Vibrotaktiivinen aistinvarainen korvaus- ja lisälaite (SSAD): 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Tämän hankkeen tarkoituksena on helpottaa tutkimusta aistien korvaamisen ja lisäämisen alalla. Minulla oli mahdollisuus tutkia erilaisia tapoja rakentaa vibrotaktiivisia SSAD -prototyyppejä väitöskirjassani. Koska aistien korvaaminen ja laajentaminen on aihe, joka koskee paitsi tietotekniikan tutkijoita myös muiden alojen, kuten kognitiivisen tieteen, tutkijoita, vaiheittaisten ohjeiden avulla elektroniikan ja tietojenkäsittelytieteen ei-asiantuntijat voivat koota tämän prototyypin omaansa tutkimustarkoituksiin.

En aio mainostaa täsmälleen yhtä tuotemerkkiä/tuotetta. Tätä hanketta ei sponsoroinut mikään yritys. Käyttämäni materiaali valittiin teknisten eritelmien ja mukavuuden (nopeus/toimituskulut, saatavuus jne.) Vuoksi. Kaikille tässä ohjeessa mainituille tuotteille on saatavilla yhtä sopivia vaihtoehtoja.

Nykyinen Instructable sisältää vaiheittaiset ohjeet SSAD-perusprototyypin rakentamisesta jopa 4 moottorilla ja analogisilla antureilla.

Tämän Instructable-ohjelman lisäksi olen luonut kolme laajennusta: Ensinnäkin julkaisin ohjeet yli neljän moottorin käyttämisestä tämän SSAD-prototyypin kanssa (https://www.instructables.com/id/Using-More-Than-4…). Toiseksi, olen luonut tarjouksen ja esimerkin siitä, miten tämä prototyyppi voidaan pukea (https://www.instructables.com/id/Making-the-SSAD-W…) ja miten peittää ERM-moottorit ilman kapseloitua pyörivää massaa (https:/ /www.instructables.com/id/Cover-Rotating…). Lisäksi julkaistaan esimerkki siitä, miten prototyyppiin voidaan integroida muita kuin analogisia antureita (tässä tapauksessa läheisyysanturit) (https://www.instructables.com/id/Inciding-a-Proxi…).

Mitä on "aistien korvaaminen ja lisääminen"?

Aistinvaihdolla yhden aistitavan (esim. Näkö) keräämät tiedot voidaan havaita toisen aistin (esim. Äänen) kautta. Se on lupaava ei-invasiivinen tekniikka, joka auttaa ihmisiä voittamaan aistien menetyksen tai heikentymisen.

Jos ihminen ei yleensä havaitse aistin ärsykettä, joka on käännetty (esim. UV -valo), tätä lähestymistapaa kutsutaan aistinvaraiseksi lisäykseksi.

Mitä taitoja tarvitaan tämän prototyypin rakentamiseen?

Pohjimmiltaan edistyneitä ohjelmointitaitoja ei tarvita alla olevien ohjeiden noudattamiseen. Kuitenkin, jos olet aloittelija juottamisessa, suunnittele lisäaika tämän tekniikan tuntemiseen. Jos et ole koskaan ohjelmoinut aiemmin, saatat tarvita apua ohjelmoinnista kokeneemmalta.

Tarvitaanko kalliita tai helposti saatavissa olevia koneita tai työkaluja?

Lukuun ottamatta juotinta, tämän prototyypin rakentamiseen ei tarvita koneita tai työkaluja, joita et voi helposti ostaa verkossa tai seuraavassa kotikaupassa. Tämä SSAD on suunniteltu mahdollistamaan nopea prototyyppityö, mikä tarkoittaa, että sen pitäisi olla nopeasti toistettavissa ja mahdollistaa halpa ideoiden etsintä.

Tarvikkeet

Pääkomponentit (noin 65 £ 4 moottorille, ilman juotoslaitteita)

• Arduino Uno (esim. Https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3, 20 £)
• Adafruit Motorshield v2.3 (esim.
• Lieriömäiset ERM -moottorit (esim. Https://www.adafruit.com/product/1438, 5, 50 £/moottori)
• Juotin ja juotoslanka
• Johdot

Valinnainen (katso laajennukset)

Jos ostetaan ERM -moottori, jolla on kattamaton pyörivä massa:

• Vinyyli putki
• Ohut pehmeä levy
• 3D -tulostin (Arduino -kotelolle)

Jos haluat käyttää useampaa kuin 4 moottoria (yli 8 kertaa toisen kerran):

• Adafruit Motorshield v2.3 ja urospinoamisotsikot
• Naaraspinoamisotsikot (esim.
• Arduino Mega yli 6 moottorille (esim.

Vaihe 1: Juotos

Juotos nastat moottorikilpeen

Adafruit tarjoaa erittäin kattavan opetusohjelman otsikoiden juottamisesta moottorikilpeen (https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield-v…):

1. Aseta ensin pinoamisotsikot Arduino Unon nastoihin,
2. Aseta sitten suojus päälle niin, että nastojen lyhyt sivu tulee ulos.
3. Tämän jälkeen juota kaikki nastat kilpeen ja varmista, että juote virtaa tapin ympäri ja muodostaa tulivuoren muodon (katso yllä oleva kuva, joka on otettu osoitteesta https://cdn.sparkfun.com/assets/c/d/ a/a/9/523b1189…).

Jos olet aloittelija juottamisessa, auta muita opetusohjelmia, kuten

Juotetaan pidemmät johdot moottoriin

Koska suurin osa moottoreista on ilman tai erittäin lyhyitä ja ohuita johtoja, on järkevää laajentaa niitä juottamalla ne pidemmiksi ja kestävämmiksi johtimiksi. Näin voit tehdä sen:

1. Poista muovi johtojen päästä ja aseta ne siten, että ne ovat kosketuksissa toisiinsa paljaita johtimia pitkin, kuten kuvassa.
2. Juottaa ne yhteen koskettamalla molempien lankojen kierteitä ja antamalla juotosvirtauksen niiden yli.

Vaihe 2: Johdotus

1. Pinoa moottorikilpi Arduinon päälle.
2. Kierrä moottorit moottorikilpeen.
3. Johda analogiset anturit Arduinoon (kuvassa tämä tehdään valoanturilla, mutta sama piiri näyttää samalta muille analogisille antureille).

Vaihe 3: Koodaus

1. Lataa

Lataa zip -kansio (SSAD_analogueInputs.zip), liitteenä alla. Pura se.

Lataa Arduino IDE (https://www.arduino.cc/en/main/software).

Avaa Arduino -tiedosto (SSAD_analogueInputs.ino), joka on puretun kansion sisällä Arduino IDE: n kanssa.

2. Asenna kirjastot

Jos haluat käyttää annettua koodia, sinun on asennettava joitain kirjastoja. Joten jos tämän artikkelin lopussa oleva Arduino -tiedosto on auki Arduino IDE: n sisällä, toimi seuraavasti:

1. Napsauta: Työkalut → Hallitse kirjastoja…
2. Etsi Suodata hakukentästä "Adafruit Motor Shield V2 Library"
3. Asenna se napsauttamalla asennuspainiketta

Kun olet ladannut nämä kirjastot, nyt #include -lausekkeiden pitäisi toimia annetuissa koodeissa. Tarkista, että napsautat "Vahvista" -painiketta (rasti vasemmassa yläkulmassa). Tiedät, että kaikki kirjastot toimivat, jos saat viestin "Valmis kääntäminen" ohjelman alareunassa. Muuten punainen palkki tulee näkyviin ja saat viestin virheestä.

3. Vaihda koodi

Vaihda koodi käyttötarkoituksen mukaan noudattamalla alla olevia ohjeita:

Käynnistysmoottorit ja niiden anturilähdöt

Ilmoita ensin, mitä nastoja moottorit käyttävät, ja millä alueella moottorit toimivat. Esimerkiksi moottori, joka on kiinnitetty M4: ään ja toimii (nopeus) alueella 25 ja 175, ilmoitetaan näin (PÄÄKOMmentin alla):

Moottorin moottori1 = Moottori (4, 25, 175);

Kun työskentelet pienillä tärinämoottoreilla, joita käytetään enintään 3 V: n alueella, moottorikilpiä on käytettävä varoen, koska se on tarkoitettu 4,5 - 13,5 VDC: n moottoreille. Jotta 3V -moottorit eivät vahingoitu, rajoitin ohjelmallisesti kilven voltin ulostulon enintään 3 V: iin (täsmälleen 2,95 V). Tein sen mittaamalla kuinka paljon suurin nopeus 255 on voltissa ja mitattu yleismittarilla, että tämä on 4,3 V. Siksi en koskaan sallinut moottoreille suurempaa nopeutta kuin 175, mikä on noin 3 V.

Jokainen moottori kytketään yhteen SensoryOutput -ulostuloon.

Yksi SensoryOutput koostuu yhdestä tai useammasta aistin ärsykkeestä. Esimerkiksi moottori voi värähtää joko yhden anturin tai useiden eri tavalla sijoitettujen anturien keskiarvon mukaan.

Siksi ensiksi kullekin moottorille on ilmoitettava yksi SensoryOutput. Suluissa olevat numerot ovat pienin ja suurin arvo, jonka anturi (ryhmä) voi havaita. Analogisille antureille tämä on enimmäkseen 0 ja 1023:

SensoryOutput output1 = SensoryOutput (0, 1023);

Silmukka () -toiminnossa jokainen moottori määritetään sitten yhdelle lähtöarvolle. Kirjoita tähän kirjoita jokaiselle moottorille seuraava lause ja "output1": n sijasta mikä tahansa SensoryOutput -arvo siihen pitäisi liittää. Muista myös muuttaa kaikki rivin "output1" -nimet, jos käytät sille toista nimeä.

motor1.drive (output1.getValue (), output1.getMin (), output1.getMax ());

Voit halutessasi antaa useille moottoreille (esim. Moottori1 ja moottori2) saman SensoryOutput -lähdön (esim. Lähtö1).

Lisäksi voit antaa useiden antureiden arvot yhdelle moottorille (katso seuraava kappale).

Anturien määrittäminen

Setup () -toiminnossa on ilmoitettava, mitkä anturit kuuluvat moottorin värähtelyyn (SensoryOutput). Tässä on esimerkki siitä, miten määrität, että Arduino Pin A0: een liitetty anturi on muutettava värähtelyksi moottorin1 ja siten lähtö1:

output1.include (A0);

Jos useita aistilähtöjä tulisi yhdistää yhteen moottorin värähtelyyn, voit vain lisätä toisen analogisen tulonapin lähtöön1:

output1.include (A1);

Muussa tapauksessa jatka vain seuraavalla tulostuksella:

output2.include (A1);

Useiden anturien yhdistäminen

Kuten edellä mainittiin, useita anturituloja (esim. A0, A1 ja A2) voidaan johtaa yhteen moottoriin. Antamani koodi laskee kaikkien mukana tulevien antureiden lukemien arvojen keskiarvon. Joten jos tämä riittää käyttötapaukseesi ja haluat yksinkertaisesti kartoittaa esimerkiksi matalan aistinvaraisen tulon matalaan tärinään, olet valmis, eikä sinun tarvitse miettiä seuraavia asioita:

Jos sinulla on kuitenkin muita ideoita siitä, mitä haluat tehdä yhdellä tai useammalla raaka -aistitulolla, voit tehdä sen mukaan muutokset funktiossa int getValue () SensoryOutput -luokassa:

int getValue () {

finalOutput = 0; // TODO tee mitä haluat aistinvaraisilla arvoilla // tässä lasketaan keskiarvo, jos useita arvoja yhdistetään (int i = 0; i <curArrayLength; i ++) {finalOutput+= analogRead (valueArray ); } return finalOutput / curArrayLength; }

4. Lähetä koodi Arduino -prototyyppisi

Liitä Arduino Prototype (vaiheesta 2) tietokoneeseen.

Napsauta Työkalut → Portti → Valitse portti, johon Arduino/Genuino Uno on kirjoitettu suluissa

Valitse Työkalut → Alusta → Arduino/Genuino Uno

Nyt moottoreiden pitäisi toimia analogisten antureiden tulojen mukaan. Jos haluat, voit irrottaa Arduinon tietokoneesta ja kytkeä sen toiseen virtalähteeseen, kuten 9 V: n akkuun.

Vaihe 4: Mahdolliset laajennukset

Juuri rakentamasi prototyyppi sallii yksinomaan analogiset tulot ja voi käyttää jopa neljää moottoria. Lisäksi se ei ole vielä puettava. Jos haluat laajentaa näitä ominaisuuksia, tutustu seuraaviin ohjeisiin:

• ERM-moottorien pyörivien massojen kattaminen:
• SSADin pukeminen:
• Yli 4 moottorin käyttö-Useiden moottorikilpien pinoaminen:
• Käyttämällä ultraääni-läheisyysanturia SSAD-tulona: