دستگاه تناسب اندام: 22 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

ما دانشجوی مهندسی هستیم که بدنبال آمادگی جسمانی هستیم.

ما می دانیم که به نظر می رسد کار زیاد در مدرسه برای بیرون آمدن و ورزش کردن چگونه است. برای بیرون آوردن دو پرنده با یک سنگ ، تصمیم گرفتیم از پروژه نهایی در یکی از کلاسهای مهندسی خود استفاده کنیم تا در حین تمرین قرائت های اولیه حسگر زیستی را انجام دهیم. به طور خاص ، این پروژه به کاربر اجازه می دهد تا قرائت های شتاب سنج (ACC) و الکترومیوگرام (EMG) را در حین انتقال اطلاعات خروجی به دو LED و یک صفحه نمایش دیجیتالی کوچک انجام دهد.

اگر از مدار ، آردوینو ، نجاری ، کد نویسی ، مهندسی پزشکی یا لحیم کاری لذت می برید ، این پروژه ممکن است برای شما مناسب باشد!

ببینید چه می کنید

قبل از شروع به کار در این پروژه ، لطفاً یک دقیقه وقت بگذارید تا ببینید در ویدیوی بالا چه می سازید.

در اصل ، این پروژه به شما امکان می دهد چندین جنبه از آنچه را که می دانید ترکیب کنید. اگر به تازگی در مهندسی پزشکی (BME) یا حسگرهای زیستی تازه کار هستید ، مشکلی نیست. در این پروژه از دو سنسور اصلی استفاده شده است. این سنسورها شتاب سنج و الکترومیوگرام (EMG) هستند. همانطور که از نامش پیداست ، شتاب سنج فقط یک سنسور است که شتاب را اندازه گیری می کند. الکترومیوگرافی فعالیت الکتریکی عضله ای را که الکترودهای مربوطه به آن متصل شده اند ، به طور شهودی کمتر اندازه گیری می کند. در این پروژه ، از سه الکترود ژل سطحی از یک سرب الکتریکی استفاده شده است که سیگنال های دریافتی از ساق پا موضوع متصل را اندازه گیری می کند.

مواد و ابزار

مواد

برای ساخت این پروژه ، به موارد زیر نیاز دارید:

• یک برد Arduino Uno (که می توانید در https://www.arduino.cc/ خریداری کنید)
• منبع تغذیه باتری 9 ولت (که می توانید آن را در https://www.radioshack.com خریداری کنید)
• یک کیت متصل به بیتالینو (که می توانید در www.bitalino.com خریداری کنید)
• یک Adafruit 1.8 "TFT صفحه نمایش برک آوت و محافظ به علاوه یک نیم سایز perma-protoboard (که می توانید از www.adafruit.com خریداری کنید)
• انواع سیمهای بلوز ، LED ها ، مقاومتهای 220 اهم ، لحیم کاری و شار (قابل خرید در www.radioshack.com)
• پیچ های چوبی 1/2 اینچی ، میخهای تمام کننده 5/8 اینچ ، یک قطعه ورق فولادی 28 اینچی با ابعاد 4 "x 4" ، دو لولا کوچک و مکانیزم چفت و بست ساده (قابل خرید در www.lowes.com)

• پنج تخته چوب

  توجه: چوب سخت را می توانید در www.lowes.com خریداری کنید ، اما توصیه می کنیم از یک نجاری محلی استفاده کنید و از چوب آن شخص استفاده کنید. ابعاد چوب مورد استفاده در این پروژه به طور شگفت انگیزی رایج نیست ، بنابراین شانس پیدا کردن چوب پیش بریده به ابعاد ضخامت لازم بسیار کم است

  ابزارها

• آهن لحیم کاری (که می توانید از www.radioshack.com خریداری کنید)

• بسیاری از ابزارهای نجاری ، که در عکسهای بالا گنجانده شده است و در اینجا ذکر شده است

  • یک اره میتر (که می توانید از www.lowes.com خریداری کنید)
  • اره رومیزی مغازه یا معادل آن (که می توانید آن را در www.shopsmith.com خریداری کنید)
  • دستگاه ضخامت (که می توانید در www.sears.com خریداری کنید)
  • چکش ، مته ، نوار اندازه گیری و مداد (قابل خرید در www.lowes.com)
  • مته و باتری بی سیم (قابل خرید در www.sears.com)
  • اره نواری (قابل خرید از www.grizzly.com)

