Dispositivo motivador de fitness: 22 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Somos estudiantes de ingeniería que buscamos estar en buena forma física.

Sabemos lo que es tener aparentemente demasiado trabajo escolar para salir y hacer ejercicio. Para sacar dos pájaros de un tiro, decidimos usar un proyecto final en una de nuestras clases de ingeniería para tomar lecturas básicas del biosensor mientras hacíamos ejercicio. Más específicamente, este proyecto permite al usuario tomar lecturas de un acelerómetro (ACC) y un electromiograma (EMG) mientras transmite información de salida a dos LED y una pequeña pantalla digital.

Si le gustan los circuitos, Arduino, carpintería, codificación, ingeniería biomédica o soldadura, ¡este proyecto puede ser para usted!

Vea lo que está haciendo

Antes de comenzar con este proyecto, tómese un minuto para ver lo que está haciendo en el video de arriba.

En esencia, este proyecto le permite combinar múltiples facetas de lo que sabe. Si es nuevo en ingeniería biomédica (BME) o biosensores, no hay problema. Hay dos sensores principales que se utilizan en este proyecto. Estos sensores son un acelerómetro y un electromiograma (EMG). Como sugiere el nombre, un acelerómetro es simplemente un sensor que mide la aceleración. De manera menos intuitiva, un electromiograma mide la actividad eléctrica en el músculo al que están unidos sus electrodos correspondientes. En este proyecto, se utilizaron tres bioelectrodos de gel de superficie a partir de un cable eléctrico que midió las señales provenientes de la pantorrilla del sujeto adjunto.

Materiales y herramientas

Materiales

Para construir este proyecto, necesitará lo siguiente:

• una placa Arduino Uno (que se puede comprar en
• una fuente de alimentación de batería de 9 V (que se puede comprar en
• un kit conectado Bitalino (que se puede comprar en www.bitalino.com)
• una pantalla TFT de 1.8 "Adafruit y un protector además de un perma-protoboard de tamaño medio (que se puede comprar en www.adafruit.com)
• una variedad de cables de puente, LED, resistencias de 220 ohmios, soldadura y fundente (se pueden comprar en www.radioshack.com)
• Tornillos para madera de 1/2 ", clavos de acabado de 5/8", una pieza de chapa de acero de calibre 28 de 4 "x4", dos bisagras pequeñas y un mecanismo de cierre simple (se puede comprar en www.lowes.com)
• cinco pies de tabla de madera

  Nota: La madera dura se puede comprar en www.lowes.com, pero recomendamos buscar un aserrador local y usar madera de esa persona. Las dimensiones de la madera utilizada en este proyecto no son sorprendentemente comunes, por lo que las probabilidades de encontrar madera precortada con las dimensiones de espesor necesarias son bastante escasas

  Instrumentos

• un soldador (que se puede comprar en www.radioshack.com)

• muchas herramientas para trabajar la madera, que se incluyen en las fotos de arriba y se enumeran aquí

  • una sierra para cortar ingletes (que se puede comprar en www.lowes.com)
  • una sierra de mesa Shopsmith o equivalente (que se puede comprar en www.shopsmith.com)
  • una cepilladora de espesor (que se puede comprar en www.sears.com)
  • un martillo, brocas, una cinta métrica y un lápiz (se pueden comprar en www.lowes.com)
  • un taladro inalámbrico y una batería (se pueden comprar en www.sears.com)
  • una sierra de cinta (se puede comprar en www.grizzly.com)

Herramientas opcionales

• un desoldador (se puede comprar en www.radioshack.com)
• una cepilladora ensambladora (se puede comprar en www.sears.com)

Preparación

Si bien este no es el instructable más desafiante de emprender, tampoco es el más simple. Se necesitan conocimientos previos en codificación, cableado de circuitos, soldadura y carpintería. Además, el trabajo previo con Arduino o Adafruit será útil.

Un curso de programación simple o experiencia práctica en el tema debería ser suficiente para el alcance de este instructable.

Los circuitos de soldadura y cableado se aprenden mejor realizando estas acciones. Si bien un curso de circuitos teóricos puede ser útil para la comprensión técnica de los circuitos, es de poca utilidad a menos que haya construido algunos circuitos en él. Mientras realiza el cableado, intente que el cableado sea lo más sencillo posible. Evite cruzar cables o usar cables más largos de lo necesario, siempre que sea posible. Esto le ayudará a solucionar los problemas del circuito cuando parezca que se ha completado y no funciona correctamente. Al soldar, asegúrese de usar suficiente fundente para mantener la soldadura fluyendo donde lo desee. Usar muy poco fundente simplemente hará que el proceso de soldadura sea más frustrante de lo necesario. No obstante, no utilice demasiada soldadura. Cuando se trata de soldar, agregar demasiado material de soldadura generalmente no ayuda a mejorar la conexión soldada. Más bien, demasiada soldadura puede hacer que su conexión parezca razonable, incluso si no se realizó correctamente.

La carpintería es un oficio práctico. Definitivamente se necesita algo de práctica. La experiencia en las propiedades materiales de la madera ayuda, como la proporcionada en Wood por Eric Meier, especialmente si va a realizar más proyectos de carpintería en el futuro. Sin embargo, esto no es requerido. Haber visto a un artesano trabajar la madera o hacer algo de carpintería usted mismo debería ser un amplio antecedente para este proyecto. Conocer el camino en una carpintería también es esencial. Comprender qué herramientas realizan determinadas funciones lo ayudará a realizar el proyecto de manera más rápida y segura de lo que podría hacerse de otra manera.

Sitios útiles

• www.github.com; este sitio ayuda a manipular el código
• www.adafruit.com; este sitio le dice cómo conectar la pantalla TFT
• www.fritzing.com; este sitio le ayuda a dibujar y conceptualizar circuitos

La seguridad

Antes de continuar, debemos hablar sobre seguridad. La seguridad debe ser lo primero y más importante al hacer instructables o casi cualquier otra cosa en la vida, porque si alguien se lastima, no es divertido para nadie.

Aunque este instructable incorpora biosensores, ni las piezas ni el dispositivo ensamblado son un dispositivo médico. No deben utilizarse con fines médicos ni manipularse como tales.

Este instructable implica el uso de electricidad, un soldador y herramientas eléctricas. Con negligencia o falta de comprensión, estas cosas pueden volverse peligrosas.

Se requiere electricidad para alimentar el Arduino, la pantalla Adafruit y los LED. Se alimenta con una batería de 9V. En términos generales, cuando se interactúa con la electricidad, es difícil estar demasiado seguro.

No obstante, a continuación se ofrecen algunos consejos útiles de seguridad eléctrica:

• Mantenga sus manos secas y asegúrese de que la piel de ellas esté intacta.
• Si debe pasar una corriente por usted, trate de mantener los puntos de entrada y salida en el mismo extremo.
• Proporcione medios de conexión a tierra, disyuntores e interruptores de fallas para todos los circuitos. Estos ayudan a prevenir la sobrecarga de los circuitos o la fuga de corriente, si algo sale mal con el dispositivo o la ruta de la electricidad.
• No utilice dispositivos eléctricos durante tormentas eléctricas o en otros casos en los que las subidas de tensión tengan una tasa de incidencia más alta de lo normal.
• No sumerja dispositivos eléctricos ni intente utilizarlos en un entorno acuoso.
• Modifique los circuitos solo cuando la energía esté desconectada.

Un soldador es un dispositivo eléctrico. En este documento, se aplican todas las precauciones de seguridad para dispositivos eléctricos. Sin embargo, la punta de la plancha también se calienta mucho. Para evitar quemarse, evite el contacto con la punta de la plancha. Sostenga la plancha y suelde de tal manera que si uno de los elementos se resbala de su agarre, sus manos no toquen la punta de la plancha.

Las herramientas eléctricas también requieren electricidad. En este documento, cumpla con las precauciones de seguridad eléctrica que se muestran arriba. Además, sepa que las herramientas eléctricas tienen muchas partes móviles. Como tal, mantenga su cuerpo y cualquier otra cosa que le importe lejos de estas partes cuando las herramientas estén en uso. Recuerde que la herramienta no sabe lo que está cortando o mecanizando. Como operador, usted es responsable del funcionamiento seguro de las herramientas eléctricas. Mantenga las protecciones y los escudos de seguridad en su lugar mientras utiliza herramientas eléctricas.

Consejos

La siguiente información podría ser útil a lo largo de este instructivo. No todos los consejos o sugerencias se aplican a cada paso, pero el sentido común debe ser una guía sobre qué consejos y sugerencias se aplican en cada caso.

