The 'Sup - une souris pour les personnes atteintes de quadriplégie - Low Cost et Open Source : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Au printemps 2017, la famille de mon meilleur ami m'a demandé si je voulais prendre l'avion pour Denver et les aider dans un projet. Ils ont un ami, Allen, qui souffre de tétraplégie à la suite d'un accident de vélo de montagne. Felix (mon ami) et moi avons fait quelques recherches rapides et avons décidé de créer pour Allen un "Sip-n-puff", combiné à un joystick, pour lui donner la possibilité d'accéder aux mêmes fonctionnalités qu'une souris normale.

Un Sip-n-puff est un périphérique d'entrée qui prend l'entrée de l'utilisateur sous la forme d'une « Sip » ou d'un « Puff » (imaginez en train de siroter avec une paille ou de souffler des bulles dans votre boisson). Ici, nous le combinons avec un joystick pour permettre à l'utilisateur de déplacer le curseur à l'écran, et le Sip-n-puff est utilisé pour des fonctions telles que le clic et le défilement.

Les appareils Sip-n-puff ne sont pas nouveaux, et les combos joystick/sip-n-puff ne sont pas trop rares non plus. Mais acheter un tel appareil vous coûtera environ 500 $ à 1500 $ ! Pour Allen, qui n'a aucune source de revenus, c'est un prix impossible. Cependant, l'appareil lui-même est en fait très simple. Dans cet article, je vais vous montrer comment en construire un pour un peu moins de 50 $ !

Tous les designs et le code sont open source, ce qui signifie que vous pouvez en créer un sans payer un centime à moi ou à Felix ! Si vous souhaitez juste l'appareil fini sans le travail, je serais heureux de vous en faire un. Les détails sont à la fin de l'Instructable.

Enfin, comme il s'agit d'un open source, vous pouvez trouver tous les fichiers de conception et le code sur le GitHub:

Vous cherchez à acheter le 'Sup? Vous pouvez trouver des informations à la fin de ce Instructable.

Mise à jour: Merci à tous ceux qui ont voté pour ce projet ! Je suis super content d'avoir gagné mon premier concours instructables, et j'ai fait bon usage de la carte cadeau Amazon - Les outils que j'ai achetés devraient me permettre d'apporter du contenu de meilleure qualité en plus grande quantité.

Autre chose: j'ai été agréablement surprise de voir deux articles en ligne mentionnant ce projet ! Un grand merci à Hackaday et Open-electronics.org pour avoir jugé cet article digne. Vous pouvez trouver les deux ci-dessous:

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/

Le SUP a également été récemment mentionné dans le New Mobility Magazine. Vous pouvez retrouver cet article ici:

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

Crédits et remerciements:

Je dois un immense merci à mon ami Felix et à sa famille, pour m'avoir emmené à Denver (où habite Allen) et payé pour tout sauf l'imprimante 3D. Cela a vraiment aidé à démarrer le développement et à faire le « SUP » en peu de temps !

Un crédit supplémentaire revient également à Felix pour la majeure partie de la conception 3D.

Enfin, merci à Allen d'être quelqu'un que nous pouvions aider, qui était prêt à nous laisser envahir et lui demander comment il aimait notre prototype bricolé.

Étape 1: Outils, pièces et matériaux

Voici tout ce dont vous aurez besoin pour construire l'appareil. Avant de tout commander, lisez le reste de la 'ible pour vous assurer que vous êtes à l'aise avec les compétences dont vous aurez besoin pour l'assembler !

Les pièces:

• Arduino Pro Micro (plus précisément un Pro Micro, avec un connecteur USB et l'ATmega32u4)
• Capteur de pression MPXV7002DP avec carte de dérivation
• Module de manette
• Tube en silicone de qualité alimentaire, 1/8 ID par 1/4 OD, environ 6"
• Pièces imprimées en 3D, d'une valeur de <= 72 grammes
• Fils (j'ai utilisé des fils femelle-femelle DuPont, puis j'ai coupé les extrémités)

Outils:

• Fer à souder (ce fer 30w sur amazon fonctionne très bien)
• Pistolet à colle chaude (haute température)
• Imprimante 3D (Ou faites imprimer des trucs via un service d'impression 3D)
• Divers des outils comme des pinces, un tournevis à tête plate, du papier de verre, un petit couteau tranchant à lame fine, une pince à fil

Matériaux:

• Filament PLA normal (j'ai utilisé du PLA noir Hatchbox)
• Filament flexible tel que TPU ou NinjaFlex (Mon imprimante est livrée avec un petit rouleau de TPU vert. Alternativement, vous pouvez modifier l'embout buccal pour accepter un tube de plus petit diamètre, puis obtenir un tube d'identification de 2,5 mm pour s'adapter au capteur)

Le coût total des pièces est d'environ 22 $, sans compter le filament de l'imprimante 3D. Une fois que vous avez ajouté le bras flexible et le long câble USB, cela totalise environ 49 $.

Notez que les liens ici sont pour la plupart les prix les moins chers de Chine ! Ceux-ci prendront au moins un mois pour vous parvenir. Si vous voulez des pièces plus rapidement, vous devrez payer un peu plus pour des sources plus proches avec une expédition plus rapide. Attendez-vous à ce que le coût total s'élève à environ 75 $.

Étape 2: Imprimez des choses en 3D

Tous les fichiers STL se trouvent sur https://github.com/Bobcatmodder/SipNPuff_Mouse/, vous en aurez besoin tous.

Si vous n'avez pas d'imprimante 3D, il existe de nombreux services d'impression 3D que vous pouvez utiliser. Si vous souhaitez vous procurer une imprimante bon marché qui fonctionnera très bien (et que l'assemblage ne vous dérange pas), je vous recommande l'Anet A8. C'est un clone Prusa i3 à 150 $, qui a bien fonctionné pour moi, et il a une excellente communauté en ligne.

Boîtier et cadre:

Imprimez avec des supports "partout", à une hauteur de couche de 0,1 à 0,2 mm. J'ai utilisé un type de support "grille", mais les "lignes" peuvent être plus faciles à supprimer

GoProClip et FacePlate:

Imprimez normalement, sans support, hauteur de couche de 0,1 à 0,2 mm

Adaptateur de tube:

1. A imprimer en filament souple
2. Hauteur de couche 0,1
3. Rétraction OFF
4. Pas de prise en charge

Étape 3: Impression et recuit de l'embout buccal

Avant d'aller imprimer tous vos embouts supplémentaires, c'est une bonne idée de vous assurer qu'ils rétrécissent correctement lorsqu'ils sont recuits.

Si vous voulez être scientifique, imprimez AnnealingTestr.stl et mesurez-le avant et après le recuit pour déterminer le pourcentage exact de rétrécissement/de croissance et dans quel axe. Habituellement, un rétrécissement d'environ 5 % est attendu sur les axes X et Y et une croissance d'environ 2 % sur l'axe Z. Sans le PLA noir Hatchbox et le four à convection, nous avons réussi un retrait d'environ 2% sur X et Y, et une croissance de 1% sur l'axe Z.

Cependant, comme cette pièce n'est vraiment conçue que pour s'adapter modérément bien au joystick, vous n'avez pas besoin d'être très précis. En utilisant nos valeurs pour Hatchbox black PLA, voici le processus d'impression pour l'embout buccal:

1. Redimensionnez X et Y à 103%, laissez Z tel quel (nous visons une augmentation de taille d'environ 2% par rapport aux dimensions d'origine, une fois recuit, afin qu'il s'adapte modérément facilement sur le joystick)
2. Imprimez avec un bord et prend en charge le "toucher la plaque de construction".
3. Remplissage à 100 % (pour que l'eau ne s'y infiltre pas)
4. Vitesse d'impression normale, hauteur de couche de 0,1 mm
5. (Si vous avez un lit chauffant, réglez-le à 50C)
6. Hotend à 220C.

Je n'ai pas beaucoup joué avec ces valeurs, mais c'est ce que j'ai utilisé pour mon imprimante (Un clone Prusa i3, l'Anet A8).

Une fois que vous avez imprimé une ou deux pièces, essayez de les recuire et voyez si elles vous conviennent.

Le processus de recuit:

1. Préchauffez votre four, de préférence sur un réglage de convection (si votre four le fait), à quelque part près de 158F ou 70C. Certains fours ne descendront pas aussi bas, s'il est légèrement décalé, cela n'a pas beaucoup d'importance.
2. Attendez que le four chauffe, puis placez votre ou vos pièces sur quelque chose qui les empêchera de tomber.
3. Réglez une minuterie sur une heure, puis laissez-la. N'ouvrez pas le four pour vérifier, car l'effet de refroidissement peut gâcher le processus de recuit.
4. Une fois qu'il y est resté pendant une heure, éteignez le four et laissez la pièce refroidir avec le four. Un thermomètre fonctionnerait bien pour cela, mais vous n'avez pas besoin d'être très précis, attendez juste une heure environ.
5. Une fois qu'il est fondamentalement refroidi, sortez-le. Il devrait maintenant être plus solide et, plus important encore, capable de résister à l'eau bouillante et au lavage au lave-vaisselle.

Étape 4: Post-traitement des impressions 3D

J'aime que mes impressions 3D soient propres, mais cela signifie souvent beaucoup de supports. Si vous avez imprimé les pièces du cadre et du boîtier avec un remplissage comme recommandé, vous avez un peu de nettoyage à faire ! Voici quelques trucs et astuces pour les supprimer.

Comme vous pouvez le voir, j'ai utilisé une combinaison d'un tournevis, d'une pince à bec effilé et de mon couteau de poche pour retirer les supports. J'ai choisi des supports "grilles" car ils fonctionnent mieux et ont tendance à sortir propres et en un seul morceau, mais ils sont plus difficiles à enlever. Vous pouvez en éliminer certains d'un simple coup de tournevis, mais veillez à ne pas casser la partie réelle. Cela peut être facile à faire sur la partie Frame.

La partie Case s'imprime avec une grande paroi de support à l'arrière, qui peut être particulièrement difficile à retirer. Je trouve qu'il est préférable de contourner les bords avec une petite lame de couteau, puis d'essayer de la percer et de la faire sortir sur le côté. Cela demandera du travail, mais la patience paie !

Une fois que vous avez terminé, vous pouvez jeter le matériel de support mutilé ou le conserver si vous souhaitez vraiment le réutiliser…

Étape 5: Tester l'ajustement

Maintenant que tout est nettoyé, nous devons tester l'ajustement des pièces imprimées en 3D.

Les modules s'assemblent tous comme indiqué et doivent être assez serrés. Si ce n'est pas le cas, essayez d'imprimer Frame.stl à une taille de 101 à 102 % et de redimensionner Case.stl pour qu'il s'adapte.

L'embout buccal doit pouvoir s'adapter avec une petite force, mais ne doit pas se détacher trop facilement. C'est le bon moment pour s'assurer que le tube en silicone s'adapte à l'embout buccal et à l'adaptateur. J'ai trouvé que la meilleure façon de s'adapter en toute sécurité était d'insérer l'extrémité comme vous le pouvez, puis de tordre le tube tout en le poussant à l'intérieur, pour qu'il repose bien sur le bord inférieur du trou de l'adaptateur.

Remarque: sur les photos, j'utilise un module de joystick auquel j'ai déjà soudé des fils. Cependant, le module de joystick normal devrait s'adapter parfaitement.

Étape 6: préparer le joystick

Avant de pouvoir souder les fils au joystick, nous devrons nous débarrasser des anciens en-têtes de broches. J'ai trouvé que le meilleur moyen était de couper autant que possible, puis de chauffer chaque broche avec un fer à souder et de taper sur le PCB pour faire tomber la broche.

Une fois que vous avez retiré les anciennes broches, soudez une longueur de fils (environ 20 cm de long) au module du joystick. Il est utile d'avoir des couleurs uniques pour chaque broche, afin que vous puissiez facilement identifier quel fil va où plus tard.

Étape 7: Schéma

Maintenant que nous avons terminé la conception 3D, place au schéma et au schéma de câblage !

Le circuit est en fait très simple, sans résistances ni composants externes impliqués, juste les 3 modules différents câblés les uns aux autres. J'ai fourni un schéma ci-dessus, et je vais passer en revue ce qui se passe où ici aussi:

Rupture du capteur de pression:

• "A" va à A0 sur l'Arduino
• "5V" va à VCC sur l'Arduino
• "GND" va à l'une des broches GND de l'arduino

Module de manette:

• "GND" va à l'une des broches GND de l'Arduino
• "+5V" va à la broche "RAW" sur l'Arduino
• "VRx" va à A2 sur l'Arduino
• "VRy" va à A1 sur l'Arduino
• "SW" va à D2 sur l'Arduino (Techniquement, il devrait également y avoir une résistance pullup de 10K entre elle et GND. Cependant, le code actuel ne l'utilise pas, et il serait de toute façon plus difficile à utiliser, alors…)

Étape 8: Soudez le tout ensemble

Vous êtes maintenant prêt à assembler toute l'électronique !

Assurez-vous que les modules sont montés comme indiqué ! Vous voulez que les fils traversent le cadre et les fentes supérieures ou inférieures où l'arduino se fixe. L'arduino sera lâche, mais les fils passeront à travers le cadre. Regardez les photos, elles montrent ce que je veux dire.

Commencez par dénuder et étamer les extrémités de tous les fils du Joystick, si vous ne l'avez pas déjà fait. Ensuite, sur la base du schéma et des images, câblez-le comme suit.

• GND au GND (broche 23) sur l'Arduino
• +5V à la broche RAW sur l'Arduino (juste à côté de la broche GND)
• VRx vers A2 sur l'Arduino
• VRy à A1 sur l'Arduino

Nous allons laisser la broche SW pour le moment, car elle se soude au sommet de l'Arduino.

Passant au capteur de pression, vous devez d'abord identifier quels fils sont lesquels. En supposant que vous ayez le cadre face à la manette dirigée directement à l'opposé de vous, l'ordre des fils est le suivant:

• Fil supérieur: sortie analogique "A", vers la broche Arduino A0
• Fil du milieu: 5 V, vers la broche Arduino VCC
• Fil inférieur: GND, à GND, broche 4, en haut.

À ce stade, vous pouvez également connecter la broche SW du joystick à la broche 2 de l'Arduino, juste à côté de la broche GND.

Veillez à ne pas trop plier les fils, car ils se cassent assez facilement.

Étape 9: Télécharger le programme et tester

Avant de tout coller, assurons-nous que cela fonctionne !

Si vous n'avez pas l'IDE Arduino, vous devrez le télécharger à partir du site Web officiel d'Arduino, sur Arduino.cc. C'est gratuit, mais ils vous inviteront à faire un don si vous le souhaitez.

Une fois que vous avez téléchargé et installé l'IDE, téléchargez le fichier SupSipNPuff_Final.ino à partir de la page github, puis ouvrez-le dans l'IDE.

Pour le télécharger sur l'Arduino, allez sous "Outils", "Board" et sélectionnez "Arduino/Genuino Micro". Dans le même menu, sous "Port", sélectionnez tout ce qui est disponible, il devrait ressembler à "COM12 (Arduino/Genuino Micro)". S'il ne s'affiche pas, vous devrez peut-être attendre que votre système d'exploitation installe les pilotes, mais il devrait le faire automatiquement.

Cliquez sur le bouton de téléchargement (le bouton fléché bleu rond en haut à gauche) ou appuyez sur Ctrl/U (ou l'équivalent) pour télécharger le programme. Lorsque la barre de progression en bas disparaît et qu'elle indique « Téléchargement terminé », vous êtes prêt à tester !

Pour tester, remettez d'abord l'embout buccal et le tube (rattachez le tube au port le plus haut du capteur, à l'aide de l'adaptateur), puis tenez-le devant votre bouche et déplacez l'embout buccal. Il devrait déplacer la souris à l'écran. Essayez une grande bouffée ou une gorgée avec un clic gauche/droit, et des petites gorgées/bouffées pour faire défiler vers le haut ou vers le bas. Vous pouvez également tenir une grande gorgée ou une bouffée pour maintenir le "bouton de la souris" enfoncé. Si vous rencontrez des problèmes, imaginez l'embout buccal comme une paille. Plutôt que de souffler ou d'inspirer à travers, vous créez une pression avec votre bouche, comme vous le feriez avec une paille.

Si un ou plusieurs des axes sont inversés, c'est une solution simple:

1. Assurez-vous que le fichier SipNPuffMouse est ouvert dans l'IDE
2. Faites défiler le programme jusqu'à ce que vous trouviez la ligne qui dit "Mouse.move(reading[0], -reading[1], 0);"
3. La première valeur "lecture[0]" est le mouvement X (horizontal) et la seconde "-lecture[1]" est le Y (mouvement vertical. Selon celui qui est inversé, ajoutez ou supprimez le signe moins devant la ligne "reading[x]" pour inverser la valeur.
4. Re-téléchargez le programme et testez-le !

(Remarque: un autre moyen simple de trouver la ligne est d'utiliser Ctrl/F. Je l'utilise beaucoup lorsque je travaille avec mon code !)

Étape 10: colle chaude

Maintenant que votre Sip-n-puff fonctionne, il est temps d'assembler le produit final ! Vous pourriez être fier de la beauté du câblage, mais certaines personnes préfèrent que tout cela soit recouvert de plastique ennuyeux, alors nous les obligerons.

Avant cela, nous devons sécuriser tout à l'intérieur afin qu'ils ne se défassent pas lorsque les choses sont branchées.

1. Mettez une quantité généreuse de colle chaude derrière l'Arduino Micro. Nous le collons à la barre qui sépare où les fils sortent en haut et en bas.
2. Si vous le pouvez, faites glisser le capteur de pression un peu en arrière, mettez une goutte de colle chaude dans son support, puis faites-le glisser vers l'avant sur la goutte. Ajoutez un peu plus sur les côtés pour le fixer comme bon vous semble. L'électronique n'est pas endommagée par la colle chaude, mais veillez à ne pas l'introduire dans les ports qui sortent du capteur de pression, où nous connectons le tube.
3. Ajoutez une quantité généreuse de colle chaude sur les fils qui sortent du module Joystick. Ce n'est probablement pas nécessaire, puisque nous ne les déplacerons plus, mais c'est bien au cas où il serait soumis à des vibrations extrêmes…

Maintenant que toutes les pièces sont en place, faites glisser le cadre dans le boîtier. Vous devrez d'abord détacher le tube. Maintenant, centrez la façade sur le module Joystick, puis ajoutez de la colle aux points de contact avec le cadre (ce n'est pas le cas, car vous voudrez peut-être le faire glisser plus tard). Une fois que cela est réglé, vous pouvez faire glisser le cadre vers l'extérieur, puis ajouter plus de colle chaude le long des côtés du cadre où il entre en contact avec la façade, juste pour le renforcer.

Enfin, mais non des moindres: sur le côté du boîtier qui n'a pas de trou pour le tube et le connecteur USB, poncez un peu la surface pour la rendre rugueuse, dans la zone où vous souhaitez monter la pièce de montage. Faites de même au bas de la pièce de montage, puis enduisez-la de colle et fixez-la fermement au boîtier. Une fois qu'il est fixé, vous pouvez couper l'excédent avec un petit couteau pour lui donner un aspect plus professionnel. (Haha)

Étape 11: Configuration et utilisation

Maintenant que vous êtes prêt à utiliser l'appareil, voici quelques conseils de configuration.

La chambre d'Allen a une télévision grand écran avec une entrée HDMI qui se trouve sur le mur en face de sa chambre depuis son lit. Nous avons installé son ordinateur portable sur une commode sous l'écran et l'avons connecté. Si vous l'installez dans une pièce, trouvez quelque chose d'un peu plus long que 15 pieds. Nous pensions que ce serait suffisant, mais il n'y avait pas autant de mou que je l'aurais souhaité.

Pour tenir l'appareil, nous avons acheté ce bras sur Amazon, pour 19,50 $. Il s'agit d'un bras flexible de 25 conçu pour tenir une webcam ou une GoPro, avec une pince qui fonctionne très bien pour se fixer sur une table ou un lit. Il est doté d'un support de style GoPro, sur lequel nous avons conçu notre pièce de montage pour la fixer en toute sécurité.

Lorsque nous l'avons présenté à Allen pour la première fois, j'ai été surpris de ce qu'il fallait réellement changer. En ce qui concerne l'appareil, il voulait juste que nous ralentissions un peu le curseur, ce que j'ai fait depuis. Cependant, ce qu'il voulait vraiment, c'était plus de contrôle vocal pour son ordinateur, afin d'éliminer autant que possible l'utilisation du clavier à l'écran. Le sip-n-puff peut être utilisé en combinaison avec certains outils d'accessibilité sur l'ordinateur pour maximiser l'efficacité. Une liste de tout ce que nous avons fait pour son ordinateur est ci-dessous:

• Configurez Cortana pour répondre à tout moment à "Hey Cortana".
• Installation d'un clavier à l'écran et ajout d'un raccourci sur le bureau.
• Création d'un script avec AutoHotKey pour ouvrir l'outil de dictée de Windows 10 (Win/H).
• Installé Firefox et Adblock et AdBlockPlus. (Cortana utilise toujours Edge, malheureusement, mais vous obtenez ce que vous obtenez)
• Interface graphique, icônes et texte mis à l'échelle à 125 %
• Installé un plugin dans Firefox pour permettre la recherche vocale en un clic (sur des sites comme Google)
• Installé CCleaner pour essayer de faire fonctionner son ordinateur plus rapidement (Probablement pas nécessaire, mais son ordinateur portable était un modèle bas de gamme économique et est encore assez lent. J'ai réussi à l'accélérer un peu.)

Je pense que ce qu'il finira par utiliser le plus, c'est la fonction de recherche vocale de Cortana, donc peut-être que la plupart des fonctionnalités de firefox ne seront pas utilisées. Cependant, il avait déjà une maison google et Alexa, il devrait donc s'habituer assez rapidement à Cortana.

Une autre bonne chose à faire est d'imprimer le manuel d'utilisation (disponible sur le GitHub, bien sûr), et de le laisser avec l'appareil afin que toute infirmière puisse savoir comment détacher l'embout buccal et rappeler à l'utilisateur comment l'utiliser, si nécessaire.

Une dernière chose: avec toutes les crevasses et recoins de la pièce imprimée en 3D, elle collectera des bactéries si elle n'est pas correctement entretenue. Dans le manuel d'utilisation, nous recommandons de fabriquer des embouts supplémentaires et de les laver au moins une fois par semaine dans un lave-vaisselle, ou de les stériliser dans de l'eau bouillante. Cela aidera à les garder propres!

Étape 12: Terminé

J'espère que vous avez maintenant une souris Sip-N-Puff finie et fonctionnelle et que quelqu'un est capable d'utiliser un ordinateur !

Si ce n'est pas le cas, je suis toujours là pour vous aider et j'aimerais entendre parler de vos problèmes ou de vos commentaires.

Deuxième photo: il s'agit d'une version améliorée du 'Sup qui répond aux problèmes liés aux bactéries. Il comprend un filtre respiratoire et un embout buccal en acier inoxydable. L'embout buccal peut être stérilisé et les filtres respiratoires remplacés, pour éviter que les bactéries ne pénètrent dans l'appareil et ne se développent sur l'embout buccal.

Vous cherchez à acheter un 'Sup?

Je n'ai pas de boutique en ligne, mais je suis heureux d'assembler le 'Sup amélioré pour vous !

Pour acheter un 'Sup, vous pouvez me contacter à Jacobtimothyfield (a) gmail (dot com).

Prix : Si vous acceptez d'attendre 3 à 4 mois, le coût sera d'environ 120 $, frais de port compris, un câble USB de 15 pieds et un bras de montage. (L'attente est due au fait que je m'approvisionne en pièces en Chine et que l'expédition prend 1 à 3 mois.)

Premier prix du concours de microcontrôleurs