El 'Sup: un ratolí per a persones amb tetraplegia: de baix cost i de codi obert: 12 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

A la primavera del 2017, la família del meu millor amic em va preguntar si volia volar a Denver i ajudar-los amb un projecte. Tenen un amic, Allen, que té quadriplegia com a conseqüència d’un accident de bicicleta de muntanya. Fèlix (el meu amic) i jo vam investigar ràpidament i vam decidir construir a Allen un "Sip-n-puff", combinat amb un joystick, per donar-li la possibilitat d'accedir a les mateixes funcions que un ratolí normal.

Un Sip-n-puff és un dispositiu d’entrada que pren l’entrada de l’usuari en forma de "Sip" o un "Puff" (Imagineu-vos fent una gota de palla o bufant bombolles a la vostra beguda). Aquí el combinem amb un joystick per permetre a l’usuari moure el cursor a la pantalla i el Sip-n-puff s’utilitza per a funcions com fer clic i desplaçar-se.

Els dispositius Sip-n-Puff no són cap novetat i els combos joystick / sip-n-Puff tampoc són massa estranys, però comprar un dispositiu d’aquest tipus us costarà entre 500 i 1500 $. Per a Allen, que no té cap font d’ingressos, aquest és un preu impossible. Tanmateix, el dispositiu en si és realment molt senzill. En aquest tema, us mostraré com construir-ne un per menys de 50 dòlars.

Tots els dissenys i el codi són de codi obert, cosa que significa que podeu crear-ne un sense pagar ni a mi ni a Felix. Si només desitgeu el dispositiu acabat sense la feina, estaria encantat de fer-ne un. Els detalls es troben al final de l’Instruible.

Finalment, atès que és de codi obert, podeu trobar tots els fitxers de disseny i codi al GitHub:

Voleu comprar el Sup? Podeu trobar informació al final d’aquest instructiu.

Actualització: gràcies a tots els que han votat aquest projecte. Estic molt content d’haver guanyat el meu primer concurs d’instructibles i he utilitzat molt bé la targeta regal d’Amazon. Les eines que he comprat m’han de permetre aportar contingut de més qualitat en quantitats més grans.

Una altra cosa: em va sorprendre gratament veure dos articles en línia que esmentaven aquest projecte. Un gran agraïment a Hackaday i Open-electronics.org per considerar que l'article és digne. Podeu trobar tots dos a continuació:

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/

El SUP també es va esmentar recentment a la revista New Mobility Magazine. Podeu trobar aquest article aquí:

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

Crèdits i gràcies:

He de donar moltes gràcies al meu amic Fèlix i a la seva família per haver-me conduït a Denver (on viu Allen) i haver pagat tot menys la impressora 3D. Realment va ajudar a iniciar el desenvolupament i a crear el SUP en poc temps.

Félix també reconeix addicionalment la major part del disseny 3D.

Finalment, gràcies a Allen per ser algú al qual podríem ajudar, que estava disposat a deixar-nos envair i preguntar-li com li agradava el nostre prototip empedrat.

Pas 1: eines, peces i materials

Aquí teniu tot el necessari per construir el dispositiu. Abans d’ordenar-ho tot, llegiu la resta de l’ible per assegurar-vos que esteu còmode amb el conjunt d’habilitats que necessiteu per muntar-lo.

Parts:

• Arduino Pro Micro (específicament un Pro Micro, amb connector USB i ATmega32u4)
• Sensor de pressió MPXV7002DP amb placa de sortida
• Mòdul joystick
• Tubs de silicona de qualitat alimentària, 1/8 DI per 1/4 OD, aproximadament 6"
• Parts impreses en 3D, per valor de <= 72 grams
• Filferros (he utilitzat fils femella-femella de DuPont i després he tallat els extrems)

Eines:

• Soldador (Aquest ferro de 30w a Amazon funciona molt bé)
• Pistola de cola calenta (alta temperatura)
• Impressora 3D (o bé imprimeix material mitjançant un servei d'impressió 3D)
• Misc. eines com alicates, tornavís de cap pla, paper de vidre, ganivet petit afilat amb fulla fina, talladores de filferro

Materials:

• Filament PLA normal (he utilitzat Hatchbox PLA negre)
• Filament flexible, com ara TPU o NinjaFlex (la meva impressora venia amb un petit rotllo de TPU de color verd. També podeu modificar la peça de la boquilla per acceptar un tub de diàmetre inferior i obtenir un tub d'identificació de 2,5 mm per adaptar-lo al sensor)

El cost total de les peces és d’uns 22 dòlars, sense incloure el filament de la impressora 3D. Un cop afegiu el braç flexible i el llarg cable USB, totalitzarà aproximadament 49 dòlars.

