“手指跑道”弱视治疗机器人

“手指跑道”弱视治疗机器人 设计思路

在报名比赛后，思考以“智能爱心机器”为主题的机器人项目。途中我们的朋友偶然提及自己小时候检测出弱视，眼镜上的布遮着一只眼睛，以训练弱视的另一只。起初他感到很痛苦，那段时光不仅要忍受视觉上的为难，还一直被周围的同学当做“异类”。

后来也了解到，中国大约有2%-3%的人患有弱视，儿童弱视的趋势越来越严重，保守估计有1000万儿童，远远超过世界平均的22%。弱视患儿大多手-眼协调能力差、走路易绊倒、视觉信息处理障碍和阅读障碍，可能表现为阅读速度慢、理解能力差等。这是一个多么令人痛心疾首的数据，我们小组决心帮助这类不幸的孩子

  较严重弱视儿童康复治疗的费用很昂贵，让很多家庭苦恼。于是我们想出了运用机器人进行康复治疗的方案——“手指跑道”

 我们将用它帮助儿童进行双眼配合分辨颜色的训练，为了让孩子的双眼都可以得到锻炼，我们了解到常规弱视治疗中，有的机构会运用“红绿眼镜”，它使用光学知识，红镜只能看到红光或白光，绿镜只能看到绿光或白光，利于双眼配合的训练。接下来是判断孩子的选择是否正确，这让我们犯了难，最终我们决定将灯管上方拉起纵横交错的铜丝，横向置高电平，竖向读取电压，按压交错铜丝让其相接，通过检测哪一列变为了高电平判断选择是否正确。

  设计思路这时已经大概确定，我们又对它进行了完善。考虑到孩子们喜欢新奇事物，厌烦枯燥训练的天性，我们想出了“跑道”的创意。手指到下一行时像在跑动，可以让孩子们在训练中感受快乐。

  我们为了节约时间，不选择从网上购买铜丝。我们选择用将电线外层的塑料用焊枪部分融化并拆开，使用其中的铜丝进行结构的搭建。考虑到塑料燃烧有一定毒性，我们会开窗通风，工作半小时后会休息一会，确保队员的安全。

由于铜丝太细，我们初次尝试时好几次都以失败告终。可铜丝的断裂并没有让信念消散，多次调整方法后，终于找到诀窍。不多时就做出全部铜丝。

我们使用3Done进行3D建模。首先做好规划，在A4纸上构思，设计，记录。最终决定制作两层结构和外壳。每层底板均为长250mm,宽110mm，高3mm的长方体。顶层中间打出直径为7mm 可以通过儿童的手指的洞，横5竖4。在顶板上方打洞方便通过显示屏的线。四角打了用于穿过基米螺丝的洞，起固定作用。

  我们在3Done中用长方体打出底板，用“草图”工具测量和规划后，再用圆柱体，长方体打洞。

我们的制作过程十分坎坷，因为操作不熟悉，一度浪费宝贵的时间。最终使用“列阵”工具进行快速打孔，提高了效率。这段时间的工作让我们学习到，”坚持不懈铸造胜利，永不言弃让心灵坚韧。”

我们考虑到铜丝通弱电，但需要绝缘的物体进行固定。我们用绝缘的热熔胶进行固定。横向的铜丝被控制板接高电平，上方的纵向铜丝低电平。使用者带着绝缘指套让对应洞内的两条线相接，纵向的线进行读取，有接触的铜丝会变为高电平，以此判断是否按下正确的灯。

我们的灯管一排只能亮一种颜色的灯。In 和 out 的引脚由我们自己焊上，分别对应正，负，信号。通过对灯管输入不同的信号，实现亮灯。

我们使用Mind+进行编程。用Mind+进行语音合成模块，灯管亮灯，显示屏和铜丝的编程。我们为了实现随机，每排设计了一些亮灯方式。

通过随机组合，每次测试都会有不同的情况。我们通过随机一个变量中的数的方式，随机亮灯。如随机后为1，则为红-绿-蓝-黄的顺序，为2则为黄-红-绿-蓝。通过另一个量的随机，给出走到红色还是绿色处的指令。我们检测接竖向灯丝的端口，通过对他们的电平高低进行if判断，了解使用者的每一次选择。

我们也同样利用LCD屏幕和语音合成模块，提示使用者按下哪个颜色的圆洞，使用者佩戴红蓝眼镜，根据提示进行操作，通过不同颜色交替辨认的方法，锻炼双眼协调能力，改善弱视患者只依赖单眼观察环境的习惯，通过游戏的方式提高使用者的参与兴趣，以达到治疗弱视的效果。

最终我们的程序实现了良好的人机交互和让使用者不感到枯燥的随机功能。两天的艰苦奋斗，无数次的重来，终于造就了一千余行的程序。

铜丝的固定时一个难关。使用热熔胶时我们的手常常被烫。铜丝的定位也时常有误差。最终因为失误太大，只能将原本的线撤下，重新规划，粘贴。那时，时间以所剩不多，我们无时无刻不在担心着，害怕着。还好幸运女神眷顾，我们最终只比预期晚了一天。心中的大石头终于落下。我们也吸取教训，做事前一定要考虑清楚。

最后进入演讲和调试工作。我们的程序便于调试，没花费多少时间。演讲的PPT和演讲稿也很快做出，将视频进行适当剪辑后，我们终于成功。

这次的经历让我们获益良多。成功帮助弱视孩子的喜悦萦绕在我们心间。"Mango Tree" never give up!

代码太长，代码和文字工具都不能正常显示，因此添加到了附件当中，使用MIND+手动编辑模式打开，需要添加U8G2和Adafruit_NeoPixel库文件