The 'Sup - a Mouse for People With Quadriplegia - Low Cost and Open Source: 12 Steps (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Våren 2017 spurte familien til min beste venn om jeg ville fly til Denver og hjelpe dem med et prosjekt. De har en venn, Allen, som har quadriplegia som følge av en terrengsyklingulykke. Felix (min venn) og jeg gjorde noen raske undersøkelser, og bestemte oss for å bygge Allen en "Sip-n-puff", kombinert med en joystick, for å gi ham muligheten til å få tilgang til alle de samme funksjonene som en vanlig mus.

En Sip-n-puff er en inndataenhet som tar brukerinngang i form av en "Sip" eller en "Puff" (Tenk deg å nippe gjennom et sugerør eller blåse bobler i drikken din). Her kombinerer vi det med en joystick for å gjøre det mulig for brukeren å flytte markøren på skjermen, og Sip-n-puffen brukes til funksjoner som å klikke og rulle.

Sip-n-puff-enheter er ikke noe nytt, og joystick/sip-n-puff-kombinasjoner er heller ikke så uvanlige. Men å kjøpe en slik enhet vil koste deg rundt $ 500 til $ 1500! For Allen, som ikke har noen inntektskilde, er det en umulig pris. Imidlertid er selve enheten faktisk veldig enkel. I denne teksten vil jeg vise deg hvordan du bygger en for like under $ 50!

Alle design og kode er åpen kildekode, noe som betyr at du kan bygge en uten å betale meg eller Felix en krone! Hvis du bare vil ha den ferdige enheten uten arbeidet, lager jeg gjerne en for deg. Detaljer er på slutten av instruksjonsboken.

Til slutt, siden dette er åpen kildekode, kan du finne alle designfilene og koden på GitHub:

Ønsker du å kjøpe 'Sup? Du finner informasjon på slutten av denne instruksjonsboken.

Oppdatering: Takk til alle som stemte på dette prosjektet! Jeg er super glad for å ha vunnet min første instruktørkonkurranse, og jeg har brukt Amazon-gavekortet til god bruk- Verktøyene jeg har kjøpt skal gjøre meg i stand til å bringe innhold av høyere kvalitet i større mengder.

En annen ting: Jeg ble positivt overrasket over å se to artikler på nettet som nevner dette prosjektet! En stor takk til Hackaday og Open-electronics.org for å anse det som artikkelen verdig. Du finner begge nedenfor:

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 ble også nylig nevnt i New Mobility Magazine. Du finner artikkelen her:

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

Kreditt og takk:

Jeg skylder en stor takk til vennen min Felix og familien hans for at han fløy meg ut til Denver (hvor Allen bor), og betalte for alt annet enn 3D -skriveren. Det hjalp virkelig med å få utviklingen i gang, og gjøre SUPPEN på kort tid!

Ekstra kreditt går også til Felix for det meste av 3D -designet.

Til slutt, takk til Allen for at han var noen vi kunne hjelpe, som var villig til å la oss invadere og spørre ham hvordan han likte vår brosteinsprotein.

Trinn 1: Verktøy, deler og materialer

Her er alt du trenger for å bygge enheten. Før du bestiller alt, må du lese gjennom resten av boken for å være sikker på at du er komfortabel med ferdighetene du trenger for å sette sammen den!

Deler:

• Arduino Pro Micro (Spesielt en Pro Micro, med en USB -kontakt og ATmega32u4)
• MPXV7002DP trykksensor m/breakout board
• Joystick -modul
• Slange av mat i silisium, 1/8 ID med 1/4 OD, ca 6"
• 3D -trykte deler, <= 72 gram verdt
• Ledninger (jeg brukte DuPont hunn-hunn-ledninger, og klippet deretter av endene)

Verktøy:

• Loddejern (Dette 30w jernet på Amazon fungerer bra)
• Varm limpistol (høy temperatur)
• 3D -skriver (Eller få ting skrevet ut via en 3D -utskriftstjeneste)
• Diverse verktøy som tang, flatskrutrekker, sandpapir, skarp liten kniv med tynt blad, trådklippere

Materialer:

• Normal PLA -filament (jeg brukte Hatchbox black PLA)
• Fleksibelt filament som TPU eller NinjaFlex (skriveren min kom med en liten rulle med grønn TPU. Alternativt kan du endre munnstykkedelen for å godta en slange med mindre diameter, og deretter få 2,5 mm ID -rør som passer til sensoren)

Den totale kostnaden for deler er omtrent $ 22, ikke inkludert 3D -skriverfilamentet. Når du har lagt til den fleksible armen og den lange USB -kabelen, beløper den seg til omtrent $ 49.

Vær oppmerksom på at koblingene her stort sett er den billigste prisen fra Kina! Disse vil ta minst en måned å komme til deg. Hvis du vil ha deler raskere, må du betale litt mer for nærmere kilder med raskere forsendelse. Forvent den totale kostnaden til opptil $ 75.

Trinn 2: 3D -utskrift

Alle STL -filene finner du på https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, du trenger dem alle.

Hvis du ikke har en 3D -skriver, er det mange 3D -utskriftstjenester du kan bruke. Hvis du vil kjøpe en billig skriver som vil fungere bra (og ikke har noe imot montering), anbefaler jeg Anet A8. Det er en Prusa i3 -klon på $ 150, som har fungert bra for meg, og det har et flott nettsamfunn.

Etui og ramme:

Skriv ut med støtter "overalt", på 0,1-0,2MM laghøyde. Jeg brukte en "grid" støttetype, men "linjer" kan være lettere å fjerne

GoProClip og FacePlate:

Skriv ut som normalt, uten støtte, 0,1-0,2 mm laghøyde

TubingAdapter:

1. Skrives ut i fleksibel filament
2. Laghøyde 0,1
3. Tilbaketrekking AV
4. Ingen støtter

Trinn 3: Skrive ut og gløde munnstykket

Før du går og skriver ut alle dine ekstra munnstykker, er det en god idé å sørge for at de krymper riktig når de glødes.

Hvis du vil være vitenskapelig, kan du skrive ut AnnealingTestr.stl og måle den før og etter glødingen for å finne ut den eksakte prosentandelen den krympet/vokste og i hvilken akse. Vanligvis forventes omtrent 5% krymping i X- og Y -aksen ', og om lag 2% vekst i Z -aksen. Uten Hatchbox svart PLA og varmluftsovn klarte vi omtrent 2% krymping på X og Y, og en vekst på 1% på Z -aksen.

Siden dette stykket egentlig bare er designet for å passe moderat godt på joysticken, trenger du ikke å være veldig presis. Ved å bruke våre verdier for Hatchbox black PLA, her er utskriftsprosessen for munnstykket:

1. Endre størrelsen på X og Y til 103% størrelse, la Z være som den er (vi sikter på en størrelsesøkning på omtrent 2% i forhold til de opprinnelige dimensjonene, en gang glødet, slik at den passer lett på joysticken)
2. Skriv ut med en kant, pluss støtter "berøringsplate".
3. Fyll på 100% (så det ikke kommer vann inn i den)
4. Normal utskriftshastighet, 0,1 mm laghøyde
5. (Hvis du har en oppvarmet seng, sett den til 50C)
6. Hotend ved 220C.

Jeg har ikke lekt mye med disse verdiene, men det er det jeg brukte for skriveren min (En Prusa i3 -klon, Anet A8).

Når du har skrevet ut et stykke eller to, kan du prøve å gløde dem og se om de passer.

Glødningsprosessen:

1. Forvarm ovnen din, helst på en varmluftsinnstilling (hvis ovnen din gjør det), til et sted nær 158F eller 70C. Noen ovner vil ikke gå så lavt, hvis det slukkes litt, spiller det ingen rolle så mye.
2. Vent til ovnen blir varm, og legg deretter bitene dine på noe som forhindrer dem i å falle gjennom.
3. Sett en tidtaker i en time, og la den stå. Ikke åpne ovnen for å kontrollere den, da kjøleeffekten kan rote med glødingsprosessen.
4. Når den har sittet der inne i en time, slår du av ovnen og lar biten ligge der for å kjøle seg ned med ovnen. Et termometer ville fungere bra for dette, men du trenger ikke å være super presis, bare vent en time eller så.
5. Når det i utgangspunktet er avkjølt, ta det ut. Det skal nå være sterkere, og enda viktigere, tåle kokende vann og vask i oppvaskmaskinen.

Trinn 4: Etterbehandling av 3D-utskrifter

Jeg liker at 3D -utskriftene mine er rene, men det betyr ofte mange støtter. Hvis du har skrevet ut ramme- og kabinettdelene med utfylling som anbefalt, har du litt opprydding å gjøre! Her er noen tips og triks for å fjerne dem.

