Nasadka do skarpet z czujnikiem nacisku: 18 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Jeśli chodzi o wybór niestandardowych ortez, nie ma wielu wiarygodnych opcji testowania, które mogłyby pomóc Ci zdecydować, jaki rodzaj wkładki jest najlepszy dla Twoich stóp. A opcje, które istnieją, prawie zawsze dokładnie sprawdzają nierównowagę sił w stopach podczas stania. W rzeczywistości potrzebujesz wkładek, aby zapewnić komfort i stabilność również podczas chodzenia, a nie tylko podczas postoju. Ciekawi, jak możemy rozpocząć prace nad rozwiązaniem tego problemu, postanowiliśmy zaprojektować proste, niedrogie nasadki do skarpet z czujnikiem nacisku, które, miejmy nadzieję, po ulepszeniu w przyszłości, będą mogły pomóc w diagnozowaniu wszelkich zaburzeń równowagi w stopach pacjenta podczas chodzenia. Ta diagnoza mogłaby następnie potencjalnie zostać wykorzystana, w połączeniu z istniejącą dokumentacją medyczną, do stworzenia niestandardowych wkładek dla pacjenta (lub zarekomendowania istniejących).

Nasz obecny projekt (ten, który możesz wykonać w tej instrukcji) ma trzy czujniki, które przyczepiają się do dolnej części każdej skarpety i powodują, że neopiksele (małe światła) zapalają się po ich naciśnięciu. Wszystkie elementy elektroniczne są umieszczone w opasce na kostkę i umożliwiają przesyłanie danych dotyczących ciśnienia do komputera przez Bluetooth, a następnie wykreślanie ich w czasie rzeczywistym. Mamy nadzieję, że w przyszłości zaktualizujemy ten projekt, ale na razie oto jak zbudować nasz obecny prototyp!

(Obejrzyj film powyżej, aby zobaczyć, co zrobi, gdy skończysz).

Przygotowanie

Aby z powodzeniem wykonać to urządzenie, musisz wiedzieć o kilku rzeczach. Kod użyty w projekcie został dołączony, ale podstawowa wiedza na temat logiki może być korzystna, jeśli napotkasz jakiekolwiek problemy. Jeśli masz problem, w Internecie dostępne są również fora, na których możesz opublikować swój problem lub poszukać takiego, który jest podobny do problemu, który został już rozwiązany. Podstawowa znajomość okablowania elektrycznego, choć niezbyt skomplikowana, może przyspieszyć realizację projektu. Na koniec będziesz musiał przylutować kilka elementów złącznych do Flory. Odśwież podstawy przed rozpoczęciem!

Bezpieczeństwo

Zanim zaczniesz projekt, musisz się zająć kilkoma kwestiami bezpieczeństwa. Sam gotowy produkt nie zaszkodzi, ale bezpieczeństwo elektryczne nie zawsze jest powszechną wiedzą. Aby uniknąć zwarcia któregokolwiek z urządzeń, upewnij się, że uziemienie jest podłączone do urządzenia przed dodaniem zasilania. Upewnij się również, że żaden z twoich przewodzących nici nie krzyżuje się z innymi przewodzącymi niciami. Mogłoby to spowodować zwarcie obwodu i wzniecenie pożaru. Należy również zachować ostrożność podczas lutowania łączników do Flory. Narzędzia lutownicze są niesamowicie gorące i mogą powodować niezwykle bolesne oparzenia, jeśli przypadkowo dotkniesz grotu. Upewnij się, że wiesz, co robisz, aby się nie poparzyć ani nie uszkodzić obwodów.

Porady i wskazówki

• Sprawdź, czy obwód działa przed przystąpieniem do szycia lub budowania!
• Jeśli nie możesz uzyskać żadnych danych z czujnika ciśnienia, sprawdź, czy powiązany pin we Florze jest sprawny (jeden z naszych pinów został uszkodzony i musieliśmy uzyskać nową Florę).
• Zaplanuj, w jaki sposób zamierzasz dopasować wszystkie elementy opaski na kostkę, aby uniknąć krzyżowania się przewodzących nici w dowolnym miejscu.
• Zostaw sobie dodatkowe miejsce, planując przyszyć nić przewodzącą na opaskę. Zbyt blisko siebie nici stwarzają ryzyko ich przypadkowego zetknięcia.
• Aby zaoszczędzić czas, zaplanuj rozmieszczenie nici przed zszyciem. Jeśli spróbujesz go uszyć, nie mając jasnego pojęcia, dokąd wszystko pójdzie, będziesz sfrustrowany i i tak wiele z tego zrobisz ponownie.
• Jeśli masz problemy z połączeniem z modułem Bluetooth, odłącz moduł, zapomnij o urządzeniu w ustawieniach Bluetooth na komputerze, a następnie połącz się z nim ponownie.
• Aby zaoszczędzić czas, obejrzyj kilka samouczków wideo na YouTube dotyczących przyszywania elektroniki użytkowej do odzieży

Krok 1: Zbierz materiały i narzędzia

Aby utworzyć przystawkę do skarpet z czujnikiem nacisku, jest kilka rzeczy, których będziesz potrzebować, jeśli chcesz, aby działały. Niektóre rzeczy z poniższej listy są wymagane, a niektóre z nich są pożądane dla ułatwienia.

1. Flora (można ją znaleźć tutaj za 15 USD)
2. Moduł Bluetooth. Użyliśmy Arduino (HC06 BT), ale możesz również użyć modułu do noszenia Flora BLE.
3. Wrażliwy na nacisk materiał przewodzący, taki jak Velostat (dostępny tutaj w Adafruit)
4. NeoPixels Flora RGB, co najmniej trzy. (Czteropak jest dostępny w Adafruit za około 8 USD tutaj.)
5. Gwint przewodzący
6. Przewody połączeniowe (wyglądają tak z co najmniej jedną stroną żeńską). Będziesz potrzebować 4.
7. Zaciski krokodylkowe przymocowane do przewodów (opcjonalne, ale niezwykle pomocne)
8. Igła do szycia
9. Powinna wystarczyć mała bateria 3,7 V (dostępna tutaj w Adafruit za około 8 USD). Upewnij się, że bateria ma odpowiednie złącze dla Flory.
10. Podkładka na rzep, co najmniej 2 "x 4", plus kropki na rzepy.
11. Małe (5mm) wszyte na zatrzaski. Będziesz potrzebował co najmniej 18.
12. Lut i lutownica
13. Stara koszulka
14. Topliwa tkanina łącząca, można ją kupić w większości sklepów rzemieślniczych lub szwalniczych. Przeczytaj kilka porad i wskazówek tutaj.
15. Stara koszulka
16. Nożyczki, taśma i cierpliwość.

Krok 2: Utwórz czujniki ciśnienia

1. Wytnij 3 kawałki z tkaniny przewodzącej. Jeden powinien być wystarczająco mały, aby zmieścić się pod piętą przeciętnej osoby, a pozostałe dwa powinny mieć mniej więcej 1 cal x 1 cal kwadraty (ale kształt nie ma tak wielkiego znaczenia).
2. Wytnij sześć 18-calowych kawałków przewodzącej nici.
3. Przyklej po jednym kawałku nici z każdej strony wszystkich trzech wstępnie przyciętych kawałków tkaniny. Nić powinna być przyklejona taśmą w kształcie litery „J”, jak pokazano na powyższym obrazku, i powinna spływać z tkaniny po przeciwnych stronach, jak pokazano (zachowując około pół cala odstępu między końcami nici).

Krok 3: Podłącz czujniki ciśnienia do Flora

1. Używając zacisków krokodylkowych, dla każdego czujnika ciśnienia przymocuj jeden przewodzący koniec nici do kołka uziemiającego we Flora, a drugi do jednego z kołków 6, 9 lub 10 (połączenia pokazane na obrazku powyżej po lewej stronie). Kod, którego będziesz używać, oznacza czujnik na pinie 9 jako ten, który będzie znajdował się na pięcie, czujnik na pinie 6 jako ten, który będzie zlokalizowany na czubku stopy, a czujnik na pinie 10 jako ten, który będzie znajdować się pod zewnętrzną częścią stopy (poniżej miejsca, w którym znajduje się knykcie najmniejszego palca). Jeśli ukształtowałeś swoje czujniki specjalnie do użytku w jednej z tych lokalizacji, upewnij się, że są one przymocowane do właściwego styku.
2. Umieść czujniki tak, aby leżały płasko na stole i żaden z nici nie krzyżował się ani nie dotykał.

(Uwaga: jeśli chcesz dopasować kilka zacisków krokodylkowych do jednego styku Flory, włóż koniec małego drutu między istniejącym połączeniem, a następnie przymocuj klips do wystającego końca, jak pokazano powyżej na obrazku po prawej stronie.)

Krok 4: Podłącz NeoPixels do Flory

1. Podłącz każdy NeoPixel do GND. Wszystkie mogą być podłączone do tego samego uziemienia.
2. Połącz NeoPixels szeregowo, z pierwszym podłączonym do pinu 12 na Flory.
3. Zwróć uwagę, w którą stronę wskazują strzałki. Strzałka skierowana do środka to sygnał przychodzący, a strzałka skierowana od środka to sygnał wychodzący.
4. Podłącz każdy NeoPixel do VBATT.

Schemat połączeń pokazano na powyższym obrazku jako odniesienie.

Krok 5: Podłącz Bluetooth do Flory

1. Połącz pin GND modułu Bluetooth z pinem GND we Flora.
2. Podłącz pin VCC modułu Bluetooth do pinu 3.3V na Flory.
3. Podłącz TXD na module Bluetooth do RX #0 na Flora.
4. Podłącz RXD na module Bluetooth do TX #1 na Flory.

Jeśli moduł Bluetooth jest podłączony nieprawidłowo, może to prowadzić do smażenia obwodu lub nieprawidłowej komunikacji między modułem a komputerem.

Krok 6: Skonstruuj obwód

Korzystając z powyższego schematu obwodu, zmontuj wszystkie komponenty (NIE próbuj jeszcze używać przewodzącego gwintu. Na razie wystarczy użyć zacisków krokodylkowych i izolowanych przewodów lub innych wybranych przewodów tymczasowych)

Krok 7: Pobierz kod i podłącz Florę do komputera

1. Pobierz kod korzystając z poniższego linku i otwórz go w Arduino IDE.
2. Jeśli nie masz zainstalowanej biblioteki Adafruit NeoPixel, pobierz ją z GitHub. Zainstaluj tę bibliotekę i pamiętaj, aby umieścić ją w folderze Arduino Libraries.
3. Jeśli nie masz zainstalowanej biblioteki filtrów Arduino, pobierz ją tutaj z GitHub. Zainstaluj go i pamiętaj, aby umieścić go w folderze Arduino Libraries.
4. Podłącz Florę do komputera za pomocą kabla micro USB do USB (zdjęcie powyżej).
5. Kliknij „Narzędzia” > „Board” > „Adafruit Playground”, aby poinformować oprogramowanie, jakiego sprzętu używasz.
6. Kliknij „Narzędzia” > „Port”, a następnie z rozwijanego menu wybierz port COM, do którego podłączona jest Twoja Flora na komputerze.

Oto kod, którego potrzebujesz!

UWAGA: Może być konieczne dostosowanie progów w kodzie, aby określić, kiedy włączyć/wyłączyć NeoPixel. Dostosuj każdy dla każdego czujnika.

Krok 8: Prześlij kod do Flory

1. Kliknij strzałkę „Prześlij” w lewym górnym rogu IDE (zakreślone na powyższym obrazku).
2. Ponieważ kod został przesłany, możesz teraz odłączyć Florę od komputera. Od tej chwili komunikacja między Florą a komputerem będzie odbywać się przez połączenie Bluetooth.

Krok 9: Podłącz moduł Bluetooth do komputera

1. W tym momencie kontrolka na module Bluetooth powinna migać.
2. Otwórz preferencje Bluetooth na swoim komputerze.
3. Połącz się z modułem, klikając opcję „HC-06”.
4. Po podłączeniu światło na HC-06 powinno przestać migać i pozostać stałe, jak widać na powyższym obrazku.

Krok 10: Przetestuj funkcjonalność

1. W tym momencie moduł Bluetooth powinien przesyłać dane z utworzonych czujników ciśnienia do komputera.
2. Pobrany kod pobiera te dane i wykreśla je w postaci trzech oddzielnych linii (po jednym dla każdego czujnika).
3. W IDE kliknij „Narzędzia” > „Ploter szeregowy”.
4. Powinieneś zobaczyć trzy wspomniane linie, wszystkie prawdopodobnie o różnych wartościach początkowych.
5. Dociśnij każdy czujnik ciśnienia po jednym na raz, aby upewnić się, że zobaczysz odpowiedź na odpowiedniej wykreślonej linii (ciśnienie powinno spowodować spadek krzywej).
6. Jeśli nie widzisz żadnych wykreślanych danych, upewnij się, że szybkość transmisji na wykresie jest ustawiona na 9600.
7. Nie przechodź do następnego kroku, dopóki nie upewnisz się, że dane są gromadzone, a wykresy reagują na nacisk na czujniki ciśnienia

Krok 11: Zakryj czujniki

1. Wytnij kawałki cienkiej, nieprzewodzącej tkaniny (użyliśmy starej koszulki) w takich samych kształtach jak czujniki nacisku (tylko nieco większe). Wytnij 2 kawałki materiału na każdy czujnik.
2. Włóż każdy czujnik między wyznaczone 2 kawałki materiału, a następnie obszyj każdy czujnik (uważając, aby go nie przebić).
3. Po zakończeniu szycia wytnij 3 kawałki rzepa (szorstka strona) o tym samym kształcie i rozmiarze, co czujniki.
4. Przyklej rzep do odpowiednich nowo zakrytych czujników (tylko po jednej stronie każdego).
5. Jeśli rzep nie przylega dobrze do materiału, możesz go również przyszyć. Ponownie jednak uważaj, aby nie przebić czujników. Rzep będzie służył jako metoda mocowania czujników do skarpety.

Krok 12: Zaplanuj nawlekanie

Teraz, gdy masz już gotowy szkic prototypu i sprawdziłeś, że rzeczywiście działa, możesz spróbować zszyć go razem w celu uzyskania produktu końcowego. Pamiętaj, nie krzyżuj nici przewodzącej i zaplanuj szycie przed szyciem. Istnieją nieskończone możliwości rozmieszczenia Flory, Bluetooth i NeoPixels. Powyższy obrazek to jedna z możliwości, które okazały się skuteczne. Trzy NeoPixele są połączone szeregowo, a każdy z nich jest podłączony do zasilania i uziemienia. Plus, żadne przewody się nie krzyżują! dzięki czemu jest to doskonały układ.

Krok 13: Składanie prototypu: szycie część 1

Czujniki są zakryte, kod działa i zaplanowałeś wątki. Teraz czas na montaż produktu końcowego. Wszystko uszyliśmy na opasce na kostce (wykonanej ze starego t-shirtu), którą można owinąć i zabezpieczyć rzepem. Możesz wypróbować ten sam pomysł, ale zachęcamy do zabawy i znalezienia odpowiedniego ustawienia! Wykonaj poniższe czynności i obserwuj swoje połączenia!

1. Naprasuj interfejs na pasek koszulki, uważając, która strona jest skierowana w dół. Pasek powinien być wystarczająco długi, aby owinąć się wokół kostki i wystarczająco szeroki, aby przyszyć Flora, Bluetooth i NeoPixels.
2. Zdecyduj, gdzie chcesz umieścić Florę, moduł Bluetooth i NeoPixels.
3. Przyszyj kobiecą stronę zatrzasków do koszulki, w której chcesz umieścić Florę. Żaden z zatrzasków nie powinien się stykać.
4. Upewnij się, że sprawdzasz położenie każdego zatrzasku podczas szycia, aby upewnić się, że pasują do właściwej szpilki na florze. (Widać powyżej na obrazku.)

Pamiętaj, aby na tych etapach odwoływać się do swojego planu gwintowania, aby nie krzyżować przewodów lub zapomnieć o podłączeniu czegoś.

Krok 14: Składanie prototypu: szycie część 2

Teraz, gdy masz już opuszczoną ramę, przejdźmy do elementów do szycia:

1. Przyklej NeoPixels tam, gdzie chcesz. Nie jest to bezwzględnie konieczne, ale jest pomocne przy utrzymywaniu ich na miejscu podczas zszywania.
2. Przyszyj NeoPixels do koszulki.
3. Przyszyj Bluetooth do koszulki. Zrobiliśmy małą kieszonkę, jak widać na powyższym obrazku, ale ćwicz swój kreatywny umysł, aby wybrać najlepszy sposób na jej przytrzymanie.
4. Używając przewodzącej nici, zszyj połączenia między zatrzaskami Flory, Bluetooth i NeoPixels.
5. Nie krzyżuj wątków! Jeśli krzyżowanie się nitek jest nieuniknione, umieść izolację między nitkami, np. część koszulki.

Krok 15: Składanie prototypu: część szycia 3

Po zszyciu NeoPixels przejdź do podłączenia czujników ciśnienia do obwodów:

1. Zszyj linię sześciu zatrzasków około cala poniżej NeoPixels.
2. Przewlecz przewody przewodzące między Florą a nową linią zatrzasków. Będą one działać jako punkty połączenia dla czujników ciśnienia. (Powinny być trzy podłączone do GND i trzy podłączone do pinów 6, 9 i 10 sygnału analogowego)
3. Przeciągnęliśmy przewody z każdego czujnika ciśnienia z tyłu kostki i przewlekliśmy je przez część koszulki, aby nie stykały się ze sobą.
4. Zamocuj męską stronę sześciu zatrzasków na końcu przewodzącego gwintu z czujników ciśnienia.
5. Te zatrzaski powinny zatrzasnąć się na linii, którą właśnie przyszyłeś.

Podczas wykonywania tych czynności wróć do swojego planu gwintowania, aby upewnić się, że nie krzyżujesz przewodów i czy podłączasz odpowiednie zatrzaski.

Krok 16: Składanie prototypu: lutowanie

Teraz przechodzimy do lutowania. Pamiętaj, aby sprawdzić swoje bezpieczeństwo, ponieważ lutownica może być bardzo bolesna w przypadku dotknięcia.

1. Przylutuj męską stronę zatrzasków do Flory. (Widać na obrazku powyżej po lewej stronie.)
2. Po przylutowaniu każdego zatrzasku, dokładnie sprawdź jego położenie z przyszytymi zatrzaskami. Szybciej jest wyregulować jeden zatrzask za pomocą lutowia niż ponownie przyszyć wszystkie zatrzaski, ponieważ nie są one odpowiednio ustawione.
3. Gdy zatrzaski są przylutowane do Flory, możesz przymocować go do wstępnego montażu części, aby zobaczyć, jak pasuje, jak widać na zdjęciu po prawej stronie.

Krok 17: Składanie prototypu: wykańczanie

1. Tylną stronę paska (tam, gdzie odsłonięte są wszystkie nici i supełki) pokryliśmy kolejną częścią koszulki. Szkoda by było, gdyby drut się zahaczył i rozerwał!
2. W razie potrzeby utwórz małą kieszeń na baterię.
3. Stworzyliśmy klapkę, aby zakryć wszystkie elementy, ale to zależy wyłącznie od Ciebie!
4. Dodaj kropki na rzep do paska koszulki. Będzie to służyć jako zabezpieczenie o regulowanej wielkości, aby utrzymać opaskę wokół kostki.
5. Gotowy, przymierz go i sprawdź, czy działa!

Krok 18: Dalsze pomysły

W niedalekiej przyszłości mamy nadzieję dodać dalsze przetwarzanie, aby uzyskać wyraźniejszy sygnał, oraz informacje zwrotne informujące użytkowników o braku równowagi między odczytami czujnika ciśnienia. Miejmy nadzieję, że te braki równowagi można następnie wykorzystać do zasugerowania użytkownikowi wkładki (ponownie, posiadanie bardziej precyzyjnej i kompletnej siatki czujników ułatwiłoby to zadanie).

W dalszej przyszłości projekt ten mógłby zostać rozszerzony o bardziej precyzyjny zestaw czujników ciśnienia. Gdyby, powiedzmy, użyto jakiegoś rodzaju siatki wyczuwającej ciśnienie, można by stworzyć znacznie bardziej szczegółowy zbiór danych. Dane te można następnie wykorzystać do stworzenia renderowanego w czasie rzeczywistym obrazu stopy z obszarami o wyższym i niższym nacisku oznaczonymi różnymi kolorami. Dzięki temu mocowanie czujnika byłoby znacznie bardziej przydatne w warunkach klinicznych, ponieważ lekarz mógłby wizualnie rozpoznać nieprawidłowości w rozkładzie siły na czyjejś stopie podczas chodzenia. Mógł wtedy spojrzeć na dane liczbowe i na podstawie wyników zalecić leczenie schorzenia (tj. jaki rodzaj wkładki kupić, aby poprawić komfort). Taka funkcjonalność jest daleka od tego projektu, ale uważamy, że ten Instructable z pewnością ma duży potencjał!

Dziękuję bardzo za poświęcenie czasu na przeczytanie naszego samouczka i (może!) wypróbowanie go. Daj nam znać, jeśli masz jakieś sugestie lub uwagi w sekcji komentarzy poniżej.