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Add guide for lacquering.
[atreides.git] / README.org
1 * Atreus Keyboard
2
3 The Atreus is a mechanical keyboard designed primarily to match the
4 shape of human hands and to be as portable as possible. The case
5 measures 26x12cm and lacks even a number row, relying heavily upon the
6 =fn= key. There is a circuit board for this design, but it's also
7 possible to [[http://wiki.geekhack.org/index.php?title=Hard-Wiring_How-To][manually wire the matrix]].
8
9 I've seen a number of existing DIY 40% keyboard designs, but most of
10 them stagger the rows, which I find very annoying now that I've gotten
11 used to the columnar layout of the [[http://ergodox.org][Ergodox]]. In addition, many of the
12 designs I've seen waste a lot of room on the space bar, failing to
13 take into account the fact that the thumb is the strongest and most
14 versatile of the fingers. This design avoids both these problems while
15 taking a more couch-friendly single-piece approach.
16
17 [[./atreus.jpg]]
18
19 See [[./changelog.md][the changelog]] for the various revisions made to the design since
20 its initial release.
21
22 ** Kits
23
24 You can buy [[http://atreus.technomancy.us][Atreus kits]] that have all the parts you need along with
25 detailed assembly instructions from http://atreus.technomancy.us. If
26 you'd rather round up all the parts yourself, that's possible too
27 since the design is completely open source; see the bill of materials
28 below.
29
30 ** Layout
31
32 Only a handful of punctuation marks (and no digits) are available
33 unshifted, and all the modifiers are on the bottom row:
34
35  :    q     w     e     r     t       ||       y     u     i     o    p
36  :    a     s     d     f     g       ||       h     j     k     l    ;
37  :    z     x     c     v     b       ||       n     m     ,     .    /
38  :   esc   tab  super shift bksp ctrl || alt space  fn     -     '  enter
39
40 The numbers and most of the punctuation are on the fn layer with a
41 numpad-style arrangement under the right hand:
42
43  :    !    @     up     {    }        ||     pgup    7     8     9    *
44  :    #  left   down  right  $        ||     pgdn    4     5     6    +
45  :    [    ]      (     )    &        ||       `     1     2     3    \
46  :   L2  insert super shift bksp ctrl || alt space   fn    .     0    =
47
48 The =L2= key switches it to the function layer, and tapping =L0= here
49 brings it back to the first layer.
50
51  :  insert home    ↑    end  pgup     ||       ↑     F7    F8    F9   F10
52  :    del   ←      ↓     →   pgdn     ||       ↓     F4    F5    F6   F11
53  :                           reset    ||             F1    F2    F3   F12
54  :              super shift bksp ctrl || alt space   L0             
55
56 The [[https://atreus.technomancy.us/tmk][firmware]] includes a number of other options, including
57 colemak, dvorak, and "software dvorak" which sends keycodes assuming
58 the OS will perform the translation into dvorak. Adding new layouts or
59 changing existing ones is easy.
60
61 ** Parts
62
63 *** Switches
64
65 This layout has five modifiers and 37 non-modifiers.
66
67 I strongly prefer the feel and sound of tactile [[https://deskthority.net/wiki/Matias_switch#Click][Matias Clicky]]
68 switches for typing. However, I like having [[https://deskthority.net/wiki/Matias_switch#Linear][Matias Linear
69 switches]] switches on the modifier keys (ctrl, alt, super, shift, and
70 fn) because the tactile effect has no benefit for keys that are held
71 down, and giving a different response helps you learn the layout more
72 quickly.
73
74 For users that need to operate in sound-sensitive environments like
75 open offices or libraries,
76 [[http://deskthority.net/wiki/Matias_switch#Quiet_click][Matias Quiet
77 Click]] switches are a popular choice since they still offer tactility
78 without the noise. Other users prefer switches in the
79 [[http://deskthority.net/wiki/Cherry_MX][Cherry MX]] family, which use
80 different keycaps and switch plates but still work fine.
81
82 *** Diodes
83
84 In order to avoid ghosting, each switch needs a diode. The [[https://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2062587][1N4148]] is a
85 readily-available choice, but nearly any signal diode would work.
86
87 *** Microcontroller
88
89 The circuit board design uses a [[http://www.pololu.com/product/3101][Pololu A-star micro]]. Hand-wired boards
90 can also use a [[http://www.pjrc.com/teensy/index.html][Teensy 2]] or [[http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMicro][Arduino Pro Micro]].
91
92 Be sure to get a microcontroller without headers so it will fit in
93 between the bottom layer and the plate. USB micro is preferred over
94 USB mini for this reason as well.
95
96 *** Keycaps
97
98 Caps for Matias switches are included in the official kits. Sculpted
99 caps are also available [[http://matias.ca/order/#keycaps][from Matias]] or by harvesting from old Alps
100 keyboards. It's recommended that you use unlabeled keys, because due
101 to the different sizes and orientations of certain keys (backspace,
102 shift, enter, etc) many of the labels will be incorrect if present.
103
104 Cherry switches have more options. This
105 [[http://keyshop.pimpmykeyboard.com/products/full-keysets/dsa-blank-sets-1][DSA-shaped base set]] (spherical indentations on the key, same profile for each
106 row) from Signature Plastics has 52 1x keys plus a few extras we won't
107 use. There are two "deep dish" keys in that set which you can place
108 under your index fingers on the home row to help guide your hands to
109 the right spot without looking. However, you only get a single 1.5x
110 keycap, and the middle two thumb keys both use them, so you might want
111 to pick up an extra.
112
113 ** Circuit Board
114
115 The =atreus.rkt= program calculates switch and diode positions based
116 on row/column counts, spacing, and rotation factors, and emits a
117 =atreus.kicad_pcb= file. The board outline and traces are done by hand
118 and are stored in the =header.rktd= and =traces.rktd= files
119 respectively. The =atreus.kicad_pcb= file can be imported into [[http://kicad-pcb.org][Kicad]]
120 which can export Gerber files suitable for fabrication. A copy of the
121 Kicad PCB file is included in the repository if you don't want to
122 recompile it using Racket. Recompiling is only required if you want to
123 make changes to the procedurally-generated portions of the board.
124
125 Unfortunately most PCB fabricators require a minimum order of 10 or
126 so, making this impractical for one-offs. The PCB is not required, so
127 for one-off boards it's usually more sensible to stick with a [[http://atreus.technomancy.us/assembly-hand-wired.pdf][hand-wired build]] instead.
128
129 ** Case
130
131 Layered laser-cut wood or acrylic. The [[http://geekhack.org/index.php?topic%3D54759.msg1304117#msg1304117][mark II case]] (EPS files in the
132 =case/= directory) features 8 screw holes and a kind of "stair step"
133 design around the top and bottom of the key clusters; mark I is
134 pictured below.
135
136 The =3mm-alps-all.eps= file contains the top plate, bottom plate, and
137 switch plate for Matias switches. =3mm.eps= contains the files for
138 Cherry boards. These pieces can all be cut on 3mm acrylic or wood. The
139 =spacer.eps= file should be cut on something thicker; between 4.5mm
140 and 6mm is recommended. The spacer needs to be at least as thick as
141 the connector of the USB cable you're using.
142
143 There is also a programmatically-implemented version of the case
144 written in OpenSCAD; it is more flexible (you can tweak the number of
145 rows/cols, etc and recompile) but it doesn't match the canonical case
146 exactly; in particular the screw holes are placed differently.
147
148 The original case (=case-mk-i.svg=) design is also included; it is
149 slightly less wide and has a minor asymmetry with the screws on the
150 bottom side.
151
152 On a 100W Epilog laser, the 3mm layers cut in about a minute and a
153 half. I did a run with 6mm acrylic of the other layers which took
154 nearly 6 minutes.
155
156 Wood cases should be finished with sandpaper and finishing oil/wax or
157 with [[https://atreus.technomancy.us/lacquer.pdf][lacquer]] which
158 takes longer but feels nicer.
159
160 ** Firmware
161
162 The [[https://atreus.technomancy.us/tmk][TMK firmware]] is
163 recommended. You should be able to change into the =keyboard/atreus=
164 directory and run =make KEYMAP=qwerty= (or whichever variant you want)
165 to produce a qwerty =atreus.hex= file. You will probably want to
166 create your own layout once you've gotten a chance to try it and see
167 what works for you. See the readme for instructions of how to upload
168 it to the keyboard's controller.
169
170 There is also the older [[https://github.com/technomancy/atreus-firmware][atreus-firmware]] custom codebase which works
171 but has fewer features. It is recommended mostly for learning purposes
172 since the code is much simpler and easier to understand than TMK.
173
174 ** Bill of Materials
175
176 Using Cherry switches is cheapest unless you can find cheap Alps-mount keycaps:
177
178 - 50 MX Blue switches: $29.00 (mechanicalkeyboards.com)
179 - 50 diodes: $3.45 (radio shack, should be able to buy in-person)
180 - Base blank DSA keycap set: $23.00 (signatureplastics.com)
181 - Teensy 2: $16, $3 shipping (pjrc.com)
182 - Case materials: ~$16, varies by source
183 - Case laser cutting: 7.5 minutes on a 100W Epilog laser; varies by source
184 - USB micro cable: $5, various sources
185
186 Recommended but optional:
187
188 - 5 MX Red or MX Black switches: $8.50 - $10.00
189 - additional 1.5x DSA keycap: $1 plus $8 shipping
190
191 The base keycap set only has one 1.5x key, which is used for the inner
192 thumb keys. You can use a 1x key for one of them, but it looks kind of
193 tacky, so I recommend getting a second 1.5x keycap separately.
194
195 *** Other Tools
196
197 You'll need a soldering iron, solder, and a wire cutter. A multimeter
198 can come in handy for testing the connections but is optional. You'll
199 also need eight M3 machine screws with nuts; the length of the screws
200 depends on the thickness of the acrylic you use. You can add rubber
201 feet to the bottom to prevent the board from sliding around when
202 placed on a desk. You'll also need sandpaper and lacquer for the
203 wooden case.
204
205 If you are building a hand-wired board you will also need a glue gun,
206 hookup wire, and wire strippers.
207
208 ** Assembly
209
210 See the [[https://atreus.technomancy.us/assembly.pdf][assembly instructions]] PDF.
211
212 Hand-wired boards will want the [[https://atreus.technomancy.us/assembly-hand-wired.pdf][previous edition of the assembly instructions]].
213
214 The LaTeX source to the assembly instructions is in the =assembly= directory.
215
216 ** Inspiration
217
218 These fine projects all provided inspiration for various aspects of
219 the Atreus, as well as the folks on the =#geekhack= freenode channel.
220
221 - [[http://ergodox.org][Ergodox]]
222 - [[http://deskthority.net/workshop-f7/onehand-20-keyboard-t6617.html][OneHand]]
223 - [[http://blog.fsck.com/2013/12/better-and-better-keyboards.html][keyboard.io]]
224 - [[http://geekhack.org/index.php?topic=48718][ErgoT]]
225
226 ** Builds
227
228 If you've built an Atreus, please add your name to [[https://github.com/technomancy/atreus/wiki/BuildLogs][the build logs wiki]].
229
230 There's also a [[https://atreus.technomancy.us/list][mailing list]] for people who have built or ordered an
231 Atreus or are interested in doing so.
232
233 ** Orestes
234
235 A new [[https://www.flickr.com/photos/technomancy/14654421878][experimental build]] uses the [[http://pjrc.com/store/teensy31.html][Teensy 3]] microcontroller and
236 ARM [[https://github.com/technomancy/orestes/tree/teensy3][Forth-based]] firmware, but this is not yet suitable for general-purpose use.
237
238 ** License
239
240 Copyright © 2014-2016 Phil Hagelberg and contributors
241
242 Released under the [[https://www.gnu.org/licenses/gpl.html][GNU GPL version 3]]