Som du ser, brukte jeg en kombinasjon av en skrutrekker, nåletang og lommekniven for å fjerne støttene. Jeg valgte "grid" -støtter fordi de fungerer bedre og har en tendens til å komme ut rene og i ett stykke, men de er vanskeligere å fjerne. Du kan slå ut noen av dem med et raskt slag fra skrutrekkeren, men vær forsiktig så du ikke ødelegger selve delen. Det kan være enkelt å gjøre på rammedelen.

Case -delen skriver ut med en stor støttevegg i ryggen, noe som kan være spesielt vanskelig å fjerne. Jeg synes det fungerer best å gå rundt kantene med et lite knivblad, og deretter prøve å punktere det og løfte det ut sidelengs. Det vil ta litt arbeid, men tålmodigheten lønner seg!

Når du er ferdig, kan du kaste det manglede støttematerialet, eller lagre det hvis du virkelig bruker gjenbruk …

Trinn 5: Test passform

Nå som alt er ryddet opp, bør vi teste de 3D -trykte delene.

Modulene monteres alle som vist, og skal passe ganske tett. Hvis de ikke gjør det, kan du prøve å skrive ut Frame.stl med 101-102% størrelse og endre størrelsen på Case.stl slik at den passer.

Munnstykket skal kunne passe på med en liten mengde kraft, men ikke løsne for lett. Dette er et godt tidspunkt å sørge for at silisiumrøret passer på munnstykket og inn i adapteren. Jeg fant den beste måten å passe godt inn på, var å få enden inn slik du kan, deretter vri slangen mens du skyver den inn, for å få den til å sitte godt på den nederste kanten av hullet i adapteren.

Merk: På bildene bruker jeg en styrespaksmodul jeg allerede loddet ledninger til- Imidlertid skal den normale styrespaksmodulen passe fint.

Trinn 6: Forbered styrespaken

Før vi kan lodde ledninger til styrespaken, må vi kvitte oss med de gamle pinnehodene. Jeg fant ut at den beste måten var å klippe av så mye som mulig, deretter varme opp hver pinne med et loddejern og trykke på kretskortet for å få pinnen til å falle ut.

Når du har fjernet de gamle pinnene, lodder du en ledningslengde (ca. 20 cm lang) til styrespaken. Det hjelper å ha unike farger for hver pinne, slik at du enkelt kan identifisere hvilken ledning som går dit senere.

Trinn 7: Skjematisk

Nå som vi har fått 3D -designet ut av veien, er det tid for et skjematisk og koblingsskjema!

Kretsen er faktisk veldig enkel, uten motstander eller eksterne komponenter involvert, bare de tre forskjellige modulene er koblet til hverandre. Jeg har gitt en skjematisk oversikt ovenfor, og jeg skal gå over hva som går der også her:

Trykkføler bryter ut:

• "A" går til A0 på Arduino
• "5V" går til VCC på Arduino
• "GND" går til en av GND -pinnene på arduinoen

Joystick -modul:

• "GND" går til en av GND -pinnene på Arduino
• "+5V" går til "RAW" -nålen på Arduino
• "VRx" går til A2 på Arduino
• "VRy" går til A1 på Arduino
• "SW" går til D2 på Arduino (Teknisk sett bør det også være en 10K pullup -motstand mellom den og GND. Den nåværende koden bruker den imidlertid ikke, og den ville være vanskeligere å bruke uansett, så …)

Trinn 8: Lodd alt sammen

Nå er du klar til å montere all elektronikken!

Sørg for å ha modulene montert som vist! Du vil at ledningene skal løpe gjennom rammen, og gjennom de øverste eller nederste sporene der arduinoen festes. Arduinoen vil være løs, men ledningene vil løpe gjennom rammen. Ta en titt på bildene, de viser hva jeg mener.

Start med å fjerne og tinne endene på alle ledningene fra styrespaken, hvis du ikke allerede har gjort det. Deretter, basert på skjematisk og bilder, wire det opp som følger.

• GND til GND (pin 23) på Arduino
• +5V til RAW -pinnen på Arduino (rett ved siden av GND -pinnen)
• VRx til A2 på Arduino
• VRy til A1 på Arduino

Vi forlater SW -pinnen for nå, siden den selger til toppen av Arduino.

Når du går videre til trykksensoren, vil du først identifisere hvilke ledninger som er hvilke. Forutsatt at du har rammen vendt med styrespaken rett bort fra deg, er ledningsrekkefølgen som følger:

• Topptråd: Analog ut "A", til Arduino pin A0
• Midtledning: 5V, til Arduino pin VCC
• Nederste ledning: GND, til GND, pin 4, på toppen.

På dette tidspunktet kan du også koble opp SW -pinnen fra styrespaken til pinne 2 på Arduino, rett ved siden av GND -pinnen.

Vær forsiktig så du ikke bøyer ledningene for mye rundt, siden de vil bryte av ganske lett.

Trinn 9: Last opp program og test

Før vi limer alt på plass, la oss sørge for at det fungerer!

Hvis du ikke har Arduino IDE, må du laste den ned fra det offisielle Arduino -nettstedet, på Arduino.cc. Det er gratis, men de vil be deg om å donere hvis du vil.

Når du har lastet ned og installert IDE, laster du ned SupSipNPuff_Final.ino -filen fra github -siden og åpner den i IDE.

For å laste den opp til Arduino, gå under "Verktøy", "Board" og velg "Arduino/Genuino Micro". Under den samme menyen, under "Port", velg det som er tilgjengelig, det skal se ut som "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Hvis det ikke vises, må du kanskje vente mens operativsystemet installerer drivere, men det bør gjøre det automatisk.

Klikk på opplastingsknappen (Den runde blå pilknappen øverst til venstre), eller trykk Ctrl/U (eller tilsvarende) for å laste opp programmet. Når fremdriftslinjen nederst forsvinner og det står "Ferdig opplasting", er du klar til å teste!

For å teste, må du først feste munnstykket og slangen på nytt (Fest røret til den øverste porten på sensoren, ved hjelp av adapterstykket), og hold det deretter foran munnen og flytt munnstykket rundt. Den skal flytte musen på skjermen. Prøv en hard puff eller slurk til venstre/høyreklikk, og myke slurker/puffer for å rulle opp eller ned. Du kan også holde en hard slurk eller puff for å holde "museknappen" nede. Hvis du har problemer, tenk deg munnstykket som et sugerør. I stedet for å blåse eller inhalere gjennom det, skaper du et trykk med munnen din, som du ville gjort med et sugerør.

Hvis en eller flere av aksene er reversert, er det en enkel løsning:

1. Sørg for at du har SipNPuffMouse -filen åpen i IDE
2. Bla gjennom programmet til du finner linjen som sier "Mouse.move (lesing [0], -lesing [1], 0);"
3. Den første verdien for "avlesning [0]" er X (horisontal) bevegelse, og den andre "-lesing [1]" er Y (vertikal bevegelse. Avhengig av hvilken som er reversert, legger du til eller fjerner minustegnet foran "leser [x]" -linjen for å reversere verdien.
4. Last opp programmet på nytt, og test det!

(Merk: En annen enkel måte å finne linjen på er å bruke Ctrl/F. Jeg bruker dette mye når jeg jobber med koden min!)

Trinn 10: Varm lim

Nå, med Sip-n-puff som fungerer, er det på tide å sette sammen det endelige produktet! Du er kanskje stolt over hvor fint ledningene ser ut, men noen foretrekker at alt dekkes av kjedelig plast, så vi forplikter dem.

Før det må vi sikre alt inni, slik at de ikke kommer til å angre når ting er plugget inn.

1. Legg en sjenerøs mengde varmt lim bak Arduino Micro. Vi limer den til stangen som skiller hvor ledningene kommer ut på topp og bunn.
2. Hvis du kan, skyv trykksensoren litt tilbake, legg en klatt varmt lim i festet, og skyv den deretter fremover over klippen. Legg til litt mer på sidene for å sikre det som du synes. Elektronikk blir ikke skadet av varmt lim, men vær forsiktig så du ikke får det inn i portene som kommer ut av trykksensoren, der vi kobler slangen.
3. Tilsett en sjenerøs mengde varmt lim på toppen av ledningene som kommer ut av styrespaken. Dette er sannsynligvis ikke nødvendig, siden vi ikke skal flytte dem rundt lenger, men det er bra hvis det noen gang blir utsatt for ekstrem vibrasjon …

Nå som alle delene er på plass, skyv rammen inn i saken. Du må først løsne slangen. Sentrer frontplaten over styrespaksmodulen, og legg deretter lim til punktene der den kommer i kontakt med rammen (ikke tilfelle, siden du kanskje vil skyve den ut senere). Når det er satt, kan du skyve rammen ut igjen og deretter legge til mer varmt lim langs sidene av rammen der den kommer i kontakt med frontplaten, bare for å gjenskape den på nytt.

Til slutt, men ikke minst: På siden av saken som ikke har hull for slangen og USB -kontakten, slip overflaten litt for å grove den, i området du vil montere monteringsstykket. Gjør det samme til bunnen av monteringsstykket, smør det deretter med lim og fest det godt på saken. Når det er satt, kan du kutte overflødig med en liten kniv for å gi det et mer profesjonelt utseende. (Ha ha)

Trinn 11: Oppsett og bruk

Nå som du er klar til å bruke enheten, her er noen tips for oppsett.

