“The future depends on what you do today.”
Gandhi
Piattaforma di carico e pistola laser
Questo sistema terapeutico interattivo è progettato per promuovere un corretto allineamento in piedi attraverso il gioco. L’idea è che Julian mantenga una distribuzione bilaterale del peso adeguata; quando si raggiunge una simmetria sufficiente, il sistema attiva wireless una pistola laser. Se viene rilevata una postura asimmetrica, la pistola viene disabilitata fino a quando non viene effettuata una correzione.
Il sistema ha tre componenti principali: una piattaforma sensibile alla pressione, una pistola laser controllata wireless e un bersaglio.
La Piattaforma
La piattaforma monitora la distribuzione del peso bilaterale di Julian misurando la pressione plantare tramite 8 sensori di forza integrati. Una postura corretta in piedi è definita come un carico quasi uguale tra gli arti inferiori sinistro e destro. La piattaforma ha un valore di tolleranza definibile dall’utente per accomodare il naturale ondeggiamento posturale.
Strutturalmente, la piattaforma è composta da due pannelli per i piedi scorrevoli, montati indipendentemente, ciascuno con quattro sensori di pressione ad alta capacità posizionati nelle regioni dell’avampiede e del tallone. Questi sensori misurano continuamente la simmetria del carico tra entrambi i piedi.
Il sistema confronta l’output di ciascun gruppo di sensori su un piede con il gruppo corrispondente sull’altro piede. Se la deviazione calcolata rientra in una soglia di varianza accettabile definita dall’utente, la piattaforma abilita wireless la pistola laser.
Per accomodare la variabilità individuale nel controllo posturale, la piattaforma dispone di una manopola di regolazione della tolleranza basata su hardware. Questa manopola modula la differenza di pressione inter-limb consentita, variando dal 10% (impostazione più rigorosa) al 50% (impostazione più permissiva). Ad esempio, con l’impostazione al 50%, un gruppo di pressione su un piede può registrare fino al doppio del carico rispetto al suo corrispondente e essere comunque considerato “bilanciato”.
Solo quando la distribuzione del peso in tempo reale rimane entro la soglia selezionata, il sistema attiva wireless il circuito di attivazione della pistola laser.
Comunicazione wireless tra la piattaforma e la pistola laser
La comunicazione wireless tra la piattaforma e la pistola laser avviene tramite due moduli XBee Serie 2 operanti in una configurazione unidirezionale. Nell’implementazione attuale del Gioco della Pistola Laser, la piattaforma funge da trasmettitore, inviando periodicamente segnali di attivazione alla pistola laser dopo la convalida della postura corretta.
Pistola laser
Con grande disappunto dei ragazzi, ho smontato il meccanismo di un Nerf Mega Blaster. La mia principale preoccupazione era la sicurezza, quindi l’elettronica della pistola incorpora tre caratteristiche di sicurezza fondamentali per garantire un funzionamento sicuro. Queste sono:
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La pistola laser è sempre SPENTA a meno che la piattaforma non la attivi.
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C’è un rilevatore di movimento davanti alla piattaforma che spegne il laser quando viene rilevato movimento tra il bersaglio e la piattaforma/pistola.
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All’avvio, la pistola viene calibrata per spegnere il laser se la pistola stessa si allontana dal bersaglio. Ciò è ottenuto tramite un sensore di prossimità a ultrasuoni nella pistola, che misura la distanza dal bersaglio. Poiché la dimensione del bersaglio è nota, la pistola calcola l’ipotenusa della distanza dal bersaglio. Da quel momento in poi, quando il sensore a ultrasuoni misura una distanza maggiore del valore iniziale dell’ipotenusa, il laser viene disattivato. Tuttavia, poiché Julian è molto più basso rispetto alla distanza dal bersaglio, c’è anche un accelerometro nella pistola che disattiva il laser se l’angolo accettabile verso il basso della pistola viene superato.
Utilizzo della pistola laser
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La pistola viene accesa e puntata al centro del bersaglio per la calibrazione.
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Il sensore di prossimità a ultrasuoni determina la distanza (A) dal bersaglio.
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Viene calcolata B utilizzando il Teorema di Pitagora.
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Da questo momento in poi, se il sensore a ultrasuoni legge una distanza dalla parete maggiore di B (ad esempio C), il laser viene disattivato.
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Contemporaneamente alla determinazione della distanza a ultrasuoni (A) al punto 2, l’accelerometro imposta anche il suo asse X di allineamento a 0 gradi.
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L’accelerometro controlla continuamente l’angolo verso il basso e se supera i 30 gradi, il laser viene disattivato.
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Il laser sarà attivato SOLO quando tutte e quattro le seguenti condizioni sono soddisfatte:
• La piattaforma invia il segnale di autorizzazione alla pistola.
• La distanza dalla parete è minore o uguale al valore dell’ipotenusa calcolato inizialmente.
• L’angolo della pistola è maggiore di -30 gradi.
• Non c’è movimento davanti alla piattaforma.
Componenti della pistola laser
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3 batterie AA
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Accensione/Spegnimento
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Accesso USB
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Arduino Uno Rev3 / Sparkfun Xbee shield / XBee serie 2
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Pulsante a pressione momentaneo per il grilletto (commutazione ON/OFF)
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LED per indicare autorizzazione al tiro
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Accelerometro
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Aggroviglio di fili
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Altoparlante
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Laser rosso
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Sensore a ultrasuoni
Bersaglio
Il primo prototipo del sistema bersaglio è un pannello quadrato stazionario controllato da un microcontrollore Arduino Mega 2560. Integra 15 LED, ciascuno abbinato a una fotoresistenza per il rilevamento della luce. Il punteggio dell’utente viene visualizzato su un display a 4 cifre a 7 segmenti di colore blu, che si inizializza a zero all’avvio del sistema.
Durante il funzionamento, i LED si attivano casualmente per 3 secondi. Se la fotoresistenza corrispondente rileva un aumento significativo dell’intensità luminosa entro questo intervallo – indicando un colpo andato a segno – il sistema incrementa il punteggio e aggiorna il display in tempo reale.
Le future versioni del design integreranno elementi meccanici mobili azionati da due servomotori e un motore passo-passo, consentendo il riposizionamento dinamico delle parti del bersaglio. La funzione random() verrà utilizzata per attivare bersagli specifici, ognuno potenzialmente associato a valori di punteggio diversi per rendere il gioco più divertente.
Conclusione e considerazioni
Ci sono voluti tre mesi per costruirlo e a Julian è piaciuto per tre minuti. Stare in piedi correttamente sulla piattaforma e contemporaneamente mirare e sparare con la pistola era troppo per lui da gestire.
Mi ha insegnato un’altra lezione preziosa: quanto do per scontato!
Tuttavia, non è stato tutto sprecato perché abbiamo finito per usare la piattaforma come parte delle sue sessioni di allenamento. E la piattaforma è stata poi utilizzata per controllare la successiva versione del Gioco della Pistola Laser… La Pista delle Biglie! Che lui adora assolutamente!