ابزارهای اختیاری

• آهن لحیم کاری (قابل خرید از www.radioshack.com)
• یک برنامه ریز نجاری (می توان از www.sears.com خریداری کرد)

آماده سازی

در حالی که انجام این کار دشوارترین دستورالعمل برای انجام دادن نیست ، اما ساده ترین آن نیز نیست. دانش پیش نیاز در زمینه برنامه نویسی ، مدارهای سیم کشی ، لحیم کاری و نجاری ضروری است. علاوه بر این ، کار قبلی با آردوینو یا آدافروت مفید خواهد بود.

یک دوره برنامه نویسی ساده یا تجربه عملی در این زمینه باید برای محدوده این آموزش کافی باشد.

با انجام این اقدامات ، مدارهای لحیم کاری و سیم کشی به بهترین نحو یاد گرفته می شود. در حالی که یک دوره مدارهای نظری ممکن است در درک فنی مدارها مفید باشد ، اما چندان کاربردی ندارد مگر اینکه چند مدار در آن ایجاد کرده باشید! هنگام سیم کشی ، سعی کنید سیم کشی تا حد ممکن ساده باشد. در صورت امکان از عبور سیمها یا استفاده از سیمهای بلندتر از حد لازم خودداری کنید. این به شما کمک می کند تا مدار را هنگامی که به نظر می رسد کامل است و درست کار نمی کند ، عیب یابی کنید. هنگام لحیم کاری ، مطمئن شوید که از شار کافی استفاده می کنید تا لحیم کاری در جایی که می خواهید جریان داشته باشد. استفاده از شار بسیار کم ، به سادگی فرآیند لحیم کاری را بیش از آنچه که لازم است خسته کننده می کند. با این وجود ، از لحیم زیاد استفاده نکنید. در مورد لحیم کاری ، افزودن بیش از حد مواد لحیم کاری به طور کلی به بهتر شدن اتصال لحیم کاری کمک نمی کند. در عوض ، لحیم کاری بیش از حد می تواند ارتباط شما را منطقی نشان دهد ، حتی اگر به طور نامناسب ایجاد شده باشد.

نجاری یک تجارت حرفه ای است. قطعاً به تمرین نیاز دارد. پیشینه خواص مواد چوب کمک می کند ، مانند آنچه در Eric Meier در Wood ارائه شده است ، به ویژه اگر قصد دارید در آینده پروژه های نجاری بیشتری انجام دهید. با این حال ، این مورد لازم نیست. تماشای یک کارگر چوبی که مشغول کار روی چوب است یا خودتان کارهای چوبی را انجام داده اید باید زمینه کافی برای این پروژه باشد. آگاهی از راه خود در مغازه چوب نیز ضروری است. درک اینکه چه ابزارهایی عملکردهای داده شده را انجام می دهند به شما کمک می کند تا پروژه را سریعتر و ایمن تر از آنچه در غیر این صورت انجام می شود انجام دهید.

سایتهای مفید

• www.github.com ؛ این سایت به دستکاری کد کمک می کند
• www.adafruit.com ؛ این سایت نحوه سیم کشی صفحه TFT را به شما می گوید
• www.fritzing.com؛ این سایت به شما کمک می کند تا مدارها را ترسیم و مفهوم سازی کنید

ایمنی

قبل از ادامه کار ، باید در مورد ایمنی صحبت کنیم. ایمنی باید در درجه اول در انجام دستورالعمل ها یا تقریباً هر چیز دیگری در زندگی باقی بماند ، زیرا اگر کسی آسیب ببیند ، برای هیچ کس سرگرم کننده نیست.

حتی اگر این دستورالعمل شامل حسگرهای زیستی باشد ، اما قطعات یا دستگاه مونتاژ شده یک دستگاه پزشکی نیستند. آنها نباید برای اهداف پزشکی مورد استفاده قرار گیرند یا به همین ترتیب مورد استفاده قرار گیرند.

این دستورالعمل شامل استفاده از برق ، آهن لحیم کاری و ابزارهای برقی است. با بی توجهی یا عدم درک ، این موارد می توانند خطرناک شوند.

برای تغذیه آردوینو ، صفحه نمایش Adafruit و LED ها به برق نیاز است. منبع تغذیه آن باتری 9 ولت است. به طور کلی ، هنگام تعامل با برق ، ایمن بودن بیش از حد دشوار است.

با این وجود ، برخی نکات مفید ایمنی الکتریکی به شرح زیر است:

• دستان خود را خشک نگه دارید و مطمئن شوید که پوست روی آنها شکسته نشده است.
• اگر باید از شما جریانی عبور کند ، سعی کنید نقاط ورودی و خروجی را در یک انتها نگه دارید.
• وسایل اتصال زمین ، قطع کننده مدار و قطع کننده خطا را برای همه مدارها تهیه کنید. اگر مشکلی در دستگاه یا مسیر برق اتفاق بیفتد ، این موارد به جلوگیری از اضافه بار مدارها یا نشت جریان کمک می کند.
• از وسایل برقی در هنگام رعد و برق یا در موارد دیگر که میزان افزایش برق بیشتر از حد معمول است استفاده نکنید.
• وسایل برقی را در آب فرو نبرید و سعی نکنید هنگام قرار گرفتن در محیط آبی از آنها استفاده کنید.
• فقط در صورت قطع برق مدارها را تغییر دهید.

لحیم کاری یک دستگاه الکتریکی است. در اینجا ، تمام اقدامات احتیاطی ایمنی برای وسایل برقی اعمال می شود. با این حال ، نوک اتو نیز بسیار داغ می شود. برای جلوگیری از سوختن ، از تماس با نوک اتو خودداری کنید. اتو و لحیم را به گونه ای نگه دارید که اگر یکی از وسایل از چنگال شما خارج شد ، دستان شما با نوک اتو تماس نگیرد.

ابزارهای برقی نیز نیاز به برق دارند. در اینجا ، نکات ایمنی الکتریکی نشان داده شده در بالا را رعایت کنید. علاوه بر این ، بدانید که ابزارهای برقی دارای قطعات متحرک زیادی هستند. بنابراین ، هنگام استفاده از ابزار ، بدن و هر چیز دیگری که به آن اهمیت می دهید را از این قسمتها دور نگه دارید. به یاد داشته باشید که این ابزار نمی داند در حال برش یا ماشینکاری چیست. به عنوان اپراتور ، شما مسئول عملکرد ایمن ابزارهای برقی هستید. هنگام کار با ابزارهای برقی ، محافظ ها و سپرهای ایمنی را در محل خود نگه دارید.

نکات و راهنمایی ها

اطلاعات زیر می تواند در طول این دستورالعمل مفید باشد. هر نکته یا نکته ای برای هر مرحله کاربرد ندارد ، اما عقل سلیم باید راهنمایی باشد که نکات و نکات در هر مورد کاربرد دارد.

• هنگام سیم کشی ، رنگ سیم مهم نیست. با این حال ، ایجاد طرح رنگ و سازگاری با آن در طول پروژه می تواند مفید باشد. به عنوان مثال ، استفاده از سیم قرمز برای ولتاژ تغذیه مثبت در مدار ممکن است مفید باشد.
• الکترودهای زیستی باید روی قسمتی از بدن تمیز تراشیده شوند. مو باعث ایجاد سر و صدای اضافی و ایجاد حرکت در سیگنالهای جمع آوری شده می شود.
• سیمهای متصل به الکترودهای زیستی باید از حرکت بیش از حد لازم برای جلوگیری از مصنوع حرکت جلوگیری شود. جوراب فشاری یا نوار در محکم کردن این سیم ها به خوبی کار می کند.
• لحیم کاری مناسب مطمئن شوید که هر اتصال لحیم شده کافی است و اگر مدار کامل به نظر می رسد اما به درستی کار نمی کند ، این اتصالات را بررسی کنید.
• هنگام برنامه ریزی ، قطعات مواد را به طول کمتر از شش اینچ قرار دهید. برنامه ریزی قطعات کمتر از این طول می تواند باعث ایجاد تیرک یا ضربات زیاد قطعات کار شود.
• به طور مشابه ، مستقیم در مقابل برنامه ریز نایستید. در عوض ، در حالی که قطعات کار به دستگاه تزریق می شوند و از برنامه ریز دریافت می شوند ، کنار آن بایستید.
• هنگام استفاده از اره ، مطمئن شوید که قطعات کار در برابر محافظ یا نرده های مناسب باقی می مانند. این به اطمینان از برش ایمن و دقیق کمک می کند.
• هنگام بستن با پیچ یا میخ ، سوراخ های آزمایشی ایجاد کنید. بیت آزمایشی باید دارای قطر کوچکتر از اتصال دهنده در نظر گرفته شده باشد ، اما کمتر از نیمی از قطر اتصال دهنده نباشد. این امر با از بین بردن استرس بیش از حد به دلیل وجود بست ، از شکافتن و خرد شدن چوب محکم شده جلوگیری می کند.
• اگر سوراخ های خلبان را برای میخ ها حفر می کنید ، سعی کنید سوراخ خلبان را یک هشتم اینچ عمیق تر از طول میخ مورد نظر نگه دارید. این امر به ناخن کمک می کند تا در آن فرو برود و اصطکاک کافی را برای کمک به نگه داشتن ناخن در هنگام فرو رفتن فراهم می کند.
• هنگام چکش زدن ، مستقیماً روی سر میخ با مرکز سر چکش حرکت کنید. نوسانات متوسط را برعکس نوسانات محافظه کارانه انجام دهید ، زیرا نوسانات محافظه کار عموماً انرژی کافی برای حرکت ناخن را تامین نمی کند ، بلکه فقط انرژی کافی را فراهم می کند که باعث می شود ناخن بچرخد و به روش های ناخواسته خم شود.
• از چنگال چکش برای برداشتن میخ هایی که به طور دلخواه حرکت نمی کنند استفاده کنید.
• .دست های خود را از خط برش تیغه های اره دور نگه دارید. اگر مشکلی پیش آمد ، نمی خواهید دست شما بریده شود.
• برای صرفه جویی در زمان ، دو بار اندازه گیری کرده و یک بار برش دهید. عدم انجام این کار باعث می شود مجبور شوید چند قطعه را بیش از یک بار بسازید.
• از تیغه های تیز در دستگاه ضخامت و اره استفاده کنید. بر روی اره ها ، تیغه هایی با تعداد دندانه های بالاتر برای ایجاد برش صاف در نزدیکی کیفیت پایان خوب است. در ساخت این پروژه ، ما از یک تیغه برش دقیق 12 اینچی 96 اینچی بر روی اره میتر دوبل دیوالت و یک تیغه با حداقل 6 دندان در اینچ خطی بر روی اره نواری استفاده کردیم.
• موتور مغازه ساز را در محدوده سرعت توصیه شده برای پیکربندی اره رومیزی نگه دارید. اطمینان حاصل کنید که میز به ارتفاع مناسب تنظیم شده باشد ، بیش از حد لازم برای ایجاد هر برش ، تیغه را در معرض دید قرار ندهید.

مرحله 1: بیایید شروع کنیم

ابتدا جزء مدار را بسازید. کار را با سیم کشی و اتصال زمین به perma-protoboard شروع کنید.

مرحله 2: اضافه کردن حسگرهای زیستی

حسگرهای زیستی را روی پرده دائمی سیم کشی کرده و توجه کنید که کدام حسگر است. ما از سیگنال سمت چپ در نمودار به عنوان شتاب سنج استفاده کردیم.

مرحله 3: شامل LED ها

بعد ، LED ها را اضافه کنید. به خاطر داشته باشید که جهت LED مهم است.

مرحله 4: افزودن صفحه نمایش

نمایشگر دیجیتال را اضافه کنید. از سیم کشی ارائه شده در این وب سایت برای کمک استفاده کنید:

مرحله 5: زمان برنامه نویسی

از آنجا که مدار در حال حاضر کامل است ، کد را در آن بارگذاری کنید. کد پیوست ، کدی است که در تکمیل این پروژه استفاده کردیم. تصویر نمونه ای از نحوه نمایش کد به صورت صحیح است. در اینجاست که عیب یابی می تواند به طور کامل آغاز شود. اگر همه چیز به درستی کار می کند ، ابتدا سیگنال های شتاب سنج خوانده می شوند. اگر سیگنال زیر آستانه باشد ، چراغ قرمز روشن می شود ، چراغ سبز روشن نمی ماند و روی صفحