Cat Whisker Sensory Extension Wearable (2.0): 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โปรเจ็กต์นี้เป็นความต่อเนื่องและจินตนาการถึง "Whisker Sensory Extension Wearable" ของอดีตเพื่อนร่วมงานของฉัน (metaterra)

วัตถุประสงค์ของโครงการนี้คือเพื่อมุ่งเน้นไปที่การสร้าง "ส่วนขยายทางประสาทสัมผัส" ที่แปลกใหม่และเต็มไปด้วยการคำนวณ ซึ่งช่วยให้สามารถสัมผัสโลกแห่งธรรมชาติได้ ความพยายามที่สำคัญของฉันกับโครงการนี้คือการประดิษฐ์และการใช้งานการเสริมประสาทสัมผัสที่จะขยายความรู้สึกผ่านเซ็นเซอร์และตอบสนองด้วยการสัมผัสสำหรับผู้ใช้ จุดประสงค์คือเพื่อให้ทุกคนสามารถสร้างส่วนขยายทางประสาทสัมผัสของตนเองได้ และทำแผนที่ความรู้สึกของมนุษย์/สัตว์ภายในเข้ากับฮาร์ดแวร์ การขยายความรู้สึกของเราอย่างมีประสิทธิภาพในรูปแบบใหม่และน่าตื่นเต้นที่จะนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าสมองของเราสามารถปรับตัวให้เข้ากับความรู้สึกภายนอกใหม่ได้อย่างไร

เอกสารนี้อ้างอิงจากงานที่สนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติภายใต้ทุนเลขที่ 1736051

โปรเจ็กต์นี้พัฒนาขึ้นใน Lab for Playful Computation และ Craft Tech Lab ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์

หากคุณมีคำถามใด ๆ ต้องการติดตามงานของฉันหรือเพียงแค่โยนความคิด โปรดทำบน Twitter ของฉัน: @4Eyes6Senses

ด้วยโปรเจ็กต์นี้ ฉันต้องการนำส่วนต่อขยายทางประสาทสัมผัสมัสสุรุ่นก่อนหน้าที่สวมใส่ได้ และทำให้เบาลง คุ้มค่าใช้จ่ายมากขึ้น รวมทั้งสร้างได้ง่ายขึ้น นี่คือภาพรวมของส่วนประกอบต่างๆ และหน้าที่ของมัน:

- อุปกรณ์หนวดเคราแบบกำหนดเองที่สร้างขึ้นเองสองชุด (รวม 4, 2 ต่อด้าน) รับข้อมูลสัมผัส (โค้งงอ โค้งงอ ฯลฯ) จากวัตถุในสภาพแวดล้อมที่อยู่ใกล้เคียงของผู้ใช้ ข้อมูลแรงดันไฟฟ้า/ความต้านทานเริ่มต้นที่ได้รับจากเซ็นเซอร์แต่ละตัวจะถูกแปลงเป็นข้อมูลมุมโค้งงอ (เช่น มุมโค้งงอ 10 องศา) ข้อมูลมุมโค้งงอนี้จะถูกแปลงเป็นเอาต์พุตการมอดูเลตความกว้างพัลส์ตามสัดส่วน และส่งไปยังมอเตอร์สั่นสะเทือนที่สอดคล้องกันบนหน้าผากของผู้ใช้

- เซ็นเซอร์วิสเกอร์เฟล็กซ์แต่ละตัวติดอยู่กับ ProtoBoard ขนาด 1 และเชื่อมต่อกับ Arduino UNO ที่ทำทรานสดิวซิ่ง/แปลง

- มอเตอร์สั่นสะเทือนสี่ตัวส่งแรงกระตุ้นทางสัมผัสไปที่หน้าผากของผู้ใช้ มอเตอร์แต่ละตัวที่ใช้มีความสัมพันธ์กับหนวดหนึ่งอัน ความเข้มของมอเตอร์สั่นจะขึ้นอยู่กับเกณฑ์ที่กำหนดโดยอิงจากเซ็นเซอร์หนวดเครา

เสบียง

ยาว 14" กว้าง 0.08" หนา 0.03" แถบโพลีสไตรีน

4 unidirectional bend/flex sensor Sugru

ปลั๊ก JST

มอเตอร์สั่นสะเทือน

ที่คาดผมแบบแข็ง

โปรโตบอร์ด - สแควร์ 1"

ชุดสายไฟ (แนะนำฉนวนซิลิโคน) หมายเหตุ: คุณจะใช้สายไฟประมาณ 2-3 ฟุตสำหรับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง

อะคริลิคใสหรือกระดาษแข็งหนา 1/16 นิ้ว

ท่อหดความร้อน

น้ำยาทาเล็บ

ตัวต้านทาน 47k

NITECORE หรือที่คาดผมแบบอื่นๆ

เวลโคร

ขั้นตอนที่ 1: การประกอบมัสสุ

(ข้อจำกัดความรับผิดชอบ! สิ่งนี้นำมาโดยตรงจากคำสั่งก่อนหน้า)

ฉันใช้เวลาสักครู่ในการพัฒนาอุปกรณ์เซ็นเซอร์หนวดเคราที่ยืดหยุ่นพอที่จะเลียนแบบหนวดจริง แต่แข็งพอที่จะกลับสู่ตำแหน่งตรงและไม่งอได้อย่างสม่ำเสมอ ฉันลงเอยด้วยการใช้เซ็นเซอร์โค้ง/งอทิศทางเดียว 4 จากระบบเซ็นเซอร์ Flexpoint (ดูรูปที่ 1) ปลั๊ก JST ถูกบัดกรีที่ขาของเซ็นเซอร์ จากนั้นจึงใช้แถบโพลีสไตรีนหนา 14 นิ้ว ยาว 0.08 นิ้ว หนา 0.03 นิ้ว (ฉันซื้อของฉันมาที่ร้านฮาร์ดแวร์ในพื้นที่) เป็นกาวซิลิโคนที่ยึดติดกับเซ็นเซอร์ ใช้การหดตัวด้วยความร้อน และเคลือบป้องกันของ Sugru รอบฐานทั้งหมดของหน่วยหนวด นี่คือคำแนะนำโดยละเอียด:

- ถอดปลายปลั๊กของขั้วต่อ JST แบบ 3 ขาและถอดสายกลางออก (ดูรูปที่ 2-4)

- ตัดสายไฟของปลั๊กเพื่อให้คุณมีลวดเหลืออยู่ประมาณ 1.5 ซม. จากนั้นดึงและประสานสายเหล่านี้กับหมุดเซ็นเซอร์ (จดจำการวางแนวปลั๊ก/เซ็นเซอร์) ฉันใช้การหดตัวด้วยความร้อนเพื่อเป็นฉนวน (ดูรูปที่ 5, 6)

- ติดแถบโพลีสไตรีนเข้ากับเซ็นเซอร์ด้วยกาวยืดหยุ่นบางประเภท (ฉันใช้กาวซิลิโคน Liquid Nails) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ยึดแถบเข้ากับเซ็นเซอร์อย่างดี (ดูรูปที่ 7, 8)

- นำ Sugru ของคุณ (ฉันใช้ชุด 5g ชิ้นเดียว) แล้วปั้นไว้รอบๆ ฐานของเซ็นเซอร์/แถบ/ปลั๊ก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ห่อหุ้มส่วนประกอบเหล่านี้ทั้งหมดแล้ว นอกจากนี้ อย่าลืมใส่ Sugru ให้สูงพอที่จะยึดแถบให้แน่น แต่ไม่สูงเกินไปที่จะจำกัดความง่ายในการเคลื่อนไหว/โค้งงอของเซ็นเซอร์ ใช้เวลาของคุณ คุณจะมีเวลาอย่างน้อย 30-45 นาทีจนกว่า Sugru จะเริ่มแข็งตัว ก่อนที่คุณจะปล่อยให้แห้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลั๊กของคุณเสียบเข้ากับด้านเต้ารับของขั้วต่อ JST ได้พอดี (ดูรูปที่ 9-13)

- สุดท้าย ฉันติดฉลากที่อุปกรณ์หนวดเครา ใช้ด้านข้าง (L/R) และตำแหน่งตัวเลข (1-4) (ดูรูปที่ 14, 15)

- ทำเพิ่มอีก 3 อัน (หรือจำนวนหนวดที่คุณต้องการ) อย่าลืมสร้างหนวดแต่ละตัวด้วยวิธีเดียวกัน ซึ่งจะช่วยในการปรับเทียบเซ็นเซอร์ในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบหนวดเครา

เมื่อเซ็นเซอร์ Whisker flex เสร็จสมบูรณ์แล้ว ตอนนี้เราก็สามารถติดตั้งเข้ากับแก้ม (รูปที่ 1) ได้แล้ว Metaterra ออกแบบแขนโค้งพร้อมแผ่นดิสก์สำหรับติดตั้ง เขาทำได้โดยใช้ Adobe Illustrator และใช้วัสดุอะคริลิกใสหนา 1/16 นิ้วเป็นวัสดุ หมายเหตุ: หากเครื่องตัดเลเซอร์ไม่พร้อมใช้งาน คุณอาจลองใช้ตัวยึด กระดาษแข็งหรือวัสดุที่ตัดง่ายอื่นๆ เพียงพิมพ์ PDF แล้วตัดตามรอยขณะที่วางทับบนกระดาษแข็ง หลังจากตัดด้วยเลเซอร์แล้ว ให้เจาะอะครีลิก 4 รู แล้วสานปลั๊ก JST ผ่านรู (รูปที่ 1, 3 และ 4) จากนั้นฝังหนวดไว้ในส่วนดิสก์ของเมาท์โดยใช้ Sugru คำแนะนำโดยละเอียดมีดังนี้:

- เปิดไฟล์เวกเตอร์แขนมัสสุ (PDF) วัสดุที่ใช้สำหรับคำแนะนำนี้คืออะคริลิคใส 1/16 นิ้วและตัดด้วยเครื่องตัดเลเซอร์

- เจาะ 4 รูที่เมาท์แก้ม รู้สึกอิสระที่จะลองเล่นกับขนาดรูและระยะห่างเพื่อทำให้หนวดเคราอยู่ใกล้หรือไกลเท่าที่คุณต้องการ

- สานปลั๊ก JST แบบ 2 ขาผ่านรู ตรวจสอบให้แน่ใจว่าด้านที่มีช่องเปิดหันออกจากกัน

- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพอร์ตหนวดของคุณอยู่ในตำแหน่งที่คุณต้องการ ใช้ Sugru และปั้นปลั๊ก JST ลงบนส่วนดิสก์ของชิ้นส่วน (ซึ่งฉันใช้เวลาประมาณสี่แพ็คเก็ต Sugru) ด้วย Sugru คุณจะมีเวลาปั้นประมาณ 30 นาที ดังนั้นให้ใช้เวลาและตรวจสอบให้แน่ใจว่าหนวดเคราจะไม่ทับซ้อนกันเมื่อเสียบปลั๊ก และปลั๊ก JST จะอยู่ในตำแหน่งที่คุณต้องการ เมื่อคุณพอใจกับการจัดวางแล้ว ปล่อยให้ Sugru แห้งเป็นเวลาหนึ่งวัน

- อ้างอิงรูปที่ 9 และ 10 สำหรับขั้นตอนนี้ โปรดทราบด้วยว่าในการออกแบบของฉัน: สีขาว = 3.3V, สีดำ = GND และสีแดงคือพินอะนาล็อก ประสานปลายทั้งสองของปลั๊ก JST เข้ากับด้านหนึ่งของ ProtoBoard 1' จากนั้นทำซ้ำกับหนวดอีกข้าง สร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าโดยใช้การออกแบบของฉันหรือเปลี่ยนเลย์เอาต์ (คุณสามารถดูคู่มือการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นของ SparkFun ได้)

- ในการติดแก้มเข้ากับแถบคาดศีรษะ จะใช้สกรู/สลักเกลียวสองตัวเพื่อยึดแขนเข้ากับแถบคาดศีรษะ (ภาพที่ 11)

ขั้นตอนที่ 3: การผสานรวมมอเตอร์สั่นสะเทือน แถบคาดศีรษะ และการตั้งค่าแบตเตอรี่

การเชื่อมต่อมอเตอร์สั่นสะเทือนค่อนข้างตรงไปตรงมา สายเคเบิลสีแดงจะเชื่อมต่อกับพิน PWM ดิจิตอลบน Arduino และสีน้ำเงินจะเชื่อมต่อกับ GND มอเตอร์สั่นสะเทือนติดอยู่กับแถบคาดศีรษะ NITECORE โดยใช้เวลโคร การจัดวางจะขึ้นอยู่กับมัสสุที่ยึด มอเตอร์สั่นสะเทือนภายนอกจะผูกติดกับหนวดเคราด้านหน้า และมอเตอร์สั่นสะเทือนภายในจะผูกกับหนวดเคราด้านหลัง (รูปที่ 6)

- ลวดบัดกรีที่ปลายมอเตอร์สั่นสะเทือนแต่ละอัน ใช้การหดตัวด้วยความร้อนกับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง จากนั้นใช้การหดตัวด้วยความร้อนกับสายมอเตอร์สั่นสะเทือนและสายเคเบิลหดความร้อนใหม่ (ภาพที่ 2) ทำซ้ำ 3 ครั้ง ติดแผ่นเวลโคร (ด้านขอเกี่ยว) ที่ด้านหลังของมอเตอร์ ทำซ้ำ 3 ครั้ง

- ตัดแถบเวลโครหนึ่งแถบเพื่อให้สามารถพันสายไฟมอเตอร์เข้าด้วยกันและติดเวลโครที่ด้านหน้าของแถบคาดศีรษะ NITECORE (ดูรูปที่ 5) ติด (ฉันใช้กาวซุปเปอร์กาว) แถบกับด้านหน้าด้านในของแถบคาดศีรษะและ velcro มอเตอร์บนแถบในทิศทางเดียวกับที่คุณวางพอร์ตมัสสุบนแผ่นแก้ม (รูปที่ 7)

- ใช้คลิปหรือสายรัดซิปเพื่อต่อสายมอเตอร์สั่นสะเทือน ซึ่งจะช่วยป้องกันมอเตอร์สั่นสะเทือนไม่ให้ถูกดึง/หัก (ภาพที่ 7)

ขั้นตอนที่ 4: ไมโครโปรเซสเซอร์และเชื่อมต่อทั้งหมดเข้ากับ Arduino

มอเตอร์สั่นสะเทือนและหนวดทั้งหมดจะเชื่อมต่อกับ Arduino UNO คุณจะต้องมีบอร์ดสร้างต้นแบบเพิ่มเติมที่จะช่วยให้คุณบัดกรีสายเคเบิล 9 GND และสายเคเบิล 3.3V 4 เส้น คุณมักจะต้องใช้ชุดตัวเชื่อมต่อดูพอยต์เพื่อเพิ่มพินและตัวเรือนให้กับสายเคเบิลที่ต้องเสียบเข้ากับ Arduino โดยตรง สายพินมอเตอร์สั่นสะเทือน (สายสีแดง) เชื่อมต่อกับพินดิจิตอล Arduino: 3, 9, 10, 11 (พินเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากอนุญาตให้ใช้ PWM) สาย GND ของมอเตอร์สั่นสะเทือน (สีดำหรือสีขาว) จะถูกบัดกรีบนบอร์ดต้นแบบ หมุดหนวด (สายสีแดง) จะเชื่อมต่อกับหมุดอนาล็อก Arduino: A0, A1, A2, A3 สาย VCC ของ Whisker (สายสีขาว) และสายกราวด์ (สีดำ) จะถูกบัดกรีบนบอร์ดต้นแบบ

ขั้นตอนที่ 5: ใช้รหัส

ตกลง ตอนนี้ได้เวลาอัปโหลดโค้ดแล้ว มีบางสิ่งที่คุณต้องปรับแต่งก่อนที่คุณจะพร้อมที่จะเขย่าโลก

- ขั้นแรก ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดทั้งแรงดันเอาต์พุต VCC และความต้านทานของตัวต้านทาน 10k ป้อนค่าเหล่านี้ลงในจุดที่เกี่ยวข้องในโค้ด

- จากนั้น ตรวจสอบอีกครั้งว่าตัวแปรอื่นๆ ทั้งหมดได้รับการตั้งค่าเป็นอินพุต/เอาต์พุตที่ถูกต้อง (เช่น mtr, flexADC ฯลฯ…)

- จากนั้นเสียบ Arduino ของคุณและอัปโหลดโค้ด

- เมื่อคุณพร้อมทำงาน คุณจะเห็นในมอนิเตอร์ซีเรียลว่า Bend + (หมายเลขหนวด) จะพิมพ์ออกมา ตอนนี้ได้เวลาปรับเทียบหนวดแล้ว (หนวดแต่ละตัวมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวและจะมีความต้านทานพื้นฐานแตกต่างกันเล็กน้อย) ตั้งค่าตัวแปร STRAIGHT_RESISTANCE เป็นค่าความต้านทานพื้นฐาน (เช่น ตำแหน่ง unbent whisker) กำลังพิมพ์เป็น จากนั้น ตั้งค่าตัวแปร BEND_RESISTANCE เป็น STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0 ในโค้ดดั้งเดิม ตัวแปรนี้มีขึ้นเพื่อสะท้อนเอาต์พุตความต้านทานเซ็นเซอร์แบบยืดหยุ่นที่ส่วนโค้ง 90 องศา เนื่องจากหนวดเคราของเราไม่ได้เข้าใกล้ส่วนโค้ง 90 องศาเต็มที่ (อย่างน้อยก็ในสถานการณ์ทั่วไป) การเพิ่มความต้านทานพื้นฐาน 30000.0 โอห์มก็ใช้ได้ดี อย่าลังเลที่จะตั้งค่าความต้านทานการโค้งงอเป็นสิ่งที่เหมาะกับการใช้งานของคุณมากที่สุด หากคุณตั้งค่าทุกอย่างถูกต้องแล้ว คุณจะเห็นว่าเมื่อหนวดไม่งอ จะมีการพิมพ์มุมก้ม 0 องศา (มากหรือน้อย) จากนั้น คุณสามารถตั้งค่าขีดจำกัดที่จะเปิดใช้งานมอเตอร์สั่นสะเทือนตามมุม หลังจากนี้ไปได้เลย!

ขั้นตอนที่ 6: เสร็จแล้ว

ตอนนี้คุณมีหนวดที่สวมใส่ได้และพร้อมที่จะ (สัมผัส) ในโลก!

หากคุณมีคำถามเชิงลึก ต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับการเสริมมนุษย์ ต้องการติดตามงานของฉัน หรือเพียงแค่โยนความคิดต่างๆ โปรดทำใน Twitter ของฉัน:

@4Eyes6Senses ค่ะ

ขอบคุณ!