Tiện ích mở rộng giác quan cho mèo Whisker có thể đeo (2.0): 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Dự án này là sự tiếp nối và tưởng tượng lại "Thiết bị mở rộng cảm giác Whisker" của đồng nghiệp cũ (metaterra) của tôi.

Mục đích của dự án này là tập trung vào việc tạo ra các "phần mở rộng giác quan" mới lạ, được làm giàu về mặt tính toán cho phép tăng cường cảm nhận về thế giới tự nhiên. Nỗ lực chính của tôi với dự án này là dành cho việc chế tạo và thực hiện các biện pháp tăng cường cảm giác sẽ mở rộng cảm giác thông qua các cảm biến và phản hồi bằng đầu ra xúc giác cho người dùng. Mục đích là cho phép mọi người tạo ra các phần mở rộng giác quan của riêng họ và do đó ánh xạ các giác quan nội tại của con người / động vật vào phần cứng. Mở rộng hiệu quả các giác quan của chúng ta theo những cách mới và thú vị sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách bộ não của chúng ta có thể thích ứng với các giác quan mới bên ngoài.

Tài liệu này dựa trên công trình được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia theo Khoản tài trợ số 1736051.

Dự án được phát triển trong Phòng thí nghiệm về tính toán vui nhộn và Phòng thí nghiệm về công nghệ thủ công tại Đại học Colorado Boulder.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, muốn cập nhật công việc của tôi hoặc chỉ đưa ra các ý tưởng, hãy làm như vậy trên Twitter của tôi: @ 4Eyes6Senses.

Với dự án này, tôi muốn sử dụng thiết bị mở rộng cảm giác râu trước đây có thể đeo được và làm cho nó nhẹ hơn, tiết kiệm chi phí hơn cũng như dễ xây dựng hơn. Dưới đây là tổng quan về các thành phần khác nhau và chức năng của chúng:

- Hai bộ thiết bị đánh trứng cảm biến uốn cong tùy chỉnh được xây dựng (tổng cộng 4, 2 mỗi bên) nhận thông tin xúc giác (uốn cong, uốn cong, v.v.) từ các đối tượng trong môi trường ngay lập tức của người dùng. Thông tin điện áp / điện trở ban đầu mà mỗi cảm biến nhận được sau đó được chuyển đổi thành thông tin về góc uốn cong (ví dụ: góc uốn cong 10 độ). Thông tin về góc uốn cong này sau đó được chuyển đổi thành đầu ra điều chế độ rộng xung tỷ lệ và được gửi đến các động cơ rung tương ứng trên trán của người dùng.

- Mỗi cảm biến flex râu được gắn với ProtoBoard 1 và được kết nối với Arduino UNO thực hiện việc chuyển đổi / chuyển đổi.

- Bốn động cơ rung cung cấp các kích thích xúc giác đến trán của người dùng. Mỗi động cơ được sử dụng tương quan với một máy đánh trứng, cường độ rung của động cơ dựa trên ngưỡng sẽ được thiết lập dựa trên cảm biến máy đánh trứng.

Quân nhu

Dải polystyrene dày 14 "dài, 0,08", dày 0,03"

Cảm biến uốn cong / uốn cong một chiều 4"

Phích cắm JST

Động cơ rung

Băng đô cứng

ProtoBoard - Hình vuông 1"

Một bộ dây (tôi khuyên dùng cách điện silicone) LƯU Ý: bạn sẽ sử dụng khoảng 2-3 feet dây cho mỗi kết nối

Acrylic hoặc bìa cứng dày 1/16"

Ống co nhiệt

Móng tay lỏng

Điện trở 47k

NITECORE hoặc loại băng đô khác

khóa dán

Bước 1: Lắp ráp máy đánh trứng

(Tuyên bố từ chối trách nhiệm! Điều này được lấy trực tiếp từ hướng dẫn trước đó.)

Tôi đã mất một thời gian để phát triển một bộ máy cảm biến râu đủ linh hoạt để bắt chước những sợi râu thật, nhưng đủ cứng để luôn trở về vị trí thẳng, không bị lệch. Tôi đã kết thúc bằng cách sử dụng cảm biến uốn cong / uốn cong một chiều 4 "từ Hệ thống cảm biến Flexpoint (Xem hình 1). Một phích cắm JST được hàn vào chân của cảm biến, sau đó là một dải polystyrene dày 14", rộng 0,08 ", dày 0,03" (Tôi đã mua của tôi tại một cửa hàng phần cứng địa phương) được kết dính bằng keo silicon với cảm biến, áp dụng co nhiệt và một lớp phủ bảo vệ của Sugru được đúc xung quanh toàn bộ phần đế của bộ phận đánh trứng. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết:

- Lấy đầu phích cắm của đầu nối JST 3 chân và tháo dây chính giữa (Xem hình 2-4)

- Cắt các dây cắm để bạn còn lại ~ 1,5 cm dây, sau đó tách và hàn các dây dẫn này vào các chân cảm biến (ghi nhớ hướng cắm / cảm biến). Tôi đã sử dụng co ngót nhiệt để cung cấp cách nhiệt (Xem hình 5, 6)

- Gắn dải polystyrene vào cảm biến bằng một số loại keo dẻo (tôi đã sử dụng keo silicone Liquid Nails). Đảm bảo giữ chặt dải vào cảm biến (Xem hình 7, 8)

- Lấy Sugru của bạn (tôi đã sử dụng một gói 5g duy nhất) và tạo khuôn xung quanh đế của cảm biến / dải / phích cắm đảm bảo bao bọc tất cả các thành phần này. Ngoài ra, hãy chắc chắn áp dụng Sugru đủ cao để giữ chặt hoàn toàn dải, nhưng không quá cao để hạn chế khả năng dễ dàng di chuyển / uốn cong của cảm biến. Hãy dành thời gian của bạn. Bạn sẽ có ít nhất 30-45 phút cho đến khi Sugru bắt đầu cứng lại. Trước khi để khô, hãy đảm bảo rằng phích cắm của bạn vừa khít với mặt ổ cắm của đầu nối JST (Xem hình 9-13)

- Cuối cùng, tôi dán nhãn vào bộ máy đánh trứng. Bên cạnh (L / R) và vị trí số (1-4) được sử dụng (Xem hình 14, 15)

- Làm thêm 3 cái nữa (hoặc bất kỳ số lượng râu nào bạn muốn). Đảm bảo tạo từng râu theo cùng một cách. Điều này sẽ giúp ích cho việc hiệu chuẩn cảm biến sau này.

Bước 2: Lắp ráp máy đánh trứng

Bây giờ các cảm biến uốn râu đã hoàn thành, bây giờ chúng ta có thể gắn chúng vào miếng má (hình 1). Metaterra đã thiết kế một cánh tay cong với một đĩa để gắn, anh ấy đã làm như vậy bằng cách sử dụng Adobe Illustrator và sử dụng acrylic trong suốt dày 1/16 làm vật liệu. LƯU Ý: Nếu không có sẵn máy cắt laser, bạn có thể cố gắng tạo giá đỡ bằng bìa cứng hoặc vật liệu dễ cắt khác, chỉ cần in PDF ra và cắt xung quanh dấu vết trong khi nó được phủ trên bìa cứng. Sau khi cắt bằng laser, hãy khoan bốn lỗ vào acrylic, sau đó đan các phích cắm JST qua các lỗ (hình 1, 3 và 4), sau đó nhúng râu vào phần đĩa của ngàm bằng Sugru. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết:

- Mở tệp vector cánh tay râu ria (PDF). Vật liệu được sử dụng cho chỉ dẫn này là acrylic trong suốt 1/16 và được cắt bằng máy cắt laser.

- Khoan bốn lỗ vào giá đỡ má. Thoải mái nghịch kích thước lỗ cũng như khoảng cách để râu gần hay xa tùy thích.

- Luồn phích cắm JST 2 chân qua các lỗ. đảm bảo rằng các mặt có lỗ hướng ra xa nhau.

- Đảm bảo rằng các cổng râu của bạn được đặt ở nơi bạn muốn. Sử dụng Sugru và tạo khuôn các phích cắm JST ở vị trí trên phần đĩa của miếng bánh (điều này khiến tôi mất khoảng bốn gói Sugru). Với Sugru, bạn sẽ có khoảng 30 phút thời gian tạo khuôn, vì vậy hãy dành thời gian của bạn và đảm bảo rằng các sợi râu sẽ không trùng nhau khi cắm vào và các phích cắm JST được định hướng ở nơi bạn muốn. Khi bạn hài lòng với vị trí, hãy để Sugru khô trong một ngày.

- Tham khảo hình 9 và 10 cho bước này, cũng lưu ý rằng trên thiết kế của tôi: trắng = 3.3V, đen = GND, và đỏ là chân analog. Hàn hai đầu của phích cắm JST vào một bên của ProtoBoard 1 ', sau đó lặp lại với que đánh trứng còn lại. Tạo bộ chia điện áp bằng cách sử dụng thiết kế của tôi hoặc thay đổi bố cục (bạn cũng có thể xem hướng dẫn kết nối cảm biến linh hoạt của SparkFun).

- Để gắn các miếng má vào băng đô, hai vít / bu lông được sử dụng để cố định cánh tay vào băng đô (hình 11).

Bước 3: Tích hợp động cơ rung, băng đô và cài đặt pin

Kết nối các động cơ rung khá thẳng về phía trước, cáp màu đỏ sẽ kết nối với chân PWM kỹ thuật số trên Arduino và màu xanh lam sẽ kết nối với GND. Các động cơ rung được gắn vào băng đô NITECORE bằng khóa dán, vị trí dựa trên râu mà nó được buộc vào, các động cơ rung bên ngoài được gắn với râu trước và động cơ rung bên trong được gắn với râu sau (Hình 6).

