Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0): 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Detta projekt är en fortsättning och återuppfattning av min tidigare kollegas (metaterra) "Whisker Sensory Extension Wearable".

Syftet med detta projekt var att fokusera på skapandet av nya, beräkningsmässigt berikade "sensoriska förlängningar" som möjliggör förstärkt avkänning av den naturliga världen. Min stora insats med detta projekt ägnades åt tillverkning och implementering av sensoriska förstärkningar som kommer att förlänga en känsla genom sensorer och svara med en taktil utmatning för användaren. Avsikten är att göra det möjligt för vem som helst att tillverka sina egna sensoriska förlängningar och på så sätt kartlägga mänskliga/djurliga sinnen på hårdvara. Effektivt utvidga våra sinnen på nya och spännande sätt som kommer att leda till en bättre förståelse för hur vår hjärna kan anpassa sig till nya yttre sinnen.

Detta material är baserat på arbete som stöds av National Science Foundation under bidrag nr 1736051.

Projektet utvecklades i Lab for Playful Computation and Craft Tech Lab vid University of Colorado Boulder.

Om du har några frågor, vill hänga med i mitt arbete eller bara slänga idéer, vänligen gör det på min Twitter: @4Eyes6Senses.

Med det här projektet ville jag ta den tidigare whisker sensoriska förlängningen bärbar och göra den lättare, mer kostnadseffektiv och lättare att konstruera. Här är en översikt över de olika komponenterna och deras funktioner:

- Två uppsättningar specialbyggda flexsensorhårenheter (totalt 4, 2 per sida) tar emot taktil information (böjning, flex, etc.) från föremål i användarens närmiljö. Den initiala spännings-/motståndsinformationen som mottas av varje sensor omvandlas sedan till böjningsvinkelinformation (t.ex. en böjningsvinkel på 10 grader). Denna böjvinkelinformation omvandlas därefter till proportionell pulsbreddsmoduleringsutgång och skickas till motsvarande vibrationsmotorer på användarens panna.

- Varje whisker flex -sensor är ansluten till en 1 ProtoBoard och ansluten till en Arduino UNO som gör transducering/konvertering.

- Fyra vibrationsmotorer ger taktila stimuli till användarens panna. Varje motor som används korrelerar till en morrhår, vibrationsmotorns intensitet är baserad på en tröskel som kommer att ställas in baserat på morrhårssensorn.

Tillbehör

14 "lång, 0,08" bred, 0,03 "tjock polystyrenlist

4 enkelriktad böj/flex -sensorSugru

JST -kontakter

Vibrationsmotorer

Hårda pannband

ProtoBoard - Fyrkant 1"

Ett trådkit (jag rekommenderar silikonisolering) OBS: du kommer att använda cirka 2-3 fot tråd för varje anslutning

1/16 tjock klar akryl eller kartong

Krympslang

Flytande naglar

47k motstånd

NITECORE eller annan typ av pannband

Kardborre

Steg 1: Whisker Assembly

(Ansvarsfriskrivning! Detta är hämtat direkt från den tidigare instruerbara.)

Det tog mig ett tag att utveckla en morrhårssensorapparat som var tillräckligt flexibel för att efterlikna riktiga morrhår men ändå stel nog för att konsekvent återgå till en rak, oböjd position. Jag slutade med att använda en 4 "enkelriktad böj-/flex -sensor från Flexpoint Sensor Systems (se figur 1). En JST -kontakt är lödd på sensorns ben, sedan en 14" lång, 0,08 "bred, 0,03" tjock polystyrenlist (Jag köpte min på en lokal järnaffär) är silikonlimad vid sensorn, värmekrympning appliceras och en skyddande beläggning av Sugru formas runt hela basen av morrhårenheten. Här är de detaljerade instruktionerna:

-Ta kontaktänden på den 3-poliga JST-kontakten och ta bort mittkabeln (se figur 2-4)

- Klipp pluggkablarna så att du har ~ 1,5 cm tråd kvar, ta sedan bort och löd dessa ledningar till sensorstiften (kom ihåg pluggen/sensorriktningen). Jag använde värmekrympning för att ge isolering (se figur 5, 6)

- Montera polystyrenremsan på sensorn med något slags flexibelt lim (jag använde Liquid Nails silikonlim). Se till att fäst remsan på sensorbrunnen (se figur 7, 8)

- Ta din Sugru (jag använde en enda 5g förpackning) och forma den runt basen av sensorn/remsan/kontakten och se till att hölja alla dessa komponenter. Se också till att applicera Sugru tillräckligt högt för att säkra remsan helt, men inte för högt för att begränsa sensorns rörelse/böjning. Ta din tid. Du har minst 30-45 minuter tills Sugru börjar härda. Innan du låter torka, se till att kontakten sitter ordentligt i behållarsidan på JST-kontakten (se figur 9-13)

- Slutligen klistrade jag på etiketter på morrhårsapparaten. Sida (L/R) och nummerposition (1-4) användes (se figur 14, 15)

- Gör 3 till (eller vilket antal morrhår som du önskar). Var noga med att skapa varje morrhår på samma sätt. Detta hjälper till med sensorkalibrering senare.

Steg 2: Whisker Mount Assembly

Nu när whisker flex -sensorerna är färdiga kan vi nu montera dem på kindstycket (figur 1). Metaterra konstruerade en krökt arm med en skiva för montering, han gjorde det med Adobe Illustrator och använde 1/16 tjock klar akryl som material. OBS: Om en laserskärare inte är lätt tillgänglig kan du försöka göra fästena av kartong eller annat lättklippt material, bara skriva ut PDF -filen och klippa runt spårningen medan den är överlagrad på kartong. Efter laserskärning borra fyra hål i akrylen och väva sedan JST -pluggarna genom hålen (figur 1, 3 och 4), bädda sedan in morrhåren i skivdelen av fästet med Sugru. Här är de detaljerade instruktionerna:

- Öppna whisker arm -vektorfilen (PDF). Materialet som används för denna instruerbara är 1/16 klar akryl och skärs med en laserskärare.

- Borra fyra hål i kindfästet. Lek gärna med hålstorleken och avståndet för att göra morrhåren så nära eller långt borta som du vill.

- Vev den 2-poliga JST-kontakten genom hålen. Se till att sidorna med öppningen är vända bort från varandra.

- Se till att dina whiskers -portar är placerade där du vill att de ska vara. Använd Sugru och forma JST -pluggarna på plats på bitens skivdel (detta tog mig runt fyra Sugru -paket). Med Sugru har du cirka 30 minuters formtid, så ta dig tid och se till att morrhåren inte överlappar varandra när de är inkopplade och att JST -pluggarna är riktade dit du vill ha dem. När du är nöjd med placeringen, låt Sugru torka i en dag.

- Referensfigur 9 och 10 för detta steg, notera också att på min design: vit = 3,3V, svart = GND och rött är den analoga stiftet. Löd de två ändarna av JST -kontakten på ena sidan av 1 'ProtoBoard, upprepa sedan med den andra morrhåren. Skapa en spänningsdelare med min design eller ändra layouten (du kan också titta på SparkFuns flexsensoruppkopplingsguide).

- För att fästa kindbitarna på pannbandet används två skruvar/bultar för att fästa armen på huvudbandet (bild 11).

Steg 3: Integration av vibrationsmotorer, huvudband och batteriinställning

Att ansluta vibrationsmotorerna är ganska rakt fram, den röda kabeln ansluts till en digital PWM -stift på Arduino och den blå ansluter till GND. Vibrationsmotorerna är fästa på ett NITECORE -pannband med kardborreband, placeringen är baserad på morrhåren den är bunden till, de yttre vibrationsmotorerna är bundna till de främre morrhåren och de inre vibrationsmotorerna är knutna till de bakre morrhåren (figur 6).

- Lödtråd till varje vibrationsmotors ändar, applicera värmekrympning på varje anslutning, applicera sedan värmekrympning på vibrationsmotorkabeln såväl som de nykrympade kablarna (figur 2), upprepa 3 gånger. Fäst en kardborreplatta (kroksida) på baksidan av motorn. Upprepa 3 gånger.

- Klipp en kardbandsremsa så att samlingen av motortrådar kan bindas ihop och kardborras till framsidan av NITECORE -pannbandet (se figur 5). Fäst (jag använde superlim) remsan på huvudbandets insida och kardborre motorerna på remsan i samma riktning som du placerade morrhålsportarna på kindplattan (Figur 7)

- Använd en klämma eller dragkedja för att ansluta vibrationsmotorns sladdar, detta hjälper till att skydda vibrationsmotorerna från att dras/brytas (Figur 7).

Steg 4: Mikroprocessor och ansluta allt till en Arduino

Alla vibrationsmotorer och morrhår kommer att anslutas till en Arduino UNO. Du behöver en ytterligare prototypkort som gör att du kan löda 9 GND -kablar och 4 3,3V -kablar. Du kommer sannolikt också att behöva ett dupoint -anslutningssats för att lägga till stift och hus till kablarna som måste anslutas direkt till Arduino. Vibrationsmotorns stifttrådar (röd kabel) ansluts till Arduino digitala stift: 3, 9, 10, 11 (Dessa stift valdes eftersom de tillåter PWM). Vibrationsmotorns GND -trådar (svarta eller vita) löds på prototyperna. Vispstiften (röd kabel) ansluts till Arduino analoga stiften: A0, A1, A2, A3. Whisker VCC -kablarna (vit kabel) och jordkablarna (svarta) löds på prototypkortet.

Steg 5: Implementera koden

Ok, nu är det dags att ladda upp koden. Det finns några saker som du behöver justera innan du är redo att vispa världen.

- Använd först en multimeter för att mäta både VCC -utspänningen och motståndet över 10k -motståndet. Mata in dessa värden i respektive plats i koden.

- Kontrollera sedan att alla andra variabler är inställda på rätt ingångar/utgångar (t.ex. mtr, flexADC, etc. …).

- Anslut sedan din Arduino och ladda upp koden.

- När du väl är igång ser du på seriemonitorn att Bend + (whisker -nummer) kommer att skrivas ut. Nu är det dags att kalibrera morrhåren (varje morrhår är unik och kommer att ha en något annorlunda baslinjeresistans). Ställ in STRAIGHT_RESISTANCE -variabeln till vad baslinjeresistansen (dvs. oböjlig whisker -position) skrivs ut som. Ställ sedan in variabeln BEND_RESISTANCE på STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. I den ursprungliga koden var denna variabel avsedd att reflektera flexsensormotståndets utgång vid en böjning av 90 grader. Eftersom våra morrhår inte kommer någonstans nära en full 90-graders böjning (åtminstone i vanliga situationer) fungerar det bra att lägga till 30000,0 ohm till baslinjeresistansen. Ställ gärna böjmotståndet till det som fungerar bäst för din applikation. Om du har ställt in allt på rätt sätt ser du att när borrhåren är böjd kommer en böjningsvinkel på 0 grader (mer eller mindre) att skrivas ut. Sedan kan du ställa in tröskelvärdena som ska aktivera vibrationsmotorerna baserat på vinkeln. Efter detta är du bra att gå!

Steg 6: Klar

Du har nu en whisker -bärbar och är redo att (känna) ine i världen!

Om du har några fördjupade frågor, vill lära dig om mänsklig förstärkning, vill hänga med i mitt arbete eller bara slänga med idéer, gör det på min Twitter:

Tack!