Resonanzkörper für taktilen Aktuator

Hier könnt Ihr eure Projekte vorstellen die Ihr grade gedruckt habt oder plant. Die Projekte sollten entweder mit dem Drucker RF1000 oder seine Nachfolger grdruckt worden sein (oder Erweiterungen aller Art für den RFx000). Infomationen, Diskussionen und Fragen erwünscht.
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Resonanzkörper für taktilen Aktuator

Beitrag #1 von georg-AW » Di 14. Mai 2019, 17:56

Hi
Dies ist eine eher exotische Anwendung eines Druckes auf dem RF 1000 ( spez. PLA, Düse 0.5mm !

In meinem Projekt geht es darum, einem Blinden eine Abstandsinformation eines Ultraschallsensors mit Hilfe eines taktilen Aktuators zu übermitteln.

Dabei wird der Tastsinn verwendet. Es wäre möglich den Abstand übers Gehör zu übermitteln. Das wird von Blinden aber meist abgelehnt weil das Gehör frei bleiben soll. Konkret soll das Abstandssignal durch einen vibrierenden Körper zb. eine Membrane oder einen Zapfen übermittelt werden.
Das muss möglichst leistungsarm ( Batteriebetrieb ) kostengünstig und klein sein. Brailleblöcke oder thermische Aktuatoren sind daher ungeeignet.
Spontan sind mir deshalb die Vibrationsmotoren eingefallen welche in den Handys eingebaut sind. ( Bild )
Leider reagieren die rotierenden Exzenter-Vibratoren ziemlich verzögert und sind ungeeignet für die Anwendung. Auch ist der Energiebedarf hoch.
Unter den in den Mobilphonen verbauten Vibrationssystemen fällt das ab Modell 6 s verwendete von Apple auf. Die Versuche haben gezeigt, dass damit mehr Informationen schnell zum Nutzer übertragen werden können. Es handelt sich um ein sog. LRD "linear resonant drive", ein Feder-Masse System welches dank sehr kleinen Abmassen schnell reagiert, dh innert Millisekunden startet und stoppt. ( Aufbau Bild )
Es ist mittlerweile in verschiedenen Ausführungen in Apple Produkten verbaut ( Apple Patent )
Der menschliche Tastsinn hat seine höchste Empfindlichkeit bei einer Vibrationsfrequenz von ca. 200 Hertz. Dort sind Amplituden von 1-2 Mikrometer fühlbar. ( Bild Meissner-und Pacinische Körperchen )
Das Problem bei den von Apple eingesetzten sog. TapTic Engines ist es, dass sie so konzipiert wurden, dass möglichst das ganze Handy vibriert.
Ich möchte aber, dass nur gerade eine vibrierende Kalotte ( Kuppe ) zu spüren ist. Allenfalls kämen bis zu 4 im Quadrat oder bis zu 8 Stück in Reihe in Frage. Das gelingt nur, wenn die Vibrationshauptrichtung in der Längsachse liegt sonst vibriert das ganze Gerät.

Mit diversen Versuchen und unter Einsatz meines RF1000 Druckers konnte ich einen Resonanzkörper entwickeln welcher bei 190 Hz eine sehr starke Vibration in Achse aufweist , sehr klein ist und zudem gesteckt werden kann. ( stl Datei ).
Der Blinde bekommt die Abstandsinformation als Vibrationen am Daumen oder Zeigefinger, zb. bei 2.5m Abstand = 1 Schwingung/sec bis zu
10 Schwingungen/sec bei 0.2m Abstand. Es ist möglich, zusätzliche Informationen als vordefinierte Vibrationsmuster auszugeben ( ähnlich Morsesignalen )
Die Kosten sind niedrig weil die Apple TapTic Engines günstig gekauft werden können ( solange es die älteren Versionen zb. 6s betrifft, zb. ca. 4 $/Stk.ex China )
Die TapTic Engine des iPhone 6s hat einen Innenwiderstand von 18 Ohm ( Betrieb @3.7V ) Man kann bei einer kurzen Impulsdauer aber locker eine Impulsspannung von 7.4V bis 10V ansetzen, das Ding wird dann etwas wärmer, die Vibrationen aber merklich stärker.
Als Ultraschall-Abstandssensor verwende ich einen sehr kleinen bis 2.5 Meter reichenden mit analogem Ausgang, ( Bild )

Das Ganze ist ein Teil eines Blindenstockes welcher ohne Stock auskommen soll. Die Abstandsinformationen sollen noch durch die Rückmeldung der Haptik d.h. Zustandes der Struktur evl. Material der angepeilten Lauffläche ergänzt werden. ( optischer d.h. Laser Scanner )
Ein kleines Ding in der Hand zu halten.

ciao Georg
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Re: Resonanzkörper für taktilen Aktuator

Beitrag #2 von AtlonXP » Di 14. Mai 2019, 19:49

Danke Georg,
wie immer ganz nett.

Warum machst du dir so viel Mühe mit dem Schüttelmechanismus?
Eine Art Lautsprechermembran nur etwas Stabiler, dürfte auch den Zweck erfüllen.

LG AtlonXP

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Re: Resonanzkörper für taktilen Aktuator

Beitrag #3 von georg-AW » Mi 15. Mai 2019, 11:54

Hi
Lautsprecher sind gross ( im Vergleich zu meinem kleinen Aktuator ) , sie sind dafür geschaffen um Luft zu bewegen, dazu sind sie mit grossen Membranen ausgerüstet, Selbst Hochtonlautsprecher sind um ein Vielfaches grösser wie mein LRD. Wenn eine Lautsprechermembran durch einen Finger
gedämpft wird, schwingt sie nur noch schwach. Die bei einem Lautsprecher eingesetzte Leistung ist gross im Verhältnis zu meinem System.
Lautsprecher haben einen kleinen Wirkungsgrad.
Feder-Masse-Systeme welche in Resonanz schwingen, brauchen sehr wenig Energie für grösstmögliche Amplituden. Ein Lautsprecher wird gerade so konstruiert, dass er keine auffällige Resonanzstelle hat. Er soll möglichst linear sein.
Mein elektronischer Blindenstock soll mit einer kleinen Li-Ion Batterie möglichst ein Tag lang betrieben werden können. Der taktile Aktuator soll deshalb mit geringer Leistung betrieben werden . Er kann eine Vielzahl von Schwingungsmuster übertragen, er vibriert vorzugsweise in der Achsrichtung, er ist schnell austauschbar und wird durch Schmutz kaum beeinflusst. Eine Membrane , selbst eine etwas stabilere ist hingegen durch Berührung > zb. Fingernägel schnell zerstört.
Last but not least: Das ganze Gerät ( der Quasiblindenstock ) soll bequem in eine hohle Hand passen. Mein Aktuator/Aktor hat die Masse 34 x 9.5 x 7mm

Fazit: Ein Lautsprecher auch mit stabiler Konstruktion ist für meine Zwecke völlig ungeeignet.

ciao Georg


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