Allens rom har en storskjerm -TV med en HDMI -inngang som sitter på veggen tvers over rommet hans fra sengen hans. Vi satte opp den bærbare datamaskinen hans på en kommode under skjermen, og koblet den til. Hvis du setter dette opp i et rom, finner du noe som er litt lengre enn 15 fot. Vi trodde det ville være nok, men det hadde ikke så mye slakk som jeg skulle ønske.

For å holde enheten kjøpte vi denne armen på Amazon for $ 19,50. Det er en 25 fleksibel arm designet for å holde et webkamera eller GoPro, med en klemme som fungerer utmerket for å klemme på en bordplate eller seng. Den har en GoPro -stilfeste på den, som vi designet monteringsstykket vårt for å montere sikkert.

Da vi brakte det til Allen først, ble jeg overrasket over hva som faktisk trengte å bli endret. Enhetsmessig ville han bare at vi skulle senke markøren litt, noe jeg siden har gjort. Men det han virkelig ønsket var litt mer stemmekontroll for datamaskinen, for å eliminere bruken av tastaturet på skjermen så mye som mulig. Sip-n-puffen kan brukes i kombinasjon med noen tilgjengelighetsverktøy på datamaskinen for å maksimere effektiviteten. En liste over alt vi gjorde for datamaskinen hans er nedenfor:

• Sett opp Cortana til å svare når som helst på "Hei Cortana".
• Installerte et tastatur på skjermen og la til en snarvei på skrivebordet.
• Lagde et skript med AutoHotKey for å åpne vinduets 10 dikteringsverktøy (Win/H).
• Installert Firefox og både Adblock og AdBlockPlus. (Cortana bruker fremdeles Edge, dessverre, men du får det du får)
• Skalert GUI og ikoner og tekst til 125%
• Installert en plugin i Firefox for å aktivere stemmesøk med et klikk på en knapp (på nettsteder som Google)
• Installerte CCleaner for å prøve å få datamaskinen til å kjøre raskere (sannsynligvis ikke nødvendig, men den bærbare datamaskinen var en lavbudsjettmodell, og er fremdeles ganske treg. Jeg klarte å få fart på den litt.)

Jeg tror det han ender med å bruke mest, er Cortanas stemmesøkfunksjon, så kanskje vil de fleste Firefox -funksjonene gå ubrukt. Han hadde imidlertid allerede et Google -hjem og Alexa, så han burde bli vant til Cortana ganske raskt.

En annen god ting å gjøre er å skrive ut brukerhåndboken (finnes på GitHub, selvfølgelig), og la den ligge med enheten slik at noen sykepleiere kan vite hvordan de skal løsne munnstykket, og minne brukeren om hvordan den skal brukes, hvis behov for.

En ting til: Med alle sprekker og hull i den 3D -trykte delen, vil den samle bakterier hvis den ikke blir tatt godt vare på. I brukerhåndboken anbefaler vi å lage ekstra munnstykker og vaske dem minst en gang i uken i en oppvaskmaskin, eller sterilisere dem i kokende vann. Dette vil bidra til å holde dem rene!

Trinn 12: Ferdig

Forhåpentligvis har du nå en ferdig, fungerende Sip-N-Puff-mus, og noen kan bruke en datamaskin!

Hvis ikke, er jeg alltid her for å hjelpe og vil gjerne høre om eventuelle problemer eller tilbakemeldinger du har.

Andre bilde: Dette er en forbedret versjon av 'Sup' som tar opp bekymringene med bakterier. Den inkluderer et pustefilter og et munnstykke i rustfritt stål. Munnstykket kan steriliseres og pustefiltrene byttes ut for å sikre at bakterier ikke kommer inn i enheten og ikke vokser på munnstykket.

Ønsker du å kjøpe en 'Sup?

Jeg har ikke en nettbutikk, men jeg er glad for å sette sammen den forbedrede 'Sup for deg!

For å kjøpe en 'Sup' kan du kontakte meg på Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Pris: Hvis du har det bra med å vente 3-4 måneder, vil kostnaden være rundt $ 120, inkludert frakt, en 15ft USB-kabel og en monteringsarm. (Ventetiden er fordi jeg kjøper deler fra Kina, og forsendelsen tar 1-3 måneder.)

Førstepremie i mikrokontrollerkonkurransen