The 'Sup - en mus til mennesker med Quadriplegia - lave omkostninger og open source: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

I foråret 2017 spurgte min bedste vens familie mig, om jeg ville flyve til Denver og hjælpe dem med et projekt. De har en ven, Allen, der har quadriplegia som følge af en mountainbike-ulykke. Felix (min ven) og jeg lavede nogle hurtige undersøgelser og besluttede at bygge Allen a a "Sip-n-puff", kombineret med et joystick, for at give ham mulighed for at få adgang til alle de samme funktioner som en normal mus.

En Sip-n-puff er en inputenhed, der tager brugerinput i form af en "Sip" eller en "Puff" (Forestil dig, at du nipper til et sugerør eller blæser bobler i din drink). Her kombinerer vi det med et joystick for at gøre det muligt for brugeren at flytte markøren på skærmen, og Sip-n-puffen bruges til funktioner som at klikke og rulle.

Sip-n-puff-enheder er ikke noget nyt, og joystick/sip-n-puff-kombinationer er heller ikke så ualmindelige- Men at købe sådan en enhed vil koste dig omkring $ 500 til $ 1500! For Allen, der ikke har nogen indtægtskilde, er det en umulig pris. Selve enheden er imidlertid faktisk meget enkel- I denne ible viser jeg dig, hvordan du bygger en til lige under $ 50!

Alle designs og kode er open source, hvilket betyder at du kan bygge en uden at betale mig eller Felix en krone! Hvis du bare vil have den færdige enhed uden arbejde, laver jeg gerne en til dig. Detaljer findes i slutningen af Instructable.

Endelig, da dette er open source, kan du finde alle designfiler og kode på GitHub:

Ønsker du at købe 'Sup? Du kan finde information i slutningen af denne instruktionsbog.

Opdatering: Tak til alle der stemte på dette projekt! Jeg er super glad for at have vundet min første instruktørkonkurrence, og jeg har brugt Amazon-gavekortet til god brug- De værktøjer, jeg har købt, skal gøre det muligt for mig at bringe indhold af højere kvalitet i større mængder.

En anden ting: Jeg blev glædeligt overrasket over at se to artikler online omtaler dette projekt! En stor tak til Hackaday og Open-electronics.org for at anse den for værdig. Du kan finde begge dele herunder:

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 blev også for nylig omtalt i New Mobility Magazine. Du kan finde den artikel her:

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

Kreditter og tak:

Jeg skylder en stor tak til min ven Felix og hans familie for at have fløjet mig ud til Denver (hvor Allen bor) og betalt for alt andet end 3D -printeren. Det hjalp virkelig med at få udviklingen i gang, og lav 'SUP'en på kort tid!

Yderligere kredit går også til Felix for det meste af 3D -designet.

Endelig tak til Allen for at være en, vi kunne hjælpe, som var villig til at lade os invadere og spørge ham, hvordan han kunne lide vores brostensbelagte prototype.

Trin 1: Værktøjer, dele og materialer

Her er alt hvad du behøver for at bygge enheden. Inden du bestiller alt, skal du læse resten af artiklen igennem for at sikre, at du er fortrolig med det færdighedssæt, du skal samle!

Dele:

• Arduino Pro Micro (Specifikt en Pro Micro, med et USB -stik og ATmega32u4)
• MPXV7002DP tryksensor m/breakout board
• Joystick -modul
• Slange af fødevarekvalitet i silicium, 1/8 ID med 1/4 OD, ca. 6"
• 3D -printede dele, <= 72 gram værd
• Ledninger (jeg brugte DuPont hun-hun-ledninger og skar derefter enderne af)

Værktøjer:

• Loddejern (Dette 30w jern på Amazon fungerer godt)
• Varm limpistol (høj temperatur)
• 3D -printer (Eller få udskrevet ting via en 3D -udskrivningstjeneste)
• Diverse værktøjer som tang, fladskruetrækker, sandpapir, skarp lille kniv med tyndt blad, trådklipper

Materialer:

• Normal PLA filament (jeg brugte Hatchbox sort PLA)
• Fleksibelt filament som f.eks. TPU eller NinjaFlex (Min printer kom med en lille rulle grøn TPU. Alternativt kan du ændre mundstykkedelen for at acceptere en slange med mindre diameter og derefter få 2,5 mm ID -slange, der passer til sensoren)

Den samlede pris for dele er omkring $ 22, inklusive 3D -printerfilamentet. Når du først har tilføjet den fleksible arm og det lange USB -kabel, beløber det sig til omkring $ 49.

Bemærk, at linkene her for det meste er den billigste pris fra Kina! Disse tager mindst en måned at komme til dig. Hvis du vil have dele hurtigere, skal du betale lidt mere for tættere kilder med hurtigere forsendelse. Forvent de samlede omkostninger til op til omkring $ 75.

Trin 2: 3D -print ting

Alle STL -filer kan findes på https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, du skal bruge dem alle.

Hvis du ikke har en 3D -printer, er der masser af 3D -udskrivningstjenester, som du kan bruge. Hvis du vil have en billig printer, der fungerer godt (og ikke har noget imod montering), anbefaler jeg Anet A8. Det er en Prusa i3 -klon på $ 150, der har fungeret godt for mig, og det har et fantastisk onlinesamfund.

Etui og stel:

Udskriv med understøtninger "overalt" i 0,1-0,2MM laghøjde. Jeg brugte en "grid" supporttype, men "linjer" kan være lettere at fjerne

GoProClip og FacePlate:

Udskriv som normalt, ingen understøtninger, 0,1-0,2MM laghøjde

Slangeadapter:

1. Udskrives i fleksibelt filament
2. Laghøjde 0,1
3. Tilbagetrækning OFF
4. Ingen understøtninger

Trin 3: Udskrivning og udglødning af mundstykket

Inden du går og udskriver alle dine ekstra mundstykker, er det en god idé at sikre, at de krymper korrekt, når de glødes.

Hvis du vil være videnskabelig, skal du fortsætte med at udskrive AnnealingTestr.stl og måle det før og efter glødning for at finde ud af den nøjagtige procentdel, den krymper/voksede og i hvilken akse. Normalt forventes ca. 5% krympning i X- og Y -aksen 'og ca. 2% vækst i Z -aksen. Uden Hatchbox sort PLA og konvektionsovn klarede vi cirka 2% krympning på X og Y og en vækst på 1% på Z -aksen.

Men da dette stykke virkelig kun er designet til at passe moderat godt til joysticket, behøver du ikke at være særlig præcis. Brug vores værdier for Hatchbox black PLA, her er udskrivningsprocessen for mundstykket:

1. Ændre størrelsen på X og Y til 103% størrelse, lad Z være som den er (vi sigter mod en størrelsesforøgelse på cirka 2% i forhold til de originale dimensioner, når de er glødet, så den let kan passe moderat på joysticket)
2. Udskriv med en rand, plus understøtter "rørende byggeplade".
3. Påfyld 100% (så vand ikke siver ind i det)
4. Normal udskrivningshastighed, 0,1 mm laghøjde
5. (Hvis du har en opvarmet seng, skal du indstille den til 50C)
6. Hotend ved 220C.

Jeg har ikke spillet meget med disse værdier, men det er det, jeg brugte til min printer (En Prusa i3 -klon, Anet A8).

Når du har udskrevet et eller to stykker, kan du prøve at annealere dem og se, om de passer.

Glødningsprocessen:

1. Forvarm din ovn, helst ved en konvektionsindstilling (hvis din ovn gør det), til et sted tæt på 158F eller 70C. Nogle ovne går ikke så lavt, hvis det slukker lidt, gør det ikke så meget.
2. Vent på, at ovnen bliver varm, og sæt derefter dine stykker i noget, der forhindrer dem i at falde igennem.
3. Indstil en timer til en time, og lad den stå. Åbn ikke ovnen for at kontrollere den, da køleeffekten kan ødelægge glødningsprocessen.
4. Når det har siddet derinde i en time, skal du slukke for ovnen og lade stykket derinde afkøle med ovnen. Et termometer ville fungere godt til dette, men du behøver ikke at være superpræcis, bare vent en time eller deromkring.
5. Når det i bund og grund er kølet ned, skal du tage det ud. Det skal nu være stærkere og vigtigere, kunne modstå kogende vand og en vask i opvaskemaskinen.

Trin 4: Efterbehandling 3D-udskrifter

Jeg kan godt lide, at mine 3D -udskrifter er rene, men det betyder ofte masser af understøttelser. Hvis du har udskrevet rammen og kabinetdelene med udfyldning som anbefalet, har du lidt oprydning at gøre! Her er et par tips og tricks til at fjerne dem.

Som du kan se, brugte jeg en kombination af en skruetrækker, nåletang og min lommekniv til at fjerne understøtningerne. Jeg valgte "grid" understøtninger, fordi de fungerer bedre og har en tendens til at komme rene og i ét stykke, men de er sværere at fjerne. Du kan slå nogle af dem ud med et hurtigt slag fra skruetrækkeren, men pas på ikke at bryde den faktiske del- Det kan være let at gøre på rammedelen.

Case -delen udskriver med en stor støttevæg i ryggen, hvilket kan være særligt svært at fjerne. Jeg synes, det fungerer bedst at gå rundt i kanterne med et lille knivblad, og derefter prøve at punktere det og løfte det ud til siden. Det kræver noget arbejde, men tålmodigheden betaler sig!

Når du er færdig, kan du kassere det manglede støttemateriale eller gemme det, hvis du virkelig er til genbrug …

Trin 5: Test pasform

Nu hvor alt er ryddet op, bør vi teste, hvordan de 3D -printede dele passer.

Modulerne samles alle som vist, og skal passe temmelig tæt. Hvis de ikke gør det, kan du prøve at udskrive Frame.stl i 101-102% størrelse og ændre størrelsen på Case.stl, så den passer.

Mundstykket skal kunne passe med en lille mængde kraft, men må ikke komme for let af. Dette er et godt tidspunkt at sikre, at siliciumslangen passer til mundstykket og ind i adapteren. Jeg fandt den bedste måde at passe sikkert ind på var at få enden ind, men du kan, derefter vride slangen, mens du skubber den ind, for at få den til at sidde godt på bundkanten af hullet i adapteren.

Bemærk: På billederne bruger jeg et joystick-modul, jeg allerede lodde ledninger til- Det normale joystick-modul skulle dog passe fint.

Trin 6: Forbered joysticket

Inden vi kan lodde ledninger til joysticket, skal vi slippe af med de gamle pinhoveder. Jeg fandt ud af, at den bedste måde var at klippe så meget af som muligt, derefter varme hver stift op med et loddejern og trykke på printet for at få stiften til at falde ud.

Når du har fjernet de gamle stifter, loddes en længde ledninger (ca. 20 cm lang) til joystick -modulet. Det hjælper med at have unikke farver til hver nål, så du let kan identificere, hvilken ledning der går senere.

Trin 7: Skematisk

Nu hvor vi har fået 3D -designet af vejen, er det tid til et skematisk og ledningsdiagram!

Kredsløbet er faktisk meget enkelt uden modstande eller eksterne komponenter involveret, bare de 3 forskellige moduler er forbundet til hinanden. Jeg har givet en skematisk oversigt ovenfor, og jeg vil også gennemgå, hvad der går her:

Tryksensorudbrud:

• "A" går til A0 på Arduino
• "5V" går til VCC på Arduino
• "GND" går til en af GND -benene på arduinoen

Joystick -modul:

• "GND" går til en af GND -benene på Arduino
• "+5V" går til "RAW" pin på Arduino
• "VRx" går til A2 på Arduino
• "VRy" går til A1 på Arduino
• "SW" går til D2 på Arduino (Teknisk set burde der også være en 10K pullup -modstand mellem den og GND. Den nuværende kode bruger den imidlertid ikke, og den ville være sværere at bruge alligevel, så …)

Trin 8: Lod alt sammen

Nu er du klar til at samle al elektronikken!

Sørg for at have modulerne monteret som vist! Du vil have ledningerne til at løbe gennem rammen og gennem de øverste eller nederste åbninger, hvor arduinoen fastgøres. Arduinoen vil være løs, men ledningerne løber gennem rammen. Tag et kig på billederne, de viser, hvad jeg mener.

Start med at fjerne og tinde enderne på alle ledninger fra joysticket, hvis du ikke allerede har gjort det. Derefter, baseret på skematisk og billeder, wire det op som følger.

• GND til GND (pin 23) på Arduino
• +5V til RAW -stiften på Arduino (lige ved siden af GND -stiften)
• VRx til A2 på Arduino
• VRy til A1 på Arduino

Vi forlader SW -stiften for nu, da den går til toppen af Arduino.

Når du går videre til tryksensoren, vil du først identificere, hvilke ledninger der er hvilke. Forudsat at du har rammen vendt med joysticket peget direkte væk fra dig, er trådordren som følger:

• Øverste ledning: Analog ud "A", til Arduino pin A0
• Mellemtråd: 5V, til Arduino pin VCC
• Bundtråd: GND, til GND, pin 4, på toppen.

På dette tidspunkt kan du også koble SW -stiften op fra joysticket til pin 2 på Arduino, lige ved siden af GND -stiften.

Pas på ikke at bøje ledningerne for meget rundt, da de ret let kan bryde af.

Trin 9: Upload program og test

Før vi limer alt på plads, lad os sikre os, at det virker!

Hvis du ikke har Arduino IDE, skal du downloade den fra det officielle Arduino -websted på Arduino.cc. Det er gratis, selvom de vil bede dig om at donere, hvis du vil.

Når du har downloadet og installeret IDE, skal du downloade filen SupSipNPuff_Final.ino fra github -siden og derefter åbne den i IDE.

For at uploade den til Arduino skal du gå under "Værktøjer", "Board" og vælge "Arduino/Genuino Micro". Under den samme menu, under "Port", vælg hvad der er tilgængeligt, det skal ligne noget på "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". Hvis det ikke vises, skal du muligvis vente, mens dit operativsystem installerer drivere, men det bør gøre det automatisk.

Klik på upload -knappen (Den runde blå pileknap øverst til venstre), eller tryk på Ctrl/U (eller tilsvarende) for at uploade programmet. Når statuslinjen i bunden forsvinder, og der står "Udført upload", er du klar til at teste!

For at teste skal du først fastgøre mundstykket og slangen (Fastgør slangen til den øverste port på sensoren ved hjælp af adapterstykket), hold den derefter foran din mund og flyt mundstykket rundt. Det skal flytte musen på skærmen. Prøv en hård puff eller slurk til venstre/højre klik, og bløde slurke/puffs for at rulle op eller ned. Du kan også holde en hård slurk eller puff for at holde "museknappen" nede. Hvis du har problemer, skal du forestille dig mundstykket som et sugerør. I stedet for at blæse eller inhalere igennem det, skaber du et pres med din mund, som du ville med et sugerør.

Hvis en eller flere af akserne er vendt, er det en simpel løsning:

1. Sørg for, at du har SipNPuffMouse -filen åben i IDE
2. Rul gennem programmet, indtil du finder linjen, der siger "Mouse.move (læsning [0], -læsning [1], 0);"
3. Den første "aflæsning [0]" værdi er X (vandret) bevægelse, og den anden "læsning [1]" er Y (lodret bevægelse. Afhængigt af hvilken der vendes, tilføj eller fjern minustegnet foran linjen "læsning [x]" for at vende værdien.
4. Upload programmet igen, og test det!

(Bemærk: En anden let måde at finde linjen på er at bruge Ctrl/F. Jeg bruger dette meget, når jeg arbejder med min kode!)

Trin 10: Varm lim

Nu, hvor din Sip-n-puff fungerer, er det tid til at samle det endelige produkt! Du er måske stolt over, hvor flot ledningerne ser ud, men nogle foretrækker, at alt dækkes af kedeligt plastik, så vi forpligter dem.

Inden det skal vi sikre alt indeni, så de ikke fortrydes, når tingene tilsluttes.

1. Læg en generøs mængde varm lim bag Arduino Micro. Vi limer det til stangen, der adskiller, hvor ledningerne kommer ud på toppen og bunden.
2. Hvis du kan, skal du skubbe tryksensoren lidt tilbage, læg en klat varm lim i holderen, og skub den derefter frem over kluden. Tilføj lidt mere på siderne for at sikre det, som du finder passende. Elektronik tager ikke skade af varm lim, men pas på ikke at få det ind i portene, der kommer ud af trykføleren, hvor vi forbinder slangen.
3. Tilføj en generøs mængde varm lim oven på ledningerne, der kommer ud af joystick -modulet. Dette er sandsynligvis ikke nødvendigt, da vi ikke længere vil flytte dem rundt, men det er godt, hvis det nogensinde udsættes for ekstrem vibration …

Nu hvor alle delene er på plads, skal du skubbe rammen ind i kassen. Du skal først afmontere slangen. Centrer nu frontpladen over joystick -modulet, og tilføj derefter lim til de punkter, hvor den kommer i kontakt med rammen (ikke tilfældet, da du måske vil skubbe den ud senere). Når det er indstillet, kan du skubbe rammen ud igen og derefter tilføje mere varm lim langs siderne af rammen, hvor den kommer i kontakt med frontpladen, bare for at håndhæve den igen.

Endelig, men ikke mindst: På siden af sagen, der ikke har hullet til slangen og USB -stikket, skal du slibe overfladen lidt for at ru den, i det område, du vil montere monteringsstykket. Gør det samme til bunden af monteringsstykket, smør det derefter med lim og sæt det fast på sagen. Når det er sat, kan du skære overskuddet af med en lille kniv for at give det et mere professionelt udseende. (Haha)

Trin 11: Opsætning og brug

Nu hvor du er klar til at bruge enheden, er her et par tip til opsætning.

Allens værelse har et storskærms -tv med en HDMI -indgang, der sidder på væggen på tværs af hans værelse fra hans seng. Vi satte hans bærbare computer op på en kommode under skærmen, og sluttede den til. Hvis du indstiller dette i et værelse, skal du finde noget lidt længere end 15ft. Vi troede, at det ville være nok, men det havde ikke så meget slap som jeg ville have ønsket.

For at holde enheden købte vi denne arm på Amazon for $ 19,50. Det er en 25 fleksibel arm designet til at holde et webcam eller GoPro, med en klemme, der fungerer godt til fastspænding på en bordplade eller seng. Den har en GoPro -stil mount på den, som vi har designet vores monteringsstykke til at montere sikkert.

Da vi først bragte det til Allen, blev jeg overrasket over, hvad der egentlig skulle ændres. Enhedsmæssigt ville han bare have, at vi bremsede markøren lidt, hvilket jeg siden har gjort. Men hvad han virkelig ønskede var noget mere stemmestyring til sin computer for at eliminere brugen af tastaturet på skærmen så meget som muligt. Sip-n-puffen kan bruges i kombination med nogle tilgængelighedsværktøjer på computeren for at maksimere effektiviteten. En liste over alt, hvad vi gjorde for hans computer, er herunder:

• Konfigurer Cortana til at svare når som helst på "Hey Cortana".
• Installeret et tastatur på skærmen og tilføjede en genvej på skrivebordet.
• Oprettede et script med AutoHotKey for at åbne vinduets 10 dikteringsværktøj (Win/H).
• Installeret Firefox og både Adblock og AdBlockPlus. (Cortana bruger desværre stadig Edge, men du får hvad du får)
• Skaleret GUI og ikoner og tekst til 125%
• Installeret et plugin i Firefox for at aktivere stemmesøgning med et klik på en knap (på websteder som Google)
• Installeret CCleaner for at forsøge at få sin computer til at køre hurtigere (sandsynligvis ikke nødvendigt, men hans bærbare computer var en budget low -end model, og er stadig temmelig langsom. Jeg formåede at fremskynde den lidt.)

Jeg tror, hvad han ender med at bruge mest, er Cortanas stemmesøgningsfunktion, så måske vil de fleste af Firefox -funktionerne blive ubrugte. Han havde dog allerede et google -hjem og Alexa, så han skulle vænne sig til Cortana ret hurtigt.

En anden god ting at gøre er at udskrive brugervejledningen (findes naturligvis på GitHub) og efterlade den med enheden, så enhver sygeplejerske kan vide, hvordan man fjerner mundstykket, og minde brugeren om, hvordan den skal bruges, hvis havde brug for.

En ting mere: Med alle sprækker og huller i den 3D -trykte del, vil den samle bakterier, hvis den ikke bliver passet ordentligt. I brugervejledningen anbefaler vi at lave ekstra mundstykker og vaske dem mindst en gang om ugen i en opvaskemaskine eller sterilisere dem i kogende vand. Dette vil hjælpe med at holde dem rene!

Trin 12: Færdig

Forhåbentlig har du nu en færdig, fungerende Sip-N-Puff-mus, og nogen kan bruge en computer!

Hvis ikke, er jeg altid her for at hjælpe og vil meget gerne høre om eventuelle problemer eller feedback, du har.

Andet billede: Dette er en forbedret version af 'Sup, der adresserer bekymringerne med bakterier. Det indeholder et åndefilter og et mundstykke i rustfrit stål. Mundstykket kan steriliseres og åndedrætsfiltrene udskiftes for at sikre, at bakterier ikke kan komme ind i enheden og ikke vokser på mundstykket.

Ønsker du at købe en 'Sup?

Jeg har ikke en online butik, men jeg samler gerne den forbedrede 'Sup til dig!

For at købe en 'Sup' kan du kontakte mig på Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Pris: Hvis du har det godt med at vente 3-4 måneder, vil prisen være omkring $ 120, inklusive forsendelse, et 15ft USB-kabel og en monteringsarm. (Ventetiden er fordi jeg skaffer dele fra Kina, og forsendelsen tager 1-3 måneder.)

Første præmie i Microcontroller -konkurrencen