• Al realizar el cableado, el color del cable no importa. Sin embargo, puede resultar útil establecer un esquema de color y ser coherente con él en todo el proyecto. Por ejemplo, puede ser útil usar un cable rojo para un voltaje de suministro positivo en el circuito.
• Los bioelectrodos deben colocarse en una parte del cuerpo bien afeitada. El cabello produce un exceso de ruido y artefactos de movimiento en las señales recolectadas.
• Se debe evitar que los cables conectados a los bioelectrodos se muevan más de lo necesario para evitar artefactos de movimiento. Un calcetín o cinta de compresión funcionan bien para asegurar estos cables.
• Suelde adecuadamente. Asegúrese de que cada conexión soldada sea suficiente y verifique estas conexiones si el circuito parece estar completo pero no funciona correctamente.
• Al cepillar, cepille piezas de material de no menos de seis pulgadas de largo. Cepillar piezas de menos de esta longitud puede provocar un golpe o un retroceso excesivo de las piezas de trabajo.
• Del mismo modo, no se pare directamente frente a la cepilladora. Por el contrario, párese junto a él mientras las piezas de trabajo se introducen y se reciben de la cepilladora.
• Cuando use sierras, asegúrese de que las piezas de trabajo permanezcan contra las protecciones o cercas adecuadas. Esto ayuda a asegurar un corte seguro y preciso.
• Proporcione orificios piloto al sujetar con tornillos o clavos. La broca piloto debe tener un diámetro más pequeño que el sujetador previsto, pero no menos de la mitad del diámetro del sujetador. Esto ayuda a evitar que la madera que se está sujetando se parta y astilla aliviando la tensión excesiva debido a la presencia del sujetador.
• Si perfora orificios piloto para clavos, intente mantener el orificio piloto un octavo de pulgada más superficial que la longitud prevista del clavo. Esto ayuda a que la uña se hunda y proporciona una amplia fricción para ayudar a mantener la uña en su lugar cuando está hundida.
• Al martillar, clave directamente sobre la cabeza del clavo con el centro de la cabeza del martillo. Realice cambios moderados en lugar de cambios únicamente conservadores, ya que los cambios conservadores generalmente no proporcionan suficiente energía para clavar la uña, sino que solo proporcionan la energía suficiente para hacer que la uña se caiga y se doble de manera no deseada.
• Utilice la garra del martillo para quitar los clavos que no se clavan según lo previsto.
• . Mantenga sus manos alejadas de la línea de corte de las hojas de sierra. Si algo sale mal, no querrás que te corten la mano.
• Para ahorrar tiempo, mida dos veces y corte una vez. Si no lo hace, tendrá que hacer algunas piezas más de una vez.
• Utilice hojas afiladas en la cepilladora de espesor y las sierras. En las sierras, las hojas con mayor número de dientes son buenas para proporcionar un corte suave cerca de la calidad del acabado. Para hacer este proyecto, utilizamos una hoja de corte de precisión de 96 dientes y 12 "en la sierra ingletadora de doble bisel Dewalt y una hoja con al menos 6 dientes por pulgada lineal en la sierra de cinta.
• Mantenga el motor de Shopsmith en el rango de velocidad recomendado para la configuración de la sierra de mesa. Asegúrese de que la mesa esté ajustada a una altura adecuada, sin exponer la hoja más de lo necesario para hacer cada corte.

Paso 1: ¡Empecemos

Primero construya el componente del circuito. Comience por conectar la alimentación y la tierra al perma-protoboard.

Paso 2: agregar los biosensores

Conecte los biosensores al perma-protoboard y observe qué sensor es cuál. Usamos la señal de la izquierda en el diagrama como acelerómetro.

Paso 3: Incluyendo LED

A continuación, agregue los LED. Tenga en cuenta que la dirección del LED sí importa.

Paso 4: agregar la pantalla

Agregue la pantalla digital. Utilice el cableado proporcionado en este sitio web para ayudar:

Paso 5: tiempo de codificación

Dado que el circuito ahora está completo, cargue el código en él. El código adjunto es el código que usamos para completar este proyecto. La imagen es una muestra de cómo debería verse el código cuando se abre correctamente. Aquí es donde la solución de problemas puede comenzar por completo. Si todo funciona correctamente, primero se leen las señales del acelerómetro. Si la señal está por debajo del umbral, el LED rojo se enciende, el LED verde permanece apagado y la pantalla dice "¡Levántate!". Mientras tanto, si la señal del acelerómetro está por encima del umbral, el LED rojo se apaga, el LED verde se enciende y la pantalla dice "¡Vamos!". Además, se lee una señal EMG. Si la señal EMG está por encima de un umbral establecido, la pantalla digital dice "¡Buen trabajo!" Sin embargo, si la señal EMG está por debajo del umbral, la pantalla dice "¡Adelante!". Esto se repite con el tiempo, y el estado de los LED y la pantalla cambian a medida que lo exigen las entradas del acelerómetro y el EMG. Los umbrales establecidos para el acelerómetro y el EMG deben establecerse en función de la calibración con el sujeto en particular durante los estados de reposo. y ejercicio.

Para acceder a este código en GitHub, haga clic AQUÍ.

Paso 6: Planificación

Comience a hacer las cajas para contener el circuito y la batería.

Tenga en cuenta que todos los dibujos que se muestran a continuación tienen dimensiones especificadas en pulgadas, a menos que se indique lo contrario.

Comience cepillando la madera necesaria para el proyecto hasta el grosor adecuado con la cepilladora de espesor. Aproximadamente tres pies de tabla y media deben cepillarse a un grosor de 1/2 ". La mitad de un pie de tabla debe cepillarse a un grosor de 3/8". Otro medio pie de tabla debe cepillarse con un grosor de 1/4 ". El último medio pie de tabla debe ser tal que se pueda hacer un canal en U que forma el cuerpo de la caja de la batería como se describe en un paso posterior.

Paso 7: Parte inferior de la caja principal

Haga que la parte inferior de la caja principal tenga las dimensiones que se muestran y fije la placa de circuito y Arduino a ella. Haga clic en la imagen para revelar estas dimensiones.

Paso 8: Extremos de la caja principal

Haga los extremos de la caja principal con las dimensiones que se muestran y fíjelos a la parte inferior de la caja principal.

Paso 9: Lados de la caja principal: lado del sensor

Continúe haciendo que el lado del sensor de la caja principal tenga las dimensiones que se muestran y fíjelo al resto de la caja con clavos de acabado.

Paso 10: Lados de la caja principal: lado de la pantalla

Haga que el lado de la pantalla de la caja principal tenga las dimensiones especificadas y adjúntelo al resto de la caja.

Paso 11: comprueba lo que tienes

En este punto, verifique que la forma general de la caja principal sea como la que se muestra aquí, incluso si algunas de las dimensiones deben diferir debido a su elección de hardware o ubicación de hardware.

Paso 12: Parte superior de la caja principal

Haga la parte superior de la caja principal como se muestra. Haga clic en la imagen que se muestra para expandirla a tamaño completo y ver las dimensiones asociadas.

Paso 13: Todo depende de esto

Fije la parte superior de la caja principal al resto de la caja principal usando la bisagra en el extremo con los LED. Asegúrese de que la parte superior de la caja esté a escuadra con el resto de la caja antes de colocar una de las bisagras pequeñas.

Paso 14: Ciérrelo

Instale un pequeño pestillo en el extremo frontal de la caja, en el extremo opuesto a la bisagra. Esto evita que la caja principal se abra excepto cuando sea necesario.

Paso 15: Abróchese el cinturón

Para ayudar a que este dispositivo sea portátil, doble la pieza delgada de chapa de acero a lo largo de una de sus dimensiones para que un cinturón pueda caber entre ella y la parte inferior de la caja principal. Después de doblarlo, fíjelo a la parte inferior de la caja principal con tornillos para madera.

Paso 16: Base de la caja de la batería

Ahora es el momento de hacer la caja de la batería. Haga la base de esta caja con las dimensiones que se muestran.

Paso 17: Extremos de la caja de la batería

Cuando hicimos los extremos de la caja de la batería, usamos material de 3/8 . Use las dimensiones especificadas para hacer los extremos y fíjelos a la base de la caja de la batería.

Paso 18: parte superior de la caja de la batería

Hicimos la parte superior de la caja de la batería cortando un material de 1/4 a lo largo con la sierra ingletadora y al ancho adecuado usando una sierra de cinta. Para ver las dimensiones, haga clic en la imagen para expandirla.

Paso 19: coloque la tapa en la caja de la batería

Usando el mismo procedimiento que se utilizó para poner la tapa en la caja principal, coloque la tapa de la caja de la batería en el cuerpo de la caja de la batería.

Paso 20: Verifique la caja de la batería

En este punto, mire la caja de la batería para asegurarse de que se parezca a la imagen que se muestra aquí. Si no es así, ¡ahora sería un buen momento para revisar algunos de los pasos anteriores!

Paso 21: Fije la caja de la batería a la caja principal

Coloque la caja de la batería encima de la caja principal. Use tornillos para madera o clavos de acabado para terminar de asegurar la caja de la batería a la caja principal.

Paso 22: Más ideas

Si siguió estos pasos, ¡lo logró! Después de implementar el hardware y el software, pudimos utilizar el dispositivo. En su forma actual, el dispositivo tiene una aplicación limitada, pero sigue siendo una combinación interesante de diferentes aspectos del diseño. Las salidas hacen todo lo que pretendíamos después de recibir señales de las entradas del biosensor. En total, el dispositivo pesa unas pocas libras.

En futuras versiones, sería interesante hacer que el dispositivo pese menos y ocupe menos espacio. Si esto fuera posible, el dispositivo sería más útil y podría usarse más fácilmente durante el ejercicio. Para que esto sea posible, recomendamos experimentar con el uso de un micro Arduino y la impresión 3-D de las cajas. Para ayudar a ahorrar espacio, sería bueno experimentar con el uso de una batería recargable que ocupa menos espacio que una simple batería de 9V. El tamaño de la caja de la batería podría reducirse en consecuencia.