第1步：Whisker Assembly

我花了一些時間來開發(fā)一種足夠靈活的晶須傳感器設(shè)備，以模仿真正的晶須，但又足夠堅硬，能夠始終如一地恢復(fù)直線，不彎曲的位置。我最終使用了Flexpoint傳感器系統(tǒng)的4“單向彎曲/彎曲傳感器（見圖1）。將JST插頭焊接到傳感器的支腳上，然后是14英寸長，0.08英寸寬，0.03英寸厚的聚苯乙烯帶（我在當(dāng)?shù)匾患椅褰鸬曩徺I了硅膠，將硅膠粘在傳感器上，進(jìn)行熱收縮，并在晶須裝置的整個底座周圍模制出Sugru保護(hù)涂層。以下是詳細(xì)說明：

- 取下3針JST連接器的插頭端并取下中心線（參見圖2-4）

- 剪斷插頭線你有~1.5厘米的電線剩余，然后將這些引線剝離并焊接到傳感器引腳（記住插頭/傳感器的方向）。我使用熱縮來提供絕緣（參見圖5，6）

- 使用某種柔性粘合劑（我使用Liquid Nails硅膠）將聚苯乙烯帶安裝到傳感器上。確保將條帶固定到傳感器上（見圖7，8）

- 取你的Sugru（我使用一個5g的包裝）并將其模塑在傳感器/條帶/插頭制作的底座周圍一定要包住所有這些組件。另外，請確保將Sugru應(yīng)用到足夠高的位置以完全固定條帶，但不要太高以至于限制傳感器的移動/彎曲的容易程度。慢慢來。在Sugru開始硬化之前，你至少需要30-45分鐘。在讓您干燥之前，請確保您的插頭正確插入JST連接器的插座側(cè)（參見圖9-13）

- 最后，我將標(biāo)簽貼在晶須設(shè)備上。使用Side（L/R）和數(shù)字位置（1-4）（參見圖14，15）

- 多做7個（或者你想要的任何數(shù)量的胡須）。一定要以同樣的方式創(chuàng)建每個晶須。這將有助于稍后進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)。

步驟2：晶須安裝組件

因此，一旦完成胡須，我需要一種方法將它們安裝到頭盔上。我決定設(shè)計并制造一個彎曲的臂，在遠(yuǎn)端有一個圓盤安裝點。我在Adobe Illustrator中設(shè)計了這個組件，并使用了1/16“厚的透明丙烯酸作為材料。激光切割后，我將自定義胡須線束嵌入到Sugru底座的圓盤部分。最后，我確保有一些將手臂連接到頭盔上的方法。在設(shè)計矢量時，我在手臂插入頭盔的部分添加了一個切口。兩個螺釘/螺栓用于將手臂固定到頭盔上（一個位于頭盔插件上方）下面詳細(xì)說明如下：

- 取下2針JST電線組件，擰干并剝?nèi)ル娋€準(zhǔn)備焊接到帶狀電線（見圖1-3）

- 取下3針JST連接器的插座端并取下中心線，然后剝?nèi)?zhǔn)備好的其余電線，以便焊接到帶狀電纜上（見圖4-6）

- 確保你的色帶足夠長并且有足夠的電線來容納你正在實施的晶須數(shù)量。我每邊使用4個晶須，s o每個晶須線束需要8根電線。將JST導(dǎo)線組件焊接到色帶的兩側(cè)并進(jìn)行熱縮（見圖7）

- 打開圖8作為我的胡須臂矢量文件（PDF）。..請記住，這些尺寸是基于我選擇使用的特定頭盔（更具體地說，頭盔的聽力保護(hù)插入槽）。當(dāng)然，如果您愿意，您可以自己設(shè)計。我使用了1/16“透明的丙烯酸樹脂并用我的商店的激光切割機(jī)切割。然后我用一把熱風(fēng)槍（小心地！）塑造手臂以與臉頰齊平（見圖7）

- 將線束放在丙烯酸支架上，并用膠帶暫時固定。然后取出你的Sugru并將JST插座模制在手臂的圓盤部分上。我使用了大約5-6個單一的Sugru包。這需要一些時間才能在結(jié)構(gòu)和美學(xué)上得到正確的結(jié)果。只需確保插座的位置不會在插入時造成晶須重疊。再次，您將有大約30-45分鐘的模具時間。完成后，干燥/固化過夜（見圖9-13）

- 最后，購買一對M3螺栓/螺母，以便將手臂固定在頭盔上。如果有人想出更好的方法來保護(hù)手臂，請告訴我：）（見圖14）

步驟3：振動觸覺顯示器組件，頭盔和電池設(shè)置

這種振動觸覺設(shè)置非常類似于我用于其他感官延伸可穿戴項目的顯示器（Cody the ultra translator dog）。唯一的主要區(qū)別是整個顯示器的位置（前額的一側(cè)）和每個陣列中各個振動電機(jī)盤的方向（晶須方向的一對一表示（由四個電機(jī)組成的菱形圖案）。整個系統(tǒng)安裝在典型的施工頭盔上/由其支撐，由單個5V雙輸出電池供電。詳細(xì)說明如下：

- 將延長線擰在一起準(zhǔn)備焊接。確保延長線足夠用于您的應(yīng)用（見圖1，2）

- 將2針JST線組件擰入準(zhǔn)備焊接（見圖3，4）

- 拿你的擴(kuò)展線，JST線組件，振動電機(jī)盤和焊接在一起。確保施加熱收縮。另外，將魔術(shù)貼盤（鉤側(cè)）粘在電機(jī)背面。重復(fù)7次。最后，剪短兩次維可牢尼龍搭扣電纜扎帶/皮帶，使電機(jī)線束可以綁定在一起歪到頭盔的側(cè)面（見圖5，6）

- 切出兩個直徑5厘米的維可牢尼龍搭扣盤（樁側(cè)）。這些將是振動電機(jī)的安裝墊。堅持（我使用超級膠水）將光盤安裝到頭盔的頭帶上（我的間距約為2厘米），并將電機(jī)維護(hù)到安裝墊上，方向與將晶須插座嵌入晶須臂相同（見圖7）

- 將維可牢尼龍搭扣貼在頭盔頂部和電池底部。將電池貼上電源，使輸出朝向頭盔后部（見圖8-10）

- 粘貼其他維可牢尼龍搭扣（樁側(cè)）以支撐其余的頭盔固定裝置。在頭盔IOT支持微處理器的每一側(cè)添加維可牢尼龍搭扣帶。將維可牢尼龍搭扣圓盤添加到頭盔背面（電池下方和兩個側(cè)帶之間），IOT支持電源發(fā)射板。在頭盔的兩側(cè)添加小塊維可牢尼龍搭扣（緊靠在須狀臂上部突出部分的前面），IOT支持綁定的馬達(dá)盤布線。

步驟4：微處理器，ProtoShield，和配電板組件

我選擇為每個構(gòu)建一個微處理器晶須。導(dǎo)致采用這種方法的因素包括模塊化的好處，以及對并行ADC同時性的需求。該單元包括（1）SparkFun Arduino Pro Mini（3.3V/8MHz），（1）Pro Mini Protoshield，（1）BC337 NPN晶體管，（1）1N4001功率阻斷二極管，（1）220歐姆電阻，（1） 10k歐姆電阻器，（4）2針JST插頭/插座組件，（2）8針母頭，（1）6針直角頭，（2）4針接頭，（2）1針接頭，（2）母對公跳線 - 3“，實芯線 - 22 AWG，（2）USB-A插頭，（2）配電板和維可牢尼龍搭扣（鉤和樁）。你可以這樣做無論你想要什么樣的順序，我都會在下面詳細(xì)說明我的構(gòu)建。

- 將8針母頭焊接到ProMini上。我從Raw-A0和TXO-5中放置了它（參見圖1，2） ）

- 將6引腳直角接頭焊接到垂直于8引腳接頭的位置（來自BLK-GRN）（見圖1，2）

- 將維可牢尼龍搭扣（鉤子）粘在ProMini背面（見圖3）

- 將4針接頭焊接到Protoshield的翅膀上。確保將電路板朝向正確的方向（參見圖4-6）

- 將2針JST插座的支腳彎曲90度準(zhǔn)備焊接（見圖7-9）

- 將JST插座GND引腳放置并焊接到位。 （這將需要在插入電路板后再次彎曲插針;參見圖10，11）

- 根據(jù)圖12-14中的焊接準(zhǔn)備插入二極管并彎曲/剪斷支腳

- 根據(jù)圖15，16

插入另一個2針JST插座并彎曲一條腿

- 確保所有三個引腳都形成一個焊點，然后焊接（參見圖17）

- 將晶體管的發(fā)射極引腳略微偏離元件的平面，準(zhǔn)備放置電路板（見圖18）

- 根據(jù)圖19，20放置晶體管

- 根據(jù)圖21彎曲剩余的二極管支腳和晶體管發(fā)射極引腳。確保它們產(chǎn)生一個焊料點焊和焊接在一起（見圖22）

- 將220歐姆電阻放在電路板上，并將一個電阻支腳和晶體管基極引腳焊接在一起。此外，將剩余的晶體管集電極引腳焊接到GND（參見圖23-25）

- 切割一根實芯線并焊接到位，將二極管/發(fā)射極引腳焊點連接到剩余的支腳上。 JST容器（見圖26，27）

- 將1針插頭放在電路板上并焊接到220歐姆電阻器的剩余支腳上（見圖28-30）

- 將另一個JST插座的支腳彎曲90度并放置根據(jù)圖31在電路板上

- 再次彎曲JST插座GND引腳并焊接到位（參見圖32）

- 切割一根實心芯線并焊接到位在新放置的JST插座的剩余引腳和RAW之間（見圖33，34）

- 將最后一個JST插座插入電路板，并將其中一個引腳彎曲到VCC上并焊接到位（參見圖35，36）

- 根據(jù)圖37將10k歐姆電阻放在電路板上

- 在新放置的電阻器和GND的一條腿之間切割一根實芯線并焊接到位（見圖38，39）

- 將另一個1針插頭插入電路板上焊接到10k電阻器的剩余支路上（參見圖40，41）

- 切割最后一根實心芯線并在最近放置的JST插座的剩余引腳和1引腳之間焊接接頭/10k電阻焊點（見圖42，43）

- 電路板已完成。..。..圖44！

- 插入3“母對公跳線導(dǎo)線（左側(cè)：晶須1針至A0;右側(cè)：5至電機(jī)1針）（見圖45，46）

- 再制造7個晶須微處理器組件！

- 將2針JST插頭線擰在一起（參見圖47，48）

- 將焊接器兼容的USB-A插頭插入電源發(fā)射板輸入端（參見圖49）

- 焊錫8將JST插頭線組件擰到電源發(fā)布板輸出上（參見圖50）

- 將維可牢尼龍搭扣（掛鉤側(cè)）粘貼到電源發(fā)布板的背面（見圖51）

- 制作另一個電源發(fā)電板組件（圖52顯示了頭盔上的電源發(fā)電板）

- 將四個微處理器連接到頭盔兩側(cè)的每個維可牢尼龍搭扣帶并插入所有輸入/輸出（見圖53，54）

步驟5：實現(xiàn)代碼

好的，現(xiàn)在是時候上傳代碼了。在您準(zhǔn)備好震撼世界之前，您需要調(diào)整一些東西（在每個微處理器上）。此外，由于我們正在使用ProMini，您需要一個FTDI分線板才能將微處理器連接到您的計算機(jī)。

- 請記住，這些說明需要在每個晶須上進(jìn)行單獨使用微處理器。

- 首先，使用萬用表測量VCC輸出電壓和10k電阻兩端的電阻。將這些值輸入到代碼中各自的位置。

- 然后，仔細(xì)檢查所有其他變量是否設(shè)置為正確的輸入/輸出（例如，mtr，flexADC等）

- 然后，啟動電機(jī)電路（插入運行到電機(jī)的電源發(fā)布板），將FTDI板（連接到USB/計算機(jī)）插入第一個ProMini，然后上傳代碼。

- 一旦啟動并運行，您將在串行監(jiān)視器中看到阻力，彎曲和前向強度將打印。現(xiàn)在是時候校準(zhǔn)晶須了（每個晶須都是獨特的，基線電阻略有不同）。將STRAIGHT_RESISTANCE變量設(shè)置為基線電阻（即，未彎曲的晶須位置）打印的任何值。然后，將BEND_RESISTANCE變量設(shè)置為STRAIGHT_RESISTANCE + 30000.0。在原始代碼中，該變量旨在反映彎曲90度時的柔性傳感器電阻輸出。由于我們的晶須不能接近完整的90度彎曲（至少在典型情況下），因此在基線電阻上添加30000.0歐姆就可以了。盡管如此，請隨意將彎曲阻力設(shè)置為最適合您的應(yīng)用。如果你已經(jīng)正確設(shè)置了所有東西，那么你會看到當(dāng)胡須彎曲時，將打印0度（或多或少）的彎曲角度。一旦校準(zhǔn)了所有晶須單元，就可以從最后一個微處理器上斷開FTDI板，并給晶須電路加電（插入剩余的電源發(fā)射板上的晶須）。

只需回過代碼中的幾點：

- 一旦計算出電壓和電阻，就會執(zhí)行兩種不同的映射函數(shù)。第一個將電壓/電阻映射到彎曲角度（即60000.0歐姆 - 》 0.0度彎曲），第二個隨后將彎曲角度映射到電動機(jī)強度（即0.0度彎曲 - 》 30.0 PWM單位電動機(jī)強度）。您可能需要稍微調(diào)整第二個映射函數(shù)以使其恰到好處。彎曲參數(shù)最初設(shè)置為5.0和80.0，電機(jī)輸出參數(shù)設(shè)置為30.0和130.0。這些價值觀符合我的目的。低端小于5.0度的任何東西都會引起問題，因為傳感器在基線處波動大約+/- 3.0度。超過80.0的任何東西都是不必要的，因為傳感器很少彎曲超過這個角度。我使用的振動盤具有約40.0個PWM單位的閾值（即，直到輸出達(dá)到約40.0時才會明顯振動）。從30.0開始范圍有助于緩沖初始振動水平。我將上限設(shè)置為130.0，因為這個級別對于上層前額顯示強度來說足夠強烈。

- 我有意進(jìn)一步修改它，以便進(jìn)行連續(xù)的柔性傳感器自校準(zhǔn)。目前，當(dāng)使用晶須時，基線電阻可能會顯著波動超過初始設(shè)定值。這可能導(dǎo)致晶須靈敏度/功能降低。如果要實施連續(xù)自校準(zhǔn)，那么有希望消除這種有害現(xiàn)象。目前，您可能需要不時重新校準(zhǔn)胡須。

第6步：訓(xùn)練和學(xué)習(xí)。..。..