Tingueu en compte que els enllaços aquí són principalment el preu més barat de la Xina. Aquests trigaran almenys un mes a arribar-vos. Si voleu peces més ràpides, haureu de pagar una mica més per fonts més properes amb un enviament més ràpid. Espereu que el cost total pugui arribar als 75 $ aproximadament.

Pas 2: Coses d'impressió en 3D

Tots els fitxers STL es poden trobar a https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, els necessitareu tots.

Si no teniu una impressora 3D, hi ha molts serveis d’impressió 3D que podeu utilitzar. Si voleu obtenir una impressora econòmica que funcioni molt bé (i no us importi un muntatge), us recomano l'Anet A8. És un clon Prusa i3 de 150 dòlars, ha funcionat bé per a mi i té una gran comunitat en línia.

Estoig i marc:

Imprimiu amb suports "a tot arreu", a 0,1-0,2 MM d'alçada de la capa. He utilitzat un tipus de suport de "quadrícula", però és possible que sigui més fàcil eliminar "línies"

GoProClip i FacePlate:

Imprimeix com a normal, sense suports, 0,1-0,2 MM d'alçada de la capa

Adaptador de tubs:

1. Per imprimir en filament flexible
2. Alçada de la capa 0,1
3. Retracció desactivada
4. Sense suports

Pas 3: Impressió i recuit de la boquilla

Abans d’anar a imprimir tots els embocadors addicionals, és una bona idea assegurar-se que es redueixin correctament quan es recocin.

Si voleu ser científics, seguiu imprimint AnnealingTestr.stl i mesureu-ho abans i després del recuit per esbrinar el percentatge exacte que es va reduir / va créixer i en quin eix. Normalment s'espera una contracció del 5% a l'eix X i Y ', i un creixement del 2% a l'eix Z. Sense el forn de convecció PLA negre Hatchbox, hem aconseguit una contracció del 2% a X i Y i un creixement de l’1% a l’eix Z.

No obstant això, atès que aquesta peça només està dissenyada per adaptar-se moderadament bé al joystick, no cal ser molt precís. Utilitzant els nostres valors per a Hatchbox black PLA, aquí teniu el procés d’impressió de l’embocadura:

1. Canvieu la mida de X i Y al 103% de la mida, deixeu la Z tal qual (volem augmentar aproximadament un 2% la mida de les dimensions originals, un cop recocides, perquè s’adapti moderadament fàcilment al joystick)
2. Imprimiu amb una vora, a més de suport "per tocar la placa de construcció".
3. Ompliu-lo al 100% (per tal que l’aigua no s’infiltri)
4. Velocitat d'impressió normal, 0,1 mm d'alçada de capa
5. (Si teniu un llit climatitzat, poseu-lo a 50 ° C)
6. Hotend a 220C.

No he jugat gaire amb aquests valors, però això és el que he utilitzat per a la meva impressora (un clon Prusa i3, l'Anet A8).

Un cop hàgiu imprès una o dues peces, proveu de recocir-les i comproveu si encaixen.

El procés de recuit:

1. Preescalfeu el forn, preferiblement en un paràmetre de convecció (si el forn ho fa), a un punt proper a 158F o 70C. Alguns forns no aniran tan baixos, si s’apaga una mica, no importa tant.
2. Espereu a que el forn s’escalfi i, a continuació, poseu-hi la peça o peces en alguna cosa que eviti que caiguin.
3. Establiu un temporitzador durant una hora i deixeu-lo. No obriu el forn per comprovar-lo, ja que l’efecte de refrigeració pot embrutar-se amb el procés de recuit.
4. Un cop asseguda allà durant una hora, apagueu el forn i deixeu-hi la peça perquè es refredi amb el forn. Un termòmetre funcionaria bé per a això, però no cal ser molt precís, només cal esperar una hora més o menys.
5. Un cop refredat bàsicament, traieu-lo. Ara hauria de ser més resistent i, sobretot, capaç de suportar l’aigua bullent i el rentat al rentaplats.

Pas 4: Postprocessar impressions 3D

M’agrada que les meves impressions en 3D estiguin netes, però això sovint significa molts suports. Si heu imprès les parts del marc i de la caixa amb el farciment com es recomana, teniu una mica de neteja per fer. Aquí teniu uns quants consells i trucs per eliminar-los.

Com podeu veure, he utilitzat una combinació d’un tornavís, unes alicates per al nas d’agulla i el ganivet de butxaca per treure els suports. He triat els suports de "quadrícula" perquè funcionen millor i solen sortir nets i d'una sola peça, però són més difícils de treure. Podeu eliminar-ne alguns només amb un cop ràpid del tornavís, però tingueu cura de no trencar la peça real. Es pot fer fàcilment a la part del marc.

La part de la caixa s’imprimeix amb una gran paret de suport a la part posterior, que pot resultar especialment difícil d’eliminar. Em sembla que funciona millor per les vores amb una fulla de ganivet petita, i després provar de punxar-la i extreure-la cap als costats. Es necessitarà una mica de feina, però la paciència compensa.

Un cop hàgiu acabat, podeu descartar el material de suport maltractat o desar-lo si realment voleu reutilitzar-lo …

Pas 5: proveu l'ajust

Ara que es neteja tot, hauríem de provar que s’adaptin a les parts impreses en 3D.

Tots els mòduls es munten tal com es mostra i haurien d’adaptar-se força. Si no ho fan, proveu d'imprimir Frame.stl amb una mida del 101-102% i canvieu la mida de Case.stl perquè s'adapti.

L’embocadura hauria de poder encaixar amb una petita força, però no desprendre’s amb massa facilitat. Aquest és un bon moment per assegurar-se que el tub de silici s’adapti a l’embocadura i a l’adaptador. Vaig trobar que la millor manera d’encaixar amb seguretat era d’aconseguir el final com sigui possible, i després torçar el tub mentre l’empenyia per aconseguir que quedés ben situat a la vora inferior del forat de l’adaptador.

Nota: a les imatges, estic fent servir un mòdul de palanca de control per al qual ja he soldat els cables.

Pas 6: prepareu el joystick

Abans de soldar cables al joystick, haurem de desfer-nos de les antigues capçaleres de pins. Vaig trobar que la millor manera era retallar el màxim possible, després escalfar cada passador amb un soldador i tocar el PCB per aconseguir que el pin caigués.

Un cop heu tret els passadors antics, soldeu una longitud de cables (uns 20 cm de llarg) al mòdul del joystick. Ajuda a tenir colors únics per a cada pin, de manera que pugueu identificar fàcilment quin fil va més endavant.

Pas 7: Esquema

Ara que ja no tenim el disseny 3D, és hora de fer un esquema i un diagrama de cablejat.

El circuit és realment molt senzill, sense resistències ni components externs, només els 3 mòduls diferents connectats entre si. He proporcionat un esquema anterior i revisaré allò que aquí és aquí:

Trencament del sensor de pressió:

• "A" va a A0 a l'Arduino
• "5V" va a VCC a l'Arduino
• "GND" va a un dels pins GND de l'arduino

Mòdul Joystick:

• "GND" va a un dels pins GND de l'Arduino
• "+ 5V" va al pin "RAW" de l'Arduino
• "VRx" va a A2 a l'Arduino
• "VRy" va a A1 a l'Arduino
• "SW" va a D2 a l'Arduino (tècnicament, també hi hauria d'haver una resistència de tracció de 10K entre ell i GND. Tot i això, el codi actual no l'utilitza i seria més difícil utilitzar-lo de totes maneres, així que …)

Pas 8: soldeu-ho tot junt

Ara ja esteu preparats per muntar tota l’electrònica.

Assegureu-vos de tenir els mòduls muntats tal com es mostra! Voleu que els cables passin pel marc i per les ranures superior o inferior on es connecta l’arduino. L'arduino estarà fluix, però els cables passaran pel marc. Mireu les imatges, que mostren el que vull dir.

Comenceu pelant i tenyint els extrems de tots els cables del joystick, si encara no ho heu fet. A continuació, a partir de l'esquema i les imatges, connecteu-lo de la manera següent.

• GND al GND (pin 23) a l'Arduino
• + 5 V al pin RAW de l'Arduino (just al costat del pin GND)
• De VRx a A2 a l'Arduino
• VRy a A1 a l'Arduino

Deixarem el pin SW per ara, ja que es solda a la part superior de l'Arduino.

Passant al sensor de pressió, primer voldreu identificar quins són els cables. Suposant que el marc està orientat amb el joystick apuntat directament, l’ordre del cable és el següent:

• Cable superior: sortida "A" analògica, al pin A0 d'Arduino
• Cable mig: 5 V, al pin Arduino VCC
• Cable inferior: GND, a GND, pin 4, a la part superior.

En aquest punt, també podeu connectar el pin SW des del joystick al pin 2 de l’Arduino, just al costat del pin GND.

Aneu amb compte de no doblegar massa els cables, ja que es trencaran amb força facilitat.

Pas 9: pengeu el programa i proveu-lo

Abans d’enganxar-ho tot al seu lloc, assegurem-nos que funcioni.

Si no teniu l'IDE Arduino, l'haureu de descarregar des del lloc web oficial d'Arduino, a Arduino.cc. És gratuït, tot i que us demanaran que doneu si voleu.

Un cop hàgiu descarregat i instal·lat l’IDE, descarregueu el fitxer SupSipNPuff_Final.ino des de la pàgina de github i obriu-lo a l’IDE.

Per carregar-lo a l'Arduino, aneu a "Eines", "Tauler" i seleccioneu "Arduino / Genuino Micro". Al mateix menú, a "Port", seleccioneu tot el que estigui disponible, hauria de ser semblant a "COM12 (Arduino / Genuino Micro)". Si no apareix, potser haureu d'esperar mentre el sistema operatiu instal·la els controladors, però ho hauria de fer automàticament.

Feu clic al botó de càrrega (el botó de fletxa blava rodona a la part superior esquerra) o premeu Ctrl / U (o equivalent) per carregar el programa. Quan la barra de progrés de la part inferior desaparegui i es digui "S'ha fet la càrrega", ja podeu fer la prova.

Per provar, torneu a connectar la boquilla i el tub (Col·loqueu el tub al port més alt del sensor, utilitzant la peça adaptadora), després manteniu-lo davant de la boca i moveu-lo. Ha de moure el ratolí a la pantalla. Proveu un cop o un glop dur fent clic esquerre / dret i glops suaus per desplaçar-vos cap amunt o cap avall. També podeu agafar un glop dur o bufar per mantenir premut el "botó del ratolí". Si teniu problemes, imagineu-vos l’embocadura com una palla. En lloc de bufar o inhalar-lo, creeu una pressió amb la boca, com ho faria amb una palleta.

Si s’inverteix un o més eixos, és una solució senzilla:

1. Assegureu-vos que teniu el fitxer SipNPuffMouse obert a l’IDE
2. Desplaceu-vos pel programa fins que trobeu la línia que diu "Mouse.move (llegint [0], -llegint [1], 0);"
3. El primer valor de "lectura [0]" és el moviment X (horitzontal) i el segon "-llegir [1]" és la Y (moviment vertical. Segons el que s'inverti, afegiu o traieu el signe menys que hi ha davant la línia de "lectura [x]" per invertir el valor.
4. Torneu a penjar el programa i proveu-lo.

(Nota: Una altra manera senzilla de trobar la línia és utilitzar Ctrl / F. Ho faig molt servir quan treballo amb el meu codi!)

Pas 10: cola calenta

Ara, amb el vostre Sip-n-puff funcionant, és hora de muntar el producte final. És possible que estigueu orgullós del bonic aspecte del cablejat, però hi ha qui prefereix que tot això estigui cobert de plàstic avorrit, així que ho obligarem.

Abans d’això, hem d’assegurar tot el que hi ha a dins perquè no es desfacin quan es connecten les coses.

1. Poseu una gran quantitat de cola calenta darrere de l'Arduino Micro. L’enganxem a la barra que separa on surten els cables per dalt i per baix.
2. Si podeu, feu lliscar una mica el sensor de pressió cap enrere, poseu-hi una bola de cola calenta i, a continuació, feu-la lliscar cap endavant sobre la bola. Afegiu-ne més als laterals per assegurar-lo com convingueu. L’electrònica no es fa mal amb la cola calenta, però tingueu cura de no introduir-la als ports que surten del sensor de pressió, on connectem el tub.
3. Afegiu una gran quantitat de cola calenta a sobre dels cables que surten del mòdul Joystick. Probablement no sigui necessari, ja que ja no els mourem, però és bo en cas que se sotmeti a vibracions extremes …

Ara que totes les parts estan al seu lloc, feu lliscar el marc a la caixa. Primer haureu de separar el tub. Ara, centreu la placa frontal sobre el mòdul Joystick i, a continuació, afegiu cola als punts en què es posa en contacte amb el marc (no és el cas, ja que és possible que vulgueu lliscar-lo més endavant). Un cop definit, podeu fer lliscar el marc cap enrere i afegir més cola calenta als costats del marc on es posa en contacte amb la placa frontal, només per reforçar-lo.

Finalment, però no menys important: al lateral de la caixa que no té el forat per al tub i el connector USB, lijeu una mica la superfície per fer-la més rugosa, a la zona on vulgueu muntar la peça de muntatge. Feu el mateix a la part inferior de la peça de muntatge, després unteu-la amb cola i fixeu-la fermament a la caixa. Un cop ajustat, podeu reduir l’excés amb un ganivet petit per donar-li un aspecte més professional. (Jaja)

Pas 11: Configuració i ús

Ara que ja esteu preparat per utilitzar el dispositiu, a continuació us oferim uns quants consells per configurar-lo.

L’habitació d’Allen té un televisor de pantalla gran amb una entrada HDMI que s’assenta a la paret de la seva habitació des del llit. Vam col·locar el portàtil en un aparador sota la pantalla i el vam connectar. Si ho configureu a una habitació, trobeu alguna cosa una mica més llarg de 15 peus. Vam pensar que n’hi hauria prou, però no va tenir tanta folga com m’hagués agradat.

Per mantenir el dispositiu, vam comprar aquest braç a Amazon, per 19,50 dòlars. És un braç flexible de 25 polzades dissenyat per subjectar una càmera web o GoPro, amb una pinça que funciona molt bé per fixar-se a la taula o al llit. Té un suport GoPro, que hem dissenyat per muntar de forma segura.

Quan el vam portar a Allen per primera vegada, em va sorprendre el que realment necessitava canviar. Segons el dispositiu, només volia que alentíssim una mica el cursor, cosa que he fet des de llavors. Tot i això, el que realment volia era un control de veu més per al seu ordinador, per eliminar l’ús del teclat en pantalla tant com fos possible. El sip-n-puff es pot utilitzar en combinació amb algunes eines d’accessibilitat de l’ordinador per maximitzar l’eficàcia. A continuació es mostra una llista de tot el que vam fer per al seu ordinador:

• Configureu Cortana per respondre en qualsevol moment a "Hola Cortana".
• S'ha instal·lat un teclat en pantalla i s'ha afegit una drecera a l'escriptori.
• S'ha creat un script amb AutoHotKey per obrir l'eina de dictat de Windows (Win / H).
• S'ha instal·lat Firefox i Adblock i AdBlockPlus. (Cortana encara utilitza Edge, malauradament, però obtindreu el que obteniu)
• Interfície gràfica d'usuari i icones i text a escala al 125%
• S'ha instal·lat un connector a Firefox per habilitar la cerca per veu amb un clic d'un botó (a llocs com Google)
• S'ha instal·lat CCleaner per intentar que l'ordinador funcioni més ràpidament (probablement no sigui necessari, però el seu ordinador portàtil era un model de baix cost pressupostari i encara és bastant lent. Vaig aconseguir accelerar-lo una mica).

Crec que el que acabarà fent servir és la funció de cerca per veu de Cortana, de manera que potser la majoria de les funcions de Firefox quedaran inutilitzades. No obstant això, ja tenia google home i Alexa, de manera que s’hauria d’acostumar a Cortana força ràpidament.

Una altra cosa bona que cal fer és imprimir el manual de l’usuari (que es troba al GitHub, per descomptat) i deixar-lo amb el dispositiu perquè qualsevol infermera pugui saber desprendre l’embocadura i recordar a l’usuari com s’ha d’utilitzar, si necessari.

Una cosa més: amb totes les escletxes i esquerdes de la part impresa en 3D, recollirà bacteris si no es cuida adequadament. Al manual de l'usuari, es recomana fabricar embocadures addicionals i rentar-les almenys un cop a la setmana al rentaplats o esterilitzar-les en aigua bullent. Això els ajudarà a mantenir-los nets.

Pas 12: acabat

Amb sort, a hores d’ara teniu un ratolí Sip-N-Puff acabat i funcionant, i algú pot utilitzar un ordinador.

Si no, sempre estic aquí per ajudar-vos i m’agradaria conèixer els vostres problemes o comentaris.

Segona imatge: es tracta d'una versió millorada del 'Sup que tracta les preocupacions relacionades amb els bacteris. Inclou un filtre d'alè i una boquilla d'acer inoxidable. L'embocadura es pot esterilitzar i substituir els filtres respiratoris per garantir que els bacteris no puguin entrar al dispositiu i no creixin a la boca.

Voleu comprar un "Sup?"

No tinc una botiga en línia, però estic encantat de muntar el millor "Sup per a tu!"

Per comprar un "Sup", podeu contactar-me a Jacobtimothyfield (a) gmail (punt com).

Preu: si està bé esperant uns 3-4 mesos, el cost serà d’uns 120 dòlars, inclòs l’enviament, un cable USB de 15 peus i un braç de muntatge. (L’espera és perquè obtinc peces de la Xina i l’enviament triga entre 1 i 3 mesos).

Primer premi del concurs de microcontroladors