جهاز الاستبدال الحسي والتكبير الحسي (SSAD): 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

يهدف هذا المشروع إلى تسهيل البحث في مجال الاستبدال الحسي والتعزيز. كان لدي إمكانية استكشاف طرق مختلفة لبناء نماذج SSAD الاهتزازية داخل أطروحة الماجستير الخاصة بي. نظرًا لأن الاستبدال الحسي والتعزيز هو موضوع لا يتعلق فقط بعلماء الكمبيوتر ، ولكن أيضًا بالباحثين من مجالات أخرى ، مثل العلوم المعرفية ، فإن التعليمات خطوة بخطوة يجب أن تمكن غير الخبراء في الإلكترونيات وعلوم الكمبيوتر من تجميع هذا النموذج الأولي لأنفسهم أغراض البحث.

لا أنوي عمل إعلان عن نوع واحد بالضبط من العلامة التجارية / المنتج. هذا المشروع لم يكن برعاية أي شركة. تم اختيار المواد التي استخدمتها نظرًا للمواصفات الفنية والراحة (سرعة / تكلفة التسليم والتوافر وما إلى ذلك). لجميع المنتجات المذكورة في Instructable ، تتوفر بدائل مناسبة على قدم المساواة.

يحتوي Instructable الحالي على إرشادات خطوة بخطوة حول كيفية بناء نموذج أولي لـ SSAD مع ما يصل إلى 4 محركات وأجهزة استشعار تماثلية.

بالإضافة إلى هذا Instructable ، قمت بإنشاء ثلاثة ملحقات: أولاً ، قمت بنشر تعليمات حول كيفية استخدام أكثر من أربعة محركات مع نموذج SSAD الأولي هذا (https://www.instructables.com/id/Using-More-Than-4…). ثانيًا ، قمت بإنشاء عرض ومثال لكيفية جعل هذا النموذج الأولي قابلًا للارتداء (https://www.instructables.com/id/Making-the-SSAD-W …) وكيفية تغطية محركات ERM بدون كتلة دوارة مغلفة (https: / /www.instructables.com/id/Covering-Rotating…). علاوة على ذلك ، تم نشر مثال على كيفية دمج أجهزة الاستشعار الأخرى بخلاف المستشعرات التناظرية (في هذه الحالة مستشعرات التقارب) مع النموذج الأولي (https://www.instructables.com/id/Including-a-Proxi …).

ما هو "الاستبدال الحسي والتكبير"؟

مع الاستبدال الحسي ، يمكن إدراك المعلومات التي تم جمعها بواسطة طريقة حسية واحدة (مثل البصر) من خلال حاسة أخرى (مثل الصوت). إنها تقنية واعدة غير جراحية تساعد الناس على التغلب على فقدان الحواس أو ضعفها.

إذا كان المنبه الحسي ، المترجم ، لا يمكن للإنسان عادة إدراكه (مثل ضوء الأشعة فوق البنفسجية) ، فإن هذا النهج يسمى التعزيز الحسي.

ما هي المهارات اللازمة لبناء هذا النموذج الأولي؟

في الأساس ، ليست هناك حاجة إلى مهارات برمجة متقدمة لاتباع التعليمات الواردة أدناه. ومع ذلك ، إذا كنت مبتدئًا في اللحام ، فخطط لبعض الوقت الإضافي للتعرف على هذه التقنية. في حالة عدم قيامك بالبرمجة من قبل ، فقد تكون هناك حاجة إلى بعض المساعدة من شخص أكثر خبرة في البرمجة.

هل هناك آلات أو أدوات ضرورية باهظة الثمن أو غير متوفرة بسهولة؟

باستثناء مكواة اللحام ، لا توجد آلات أو أدوات مطلوبة لبناء هذا النموذج الأولي الذي لا يمكنك شراؤه بسهولة عبر الإنترنت أو في المتجر المنزلي التالي. تم تصميم SSAD هذا للسماح بالنماذج الأولية السريعة ، مما يعني أنه يجب أن تكون قابلة للتكرار بسرعة وتسمح باستكشاف الأفكار غير المكلفة.

اللوازم

المكونات الرئيسية (حوالي 65 جنيهًا إسترلينيًا لـ 4 محركات ، باستثناء معدات اللحام)

• Arduino Uno (على سبيل المثال https://store.arduino.cc/arduino-uno-rev3 ، 20 جنيهًا إسترلينيًا)
• Adafruit Motorshield v2.3 (على سبيل المثال https://www.adafruit.com/product/1438، 20 جنيهًا إسترلينيًا) ورؤوس تكديس الذكور (يتم تضمينها عادةً عند شراء درع المحرك)
• محركات ERM الأسطوانية (مثل https://www.adafruit.com/product/1438، 5، 50 £ / المحرك)
• لحام الحديد وأسلاك اللحام
• الأسلاك

اختياري (انظر الملحقات)

إذا تم شراء محرك ERM بكتلة دوارة مكشوفة:

• أنبوب الفينيل
• لوحة ناعمة رقيقة
• طابعة ثلاثية الأبعاد (لغلاف Arduino)

إذا كنت تريد استخدام أكثر من 4 محركات (لأكثر من 8 نفس الوقت مرة أخرى):

• Adafruit Motorshield v2.3 ورؤوس التراص للذكور
• رؤوس التراص النسائية (على سبيل المثال
• Arduino Mega لأكثر من 6 محركات (مثل

الخطوة 1: اللحام

جندى المسامير في درع المحرك

يقدم Adafruit برنامجًا تعليميًا شاملاً للغاية حول كيفية لحام الرؤوس في درع المحرك (https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield-v …):

1. أولاً ، ضع رؤوس التراص في المسامير الموجودة على Arduino Uno ،
2. ثم ضع الدرع في الأعلى ، بحيث يبرز الجانب القصير من المسامير.
3. بعد ذلك ، قم بلحام جميع المسامير في الدرع وتأكد من أن اللحام يتدفق حول الدبوس ويشكل شكل بركان (انظر الصورة أعلاه ، والتي تم تبنيها من https://cdn.sparkfun.com/assets/c/d/ أ / أ / 9 / 523b1189…).

إذا كنت مبتدئًا في اللحام ، فساعد نفسك بمزيد من البرامج التعليمية ، مثل

أسلاك اللحام أطول للمحرك

نظرًا لأن معظم المحركات تأتي بدون أسلاك أو أسلاك قصيرة ورفيعة جدًا ، فمن المنطقي تمديدها عن طريق لحامها بأسلاك أطول وأكثر قوة. إليك كيف يمكنك فعل ذلك:

1. قم بإزالة البلاستيك حول نهاية الأسلاك ووضعها بحيث تكون على اتصال ببعضها البعض على طول الأسلاك المكشوفة ، كما في الصورة.
2. قم بتوصيلهم معًا عن طريق لمس خيوط كل من الأسلاك وترك اللحام يتدفق فوقهم.

الخطوة 2: الأسلاك

1. ضع درع محرك فوق اردوينو.
2. برغي المحركات في درع المحرك.
3. أجهزة الاستشعار السلكية التناظرية لـ Arduino (في الصورة يتم ذلك باستخدام مستشعرات الضوء ، ولكن نفس الدائرة تبدو متشابهة بالنسبة لأجهزة الاستشعار التناظرية الأخرى).

الخطوة الثالثة: البرمجة

1. تنزيل

قم بتنزيل مجلد مضغوط (SSAD_analogueInputs.zip) ، مرفق أدناه. قم بفك ضغطه.

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

افتح ملف Arduino (SSAD_analogueInputs.ino) الموجود داخل المجلد الذي تم فك ضغطه باستخدام Arduino IDE.

2. تثبيت المكتبات

لتشغيل الكود المقدم ، تحتاج إلى تثبيت بعض المكتبات. لذلك ، إذا كان ملف Arduino ، المرفق في نهاية هذه المقالة ، مفتوحًا داخل Arduino IDE ، فقم بما يلي:

1. انقر فوق: أدوات → إدارة المكتبات …
2. ابحث عن "مكتبة Adafruit Motor Shield V2" في حقل تصفية البحث
3. قم بتثبيته بالنقر فوق زر التثبيت

بعد تنزيل هذه المكتبات ، يجب أن تعمل الآن عبارات #include في الأكواد المتوفرة. تحقق من ذلك بالنقر فوق الزر "تحقق" (ضع علامة في الجزء العلوي الأيسر). أنت تعلم أن جميع المكتبات تعمل ، إذا تلقيت رسالة "تم التجميع" في الجزء السفلي من البرنامج. وإلا فسيظهر شريط أحمر وستتلقى رسالة توضح الخطأ الذي حدث.

3. تغيير المدونة

قم بتغيير الرمز وفقًا لحالة الاستخدام الخاصة بك باتباع الإرشادات أدناه:

بدء المحركات ومخرجاتها الحسية

بادئ ذي بدء ، حدد المسامير التي تستخدمها المحركات ، وكذلك في النطاق الذي تعمل فيه المحركات. على سبيل المثال ، يتم الإعلان عن محرك متصل بـ M4 ويعمل في نطاق (سرعة) من 25 و 175 (أسفل التعليق الرئيسي):

المحرك المحرك 1 = المحرك (4 ، 25 ، 175) ؛

عند العمل بمحركات اهتزاز صغيرة يتم تشغيلها في نطاق يصل إلى 3 فولت ، يجب استخدام درع المحرك بحذر لأنه مصمم لتشغيل المحركات على 4.5VDC إلى 13.5VDC. لعدم إتلاف المحركات 3 فولت ، قمت برمجيًا بتقييد خرج Volt للدرع إلى 3 فولت كحد أقصى (بالضبط 2.95 فولت). لقد فعلت ذلك بقياس مقدار السرعة القصوى البالغة 255 بالفولت وقياسها بمقياس متعدد وهو 4.3 فولت. لذلك ، لم أسمح مطلقًا بسرعة أعلى من 175 ، أي حوالي 3 فولت ، للمحركات.

سيتم توصيل كل محرك بمخرج حسي واحد.