- Hàn dây vào từng đầu của động cơ rung, áp dụng co nhiệt cho từng đầu nối, sau đó áp co nhiệt lên dây của động cơ rung cũng như các dây cáp mới được co nhiệt (Hình 2), lặp lại 3 lần. Dán một đĩa khóa dán (mặt móc) vào mặt sau của động cơ. Lặp lại 3 lần.

- Cắt một dải khóa dán để tập hợp các dây động cơ có thể được kết lại với nhau và dán vào mặt trước của băng đô NITECORE (Xem hình 5). Dán (tôi đã sử dụng keo siêu dính) dải vào mặt trước bên trong của băng đô và dán các động cơ lên dải theo cùng hướng khi bạn đặt các cổng râu trên tấm má (Hình 7)

- Sử dụng kẹp hoặc dây buộc zip để nối dây động cơ rung, điều này sẽ giúp bảo vệ động cơ rung không bị kéo / đứt (Hình 7).

Bước 4: Bộ vi xử lý và kết nối tất cả với Arduino

Tất cả các động cơ rung và máy đánh trứng sẽ kết nối với Arduino UNO. Bạn sẽ cần một bảng tạo mẫu bổ sung cho phép bạn hàn cáp 9 GND và 4 cáp 3.3V. Rất có thể bạn cũng sẽ cần một bộ kết nối dupoint để thêm chân và vỏ vào cáp cần được cắm trực tiếp vào Arduino. Các dây chân cắm của động cơ rung (cáp màu đỏ) kết nối với các chân kỹ thuật số Arduino: 3, 9, 10, 11 (Các chân này được chọn vì chúng cho phép PWM). Các dây GND của động cơ rung (đen hoặc trắng) sẽ được hàn vào bảng tạo mẫu. Chân máy đánh trứng (cáp màu đỏ) sẽ kết nối với các chân analog của Arduino: A0, A1, A2, A3. Cáp VCC râu ria (cáp trắng) và cáp nối đất (đen) sẽ được hàn vào bảng tạo mẫu.

Bước 5: Triển khai Quy tắc

Ok, bây giờ là lúc để tải mã lên. Có một số thứ bạn cần phải tinh chỉnh trước khi sẵn sàng tung hoành khắp thế giới.

- Đầu tiên, sử dụng đồng hồ vạn năng để đo cả điện áp đầu ra VCC và điện trở qua điện trở 10k. Nhập các giá trị này vào các vị trí tương ứng trong mã.

- Sau đó, kiểm tra kỹ xem tất cả các biến khác có được đặt thành các đầu vào / đầu ra chính xác hay không (ví dụ: mtr, flexADC, v.v.).

- Sau đó, cắm Arduino của bạn và tải mã lên.

- Sau khi thiết lập và chạy, bạn sẽ thấy trong màn hình nối tiếp có Bend + (số râu) sẽ in. Bây giờ là lúc để hiệu chỉnh máy đánh trứng (mỗi máy đánh trứng là duy nhất và sẽ có điện trở cơ bản khác nhau một chút). Đặt biến STRAIGHT_RESISTANCE thành bất kỳ mức kháng cự cơ bản nào (tức là vị trí râu ria xồm xoàm) đang in. Sau đó, đặt biến BEND_RESISTANCE thành STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0. Trong mã ban đầu, biến này có nghĩa là phản ánh đầu ra điện trở cảm biến uốn cong ở một góc 90 độ. Vì râu của chúng tôi không đến gần chỗ uốn cong 90 độ hoàn toàn (ít nhất là trong các tình huống điển hình), việc thêm 30000.0 ohms vào điện trở cơ bản hoạt động tốt. Tuy nhiên, hãy thoải mái đặt khả năng chống uốn cong thành bất kỳ thứ gì phù hợp nhất với ứng dụng của bạn. Nếu bạn đã thiết lập mọi thứ một cách chính xác, thì bạn sẽ thấy rằng khi máy đánh trứng không nghiêng, một góc uốn cong 0 độ (nhiều hơn hoặc ít hơn) sẽ in. Sau đó, bạn có thể đặt các giá trị ngưỡng sẽ kích hoạt động cơ rung dựa trên góc. Sau đó, bạn tốt để đi!

Bước 6: Đã xong

Giờ đây, bạn đã có một chiếc râu có thể đeo được và sẵn sàng (cảm nhận) thế giới!

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi chuyên sâu nào, muốn tìm hiểu về việc nâng cấp con người, muốn theo kịp công việc của tôi hoặc chỉ cần đưa ra các ý tưởng, hãy làm như vậy trên Twitter của tôi:

@ 4Eyes6Senses

Cảm ơn!