göra det möjligt för användaren att flytta markören på skärmen, och Sip-n-puff används för funktioner som att klicka och rulla.

Sip-n-puff-enheter är inget nytt, och joystick/sip-n-puff-kombinationer är inte heller ovanliga. Men att köpa en sådan enhet kostar dig runt $ 500 till $ 1500! För Allen, som inte har någon inkomstkälla, är det ett omöjligt pris. Men själva enheten är faktiskt väldigt enkel- I den här artikeln ska jag visa dig hur du bygger en för knappt $ 50!

Alla mönster och koder är öppen källkod, vilket innebär att du kan bygga en utan att betala mig eller Felix en krona! Om du bara vill ha den färdiga enheten utan arbete, gör jag gärna en åt dig. Detaljer finns i slutet av instruktionsboken.

Slutligen, eftersom detta är öppen källkod, kan du hitta alla designfiler och kod på GitHub:

Vill du köpa 'Sup? Du hittar information i slutet av denna instruktionsbok.

Uppdatering: Tack till alla som röstade på det här projektet! Jag är supernöjd över att ha vunnit min första tävlingsinstruktion, och jag har använt Amazon-presentkortet på ett bra sätt- Verktygen jag har köpt ska göra det möjligt för mig att få innehåll av högre kvalitet i större mängder.

En annan sak: Jag blev positivt överraskad av att se två artiklar online som nämner detta projekt! Ett stort tack till Hackaday och Open-electronics.org för att de ansåg den vara värdig. Du hittar båda nedan:

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/

SUP nämndes också nyligen i New Mobility Magazine. Du hittar den artikeln här:

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

Tack och tack:

Jag är ett stort tack till min vän Felix och hans familj för att jag flög ut till Denver (där Allen bor) och betalade för allt utom 3D -skrivaren. Det hjälpte verkligen att komma igång med utvecklingen och göra 'SUP på kort tid!

Ytterligare kredit går också till Felix för det mesta av 3D -designen.

Slutligen tackar Allen för att han var någon vi kunde hjälpa, som var villig att låta oss invadera och fråga honom hur han gillade vår kullerstensprototyp.

Steg 1: Verktyg, delar och material

Här är allt du behöver för att bygga enheten. Innan du beställer allt, läs igenom resten av artikeln för att se till att du är bekväm med den färdighetsuppsättning du behöver för att montera den!

Delar:

• Arduino Pro Micro (Specifikt en Pro Micro, med en USB -kontakt och ATmega32u4)
• MPXV7002DP trycksensor m/utbrottskort
• Joystick -modul
• Livsmedelsrör av kisel, 1/8 ID med 1/4 OD, ca 6"
• 3D -tryckta delar, <= 72 gram värde
• Ledningar (jag använde DuPont hona-hon-trådar och klippte sedan av ändarna)

Verktyg:

• Lödkolv (detta 30w -strykjärn på Amazon fungerar utmärkt)
• Het limpistol (hög temperatur)
• 3D -skrivare (Eller skriv ut saker via en 3D -utskriftstjänst)
• Övrigt verktyg som tång, plattskruvmejsel, sandpapper, vass liten kniv med tunt blad, trådklippare

Material:

• Normal PLA -filament (jag använde Hatchbox black PLA)
• Flexibelt glödtråd som TPU eller NinjaFlex (Min skrivare levererades med en liten rulle grön TPU. Alternativt kan du modifiera munstycksdelen för att acceptera en rör med mindre diameter och sedan få 2,5 mm ID -slang för att passa sensorn)

Den totala kostnaden för delar är cirka $ 22, inklusive 3D -skrivarens filament. När du väl har lagt till den flexibla armen och den långa USB -kabeln uppgår den till cirka $ 49.

Observera att länkarna här mestadels är det billigaste priset från Kina! Det tar minst en månad att komma till dig. Om du vill ha delar snabbare måste du betala lite mer för närmare källor med snabbare leverans. Förvänta dig den totala kostnaden upp till cirka $ 75.

Steg 2: 3D -utskriftssaker

Alla STL -filer finns på https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, du behöver dem alla.

Om du inte har en 3D -skrivare finns det många 3D -utskriftstjänster som du kan använda. Om du vill skaffa en billig skrivare som fungerar bra (och inte har något emot montering), rekommenderar jag Anet A8. Det är en Prusa i3 -klon på $ 150, har fungerat bra för mig, och det har ett fantastiskt onlinegemenskap.

Fodral och ram:

Skriv ut med stöd "överallt", på 0,1-0,2MM lagerhöjd. Jag använde en "grid" -stödstyp, men "linjer" kan vara lättare att ta bort

GoProClip och FacePlate:

Skriv ut som vanligt, inga stöd, 0,1-0,2MM lagerhöjd

Slangadapter:

1. Trycks i flexibelt filament
2. Lagerhöjd 0,1
3. Tillbakadragning AV
4. Inga stöd

Steg 3: Skriva ut och glödja munstycket

Innan du går och skriver ut alla dina extra munstycken är det en bra idé att se till att de krymper korrekt när de glödgas.

Om du vill vara vetenskaplig kan du skriva ut AnnealingTestr.stl och mäta den före och efter glödgningen för att ta reda på den exakta procentsatsen den krympt/växte och i vilken axel. Vanligtvis förväntas ungefär 5% krympning i X- och Y -axeln ', och cirka 2% tillväxt i Z -axeln. Utan Hatchbox svart PLA och konvektionsugn klarade vi cirka 2% krympning på X och Y, och en tillväxt på 1% på Z -axeln.

Men eftersom det här stycket egentligen bara är utformat för att passa måttligt bra på joysticken, behöver du inte vara särskilt exakt. Med hjälp av våra värden för Hatchbox black PLA, här är utskriftsprocessen för munstycket:

1. Ändra storlek X och Y till 103% storlek, låt Z vara som den är (vi strävar efter cirka 2% ökning i förhållande till de ursprungliga måtten, en gång glödgad, så att den passar måttligt lätt på joysticken)
2. Skriv ut med en kant, plus stöd för "berörande byggplatta".
3. Fyll på 100% (så att vatten inte tränger in i det)
4. Normal utskriftshastighet, 0,1 mm lagerhöjd
5. (Om du har en uppvärmd säng, ställ den på 50C)
6. Hotend vid 220C.

Jag har inte lekt mycket med dessa värden, men det är vad jag använde för min skrivare (En Prusa i3 -klon, Anet A8).

När du har skrivit ut ett eller två stycken, försök att glöda dem och se om de passar.

Glödgningsprocessen:

1. Förvärm ugnen, helst på en konvektionsinställning (om din ugn gör det), till någonstans nära 158F, eller 70C. Vissa ugnar går inte så lågt, om det släcks lite spelar det inte så stor roll.
2. Vänta tills ugnen värms upp, lägg sedan in dina bitar på något som hindrar dem från att falla igenom.
3. Ställ in en timer i en timme och lämna den. Öppna inte ugnen för att kontrollera den, eftersom kylningseffekten kan röra med glödgningsprocessen.
4. När den satt där inne i en timme stänger du av ugnen och lämnar biten där för att svalna med ugnen. En termometer skulle fungera bra för detta, men du behöver inte vara superprecis, bara vänta en timme eller så.
5. När det i princip har svalnat, ta ut det. Det ska nu vara starkare, och ännu viktigare, tål kokande vatten och en tvätt i diskmaskinen.

Steg 4: Efterbehandling 3D-utskrifter

Jag gillar att mina 3D -utskrifter är rena, men det betyder ofta massor av stöd. Om du har skrivit ut ram- och fodraldelarna med utfyllnad enligt rekommendation har du lite rengöring att göra! Här är några tips och tricks för att ta bort dem.

Som du kan se använde jag en kombination av en skruvmejsel, nåltång och min fickkniv för att ta bort stöden. Jag valde "grid" -stöd eftersom de fungerar bättre och tenderar att komma ut rena och i ett stycke, men de är svårare att ta bort. Du kan slå ut några av dem med bara ett snabbt slag från skruvmejseln, men var försiktig så att du inte bryter den faktiska delen- Det kan vara enkelt att göra på ramdelen.

Case -delen skriver ut med en stor stödvägg i ryggen, vilket kan vara särskilt svårt att ta bort. Jag tycker att det fungerar bäst att gå runt kanterna med ett litet knivblad och sedan försöka punktera det och dra ut det i sidled. Det kommer att krävas lite arbete, men tålamodet lönar sig!

När du är klar kan du kasta bort det förlorade stödmaterialet eller spara det om du verkligen är ute efter återanvändning …

Steg 5: Testa passform

Nu när allt är städat bör vi testa att passa de 3D -tryckta delarna.

Modulerna monteras alla som visas och ska passa ganska tätt. Om de inte gör det kan du prova att skriva ut Frame.stl med 101-102% storlek och ändra storlek på Case.stl så att det passar.

Munstycket ska kunna passa på med en liten mängd kraft, men inte lossna för lätt. Detta är en bra tid att se till att kiselslangen passar på munstycket och i adaptern. Jag hittade det bästa sättet att passa in säkert genom att få in änden hur du än kan, vrid sedan slangen medan du trycker in den för att få den att sitta bra på den nedre kanten av hålet i adaptern.

Obs: På bilderna använder jag en joystickmodul som jag redan har lödt trådar till- Men den vanliga joystickmodulen ska passa bra.

Steg 6: Förbered styrspaken

Innan vi kan löda trådar till joysticken måste vi bli av med de gamla stifthuvudena. Jag tyckte att det bästa sättet var att klippa av så mycket som möjligt, sedan värma upp varje stift med ett lödkolv och knacka på kretskortet för att få tappen att falla ut.

När du har tagit bort de gamla stiften, löd en längd ledningar (cirka 20 cm lång) till joystickmodulen. Det hjälper att ha unika färger för varje stift, så att du enkelt kan identifiera vilken tråd som går vart senare.

Steg 7: Schematisk

Nu när vi har 3D -designen ur vägen, dags för ett schematiskt och kopplingsschema!

Kretsen är faktiskt väldigt enkel, utan motstånd eller externa komponenter inblandade, bara de tre olika modulerna är anslutna till varandra. Jag har tillhandahållit en schematisk ovan, och jag kommer att gå igenom vad som går där också:

Brytning av trycksensor:

• "A" går till A0 på Arduino
• "5V" går till VCC på Arduino
• "GND" går till en av GND -stiften på arduinoen

Joystick -modul:

• "GND" går till en av GND -stiften på Arduino
• "+5V" går till "RAW" -nålen på Arduino
• "VRx" går till A2 på Arduino
• "VRy" går till A1 på Arduino
• "SW" går till D2 på Arduino (tekniskt sett borde det också finnas ett 10K pullup -motstånd mellan det och GND. Den nuvarande koden använder den dock inte, och det skulle vara svårare att använda ändå, så …)

Steg 8: Löd allt tillsammans

Nu är du redo att montera all elektronik!

Se till att ha modulerna monterade enligt bilden! Du vill att trådarna löper genom ramen och genom de övre eller nedre facken där arduino fäster. Arduino kommer att vara lös, men trådarna kommer att gå genom ramen. Ta en titt på bilderna, de visar vad jag menar.

Börja med att ta bort och tända ändarna på alla trådar från joysticken, om du inte redan har gjort det. Sedan, baserat på schemat och bilderna, koppla upp det enligt följande.

• GND till GND (stift 23) på Arduino
• +5V till RAW -stiftet på Arduino (precis bredvid GND -stiftet)
• VRx till A2 på Arduino
• VRy till A1 på Arduino

Vi kommer att lämna SW -stiftet för tillfället, eftersom det lider till toppen av Arduino.

När du går vidare till trycksensorn vill du först identifiera vilka ledningar som är vilka. Förutsatt att du har ramen vänd med joysticken pekad direkt från dig, är trådordningen följande:

• Övre tråd: Analog ut "A", till Arduino -stift A0
• Mellankabel: 5V, till Arduino pin VCC
• Undertråd: GND, till GND, stift 4, upptill.

Vid denna tidpunkt kan du också leda upp SW -stiftet från joysticken till stift 2 på Arduino, bredvid GND -stiftet.

Var försiktig så att du inte böjer ledningarna för mycket, eftersom de lätt går sönder.

Steg 9: Ladda upp program och testa

Innan vi limmar allt på plats, låt oss se till att det fungerar!

Om du inte har Arduino IDE måste du ladda ner den från den officiella Arduino -webbplatsen, på Arduino.cc. Det är gratis, men de kommer att uppmana dig att donera om du vill.

När du har laddat ner och installerat IDE, ladda ner filen SupSipNPuff_Final.ino från github -sidan och öppna den sedan i IDE.

För att ladda upp den till Arduino, gå under "Verktyg", "Board" och välj "Arduino/Genuino Micro". Under samma meny, under "Port", välj det som är tillgängligt, det ska se ut ungefär "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Om det inte visas kan du behöva vänta medan operativsystemet installerar drivrutiner, men det bör göra det automatiskt.

Klicka på uppladdningsknappen (den runda blå pilknappen längst upp till vänster) eller tryck på Ctrl/U (eller motsvarande) för att ladda upp programmet. När förloppsindikatorn längst ner försvinner och det står "Klart att ladda upp" är du redo att testa!

För att testa, fäst först igen munstycket och slangen (Fäst slangen på sensorns översta port med hjälp av adapterstycket), håll det sedan framför munnen och flytta runt munstycket. Den ska flytta musen på skärmen. Prova en hård puff eller nypa till vänster/högerklicka, och mjuka klunkar/puffar för att rulla upp eller ner. Du kan också hålla en hård klunk eller puff för att hålla "musknappen" intryckt. Om du har problem, föreställ dig munstycket som ett sugrör. Istället för att blåsa eller andas in genom det skapar du ett tryck med munnen, som du skulle göra med ett sugrör.

Om en eller flera av axlarna är omvända är det en enkel fix:

1. Se till att du har SipNPuffMouse -filen öppen i IDE
2. Bläddra igenom programmet tills du hittar raden som säger "Mouse.move (läser [0], -läsning [1], 0);"
3. Det första värdet "avläsning [0]" är X (horisontell) rörelse, och det andra "-läsningen [1]" är Y (vertikal rörelse. Beroende på vilket som vänds, lägg till eller ta bort minustecknet framför raden "läsning [x]" för att vända värdet.
4. Ladda upp programmet igen och testa det!

(Obs! Ett annat enkelt sätt att hitta raden är att använda Ctrl/F. Jag använder det mycket när jag arbetar med min kod!)

Steg 10: Hot Lim

Nu, när din Sip-n-puff fungerar, är det dags att montera den slutliga produkten! Du kanske är stolt över hur snygg kablarna ser ut, men vissa människor föredrar att allt täcks av tråkig plast, så vi tvingar dem.

Innan dess måste vi säkra allt inuti så att de inte kommer att ångras när saker är inkopplade.

1. Lägg en generös mängd varmt lim bakom Arduino Micro. Vi limmar det på stången som separerar där trådarna kommer ut på toppen och botten.
2. Om du kan, skjut tillbaka trycksensorn lite, lägg en klick varmt lim i fästet och skjut den framåt över klumpen. Lägg till lite mer på sidorna för att säkra det som du tycker passar. Elektronik skadas inte av hett lim, men var försiktig så att du inte får in den i portarna som kommer ut ur trycksensorn, där vi ansluter slangen.
3. Lägg en generös mängd varmt lim ovanpå trådarna som kommer ut ur joystickmodulen. Detta är förmodligen inte nödvändigt, eftersom vi inte kommer att flytta runt dem längre, men det är bra om det någonsin utsätts för extrem vibration …

Nu när alla delar är på plats, skjut in ramen i fodralet. Du måste lossa slangen först. Centrera nu frontplattan över joystickmodulen och lägg sedan till lim på de punkter där den kommer i kontakt med ramen (inte fallet, eftersom du kanske vill skjuta ut den senare). När det är klart kan du skjuta ut ramen igen och sedan lägga till mer varmt lim längs sidorna av ramen där den kommer i kontakt med frontplattan, bara för att förstärka den igen.

Slutligen, men inte minst: På sidan av fodralet som inte har hålet för slangen och USB -kontakten, slipa ytan lite för att grova den, i det område du vill montera monteringsstycket. Gör detsamma på botten av fäststycket, smörj sedan med lim och fäst det ordentligt på fodralet. När det är klart kan du klippa bort överskottet med en liten kniv för att ge det ett mer professionellt utseende. (Haha)

Steg 11: Installation och användning

Nu när du är redo att använda enheten, här är några tips för installation.

Allens rum har en storbilds -TV med en HDMI -ingång som sitter på väggen tvärs över hans rum från sin säng. Vi satte upp hans bärbara dator på en byrå under skärmen och kopplade ihop den. Om du ställer in detta i ett rum, hitta något lite längre än 15ft. Vi trodde att det skulle räcka, men det hade inte så mycket slapphet som jag skulle ha velat.

För att hålla enheten köpte vi den här armen på Amazon för 19,50 dollar. Det är en 25 flexibel arm utformad för att hålla en webbkamera eller GoPro, med en klämma som fungerar utmärkt för att klämma fast på en bordsskiva eller säng. Den har en GoPro -stilfäste på den, som vi utformade vår monteringsdel för att montera säkert.

När vi först förde det till Allen blev jag förvånad över vad som faktiskt behövde förändras. Enhetsmässigt ville han bara att vi skulle sänka markören lite, vilket jag sedan har gjort. Men vad han verkligen ville var lite mer röststyrning för sin dator, för att eliminera användningen av tangentbordet på skärmen så mycket som möjligt. Sip-n-puffen kan användas i kombination med några tillgänglighetsverktyg på datorn för att maximera effektiviteten. En lista över allt vi gjorde för hans dator är nedan:

• Ställ in Cortana för att svara när som helst på "Hey Cortana".
• Installerade ett tangentbord på skärmen och lade till en genväg på skrivbordet.
• Skapade ett manus med AutoHotKey för att öppna fönsterets 10 dikteringsverktyg (Win/H).
• Installerade Firefox och både Adblock och AdBlockPlus. (Cortana använder fortfarande Edge, tyvärr, men du får vad du får)
• Skalat GUI och ikoner och text till 125%
• Installerade ett plugin i Firefox för att aktivera röstsökning med ett klick på en knapp (på webbplatser som Google)
• Installerade CCleaner för att försöka få sin dator att köra snabbare (Förmodligen inte nödvändigt, men hans bärbara dator var en budget lågmodell, och är fortfarande ganska långsam. Jag lyckades snabba upp den lite.)

Jag tror att det han kommer att använda mest är Cortanas röstsökningsfunktion, så kanske de flesta av Firefox -funktionerna kommer att bli oanvända. Han hade dock redan ett Google -hem och Alexa, så han borde vänja sig vid Cortana ganska snabbt.

En annan bra sak att göra är att skriva ut användarhandboken (finns på GitHub, förstås) och lämna den med enheten så att alla sjuksköterskor kan veta hur man tar loss munstycket och påminna användaren om hur man använder det, om behövs.

En sak till: Med alla sprickor och vrår i den 3D -tryckta delen samlar den bakterier om den inte sköts ordentligt. I bruksanvisningen rekommenderar vi att du gör extra munstycken och tvättar dem minst en gång i veckan i diskmaskin, eller steriliserar dem i kokande vatten. Detta hjälper till att hålla dem rena!

Steg 12: Avslutad

Förhoppningsvis har du nu en färdig, fungerande Sip-N-Puff-mus, och någon kan använda en dator!

Om inte, är jag alltid här för att hjälpa och vill gärna höra om eventuella problem eller feedback du har.

Andra bilden: Detta är en förbättrad version av 'Sup' som behandlar problem med bakterier. Den innehåller ett andningsfilter och ett munstycke i rostfritt stål. Munstycket kan steriliseras och andningsfiltren bytas ut för att säkerställa att bakterier inte kan komma in i enheten och inte växer på munstycket.

Vill du köpa en 'Sup'?

Jag har ingen webbutik, men jag monterar gärna den förbättrade 'Sup för dig!

För att köpa en 'Sup' kan du kontakta mig på Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Pris: Om du har det bra med att vänta 3-4 månader kommer kostnaden att ligga på cirka $ 120, inklusive frakt, en 15ft USB-kabel och en monteringsarm. (Väntan beror på att jag köper delar från Kina och frakten tar 1-3 månader.)

Första pris i Microcontroller Contest