يتكون المخرج الحسي الواحد من واحد أو أكثر من المحفزات الحسية. على سبيل المثال ، يمكن أن يهتز المحرك وفقًا لمستشعر واحد ، أو وفقًا لمتوسط أجهزة الاستشعار المتعددة ذات الوضع المختلف.

لذلك ، أولاً لكل محرك ، يجب التصريح عن مخرج حسي واحد. الأرقام الموجودة داخل الأقواس هي القيمة الدنيا والقصوى لما يمكن أن يدركه المستشعر (المجموعة). بالنسبة لأجهزة الاستشعار التناظرية ، يكون هذا في الغالب 0 و 1023:

مخرج SensoryOutput1 = SensoryOutput (0 ، 1023) ؛

في وظيفة الحلقة () يتم تعيين كل محرك لقيمة خرج واحدة. هنا تكتب لكل محرك العبارة التالية وبدلاً من "output1" ، يجب توصيل أي قيمة SensoryOutput بها. لا تنس أيضًا تغيير جميع أسماء "الإخراج 1" في هذا السطر ، إذا كنت تستخدم اسمًا آخر له.

motor1.drive (output1.getValue () ، output1.getMin () ، output1.getMax ()) ؛

إذا كنت تريد ، يمكنك إعطاء محركات متعددة (مثل المحرك 1 والمحرك 2) نفس المخرجات الحسية (مثل الإخراج 1).

علاوة على ذلك ، يمكنك إعطاء قيم أجهزة الاستشعار المتعددة لمحرك واحد (انظر القسم التالي).

تحديد المستشعرات

في وظيفة الإعداد () ، يجب الإعلان عن المستشعرات التي ستكون جزءًا من اهتزاز المحرك (SensoryOutput). فيما يلي مثال على كيفية تحديد أن المستشعر المتصل بـ Arduino Pin A0 يجب أن يُترجم إلى اهتزازات مع المحرك 1 وبالتالي الإخراج 1:

الإخراج 1. تشمل (A0) ؛

إذا كان يجب دمج العديد من المخرجات الحسية في اهتزاز محرك واحد ، فيمكنك فقط إضافة دبوس إدخال تناظري آخر إلى الإخراج 1:

الإخراج 1. تشمل (A1) ؛

خلاف ذلك ، ما عليك سوى متابعة الإخراج التالي:

الإخراج 2. تشمل (A1) ؛

الجمع بين أجهزة استشعار متعددة

كما هو مذكور أعلاه ، يمكن توجيه مدخلات أجهزة الاستشعار المتعددة (على سبيل المثال من A0 و A1 و A2) إلى محرك واحد. الكود ، الذي أقدمه ، يحسب متوسط القيم التي تقرأها جميع أجهزة الاستشعار المضمنة. لذلك ، إذا كان هذا كافيًا لحالة الاستخدام الخاصة بك وتريد ببساطة تعيين مدخل حسي منخفض إلى اهتزاز منخفض ، على سبيل المثال ، فقد انتهيت ولا يتعين عليك التفكير فيما يلي:

ومع ذلك ، إذا كانت لديك أفكار أخرى عما تريد القيام به بمدخل حسي خام واحد أو عدة مدخلات حسية خام ، فيمكنك القيام بذلك وفقًا للتغييرات في الوظيفة int getValue () في فئة SensoryOutput:

int getValue () {

الإخراج النهائي = 0 ؛ // TODO افعل ما تريد بالقيم الحسية // هنا يتم بناء المتوسط ، إذا تم دمج قيم متعددة لـ (int i = 0؛ i <curArrayLength؛ i ++) {finalOutput + = analogRead (valueArray )؛ } return finalOutput / curArrayLength ؛ }

4. قم بتحميل الكود إلى نموذج Arduino الأولي الخاص بك

قم بتوصيل نموذج Arduino الأولي (من الخطوة 2) بجهاز الكمبيوتر الخاص بك.

انقر فوق أدوات → منفذ → حدد المنفذ ، حيث تتم كتابة Arduino / Genuino Uno بين قوسين

انقر فوق أدوات → لوحة → Arduino / Genuino Uno

الآن ، يجب أن تعمل المحركات وفقًا لمدخلات أجهزة الاستشعار التناظرية. إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك فصل Arduino عن جهاز الكمبيوتر الخاص بك وتوصيله بمصدر طاقة آخر ، مثل بطارية 9 فولت.

الخطوة 4: الإضافات الممكنة

يسمح النموذج الأولي الذي قمت بإنشائه للتو بمدخلات تناظرية حصرية ويمكنه قيادة ما يصل إلى أربعة محركات. علاوة على ذلك ، لا يمكن ارتداؤها بعد. إذا كنت ترغب في توسيع هذه الميزات ، فقم بإلقاء نظرة على الإرشادات التالية:

• تغطية الكتل الدوارة لمحركات ERM:
• جعل SSAD قابل للارتداء:
• باستخدام أكثر من 4 محركات - تكديس دروع محركات متعددة:
• استخدام مستشعر القرب بالموجات فوق الصوتية كمدخلات SSAD: https://www.instructables.com/id/Including-a-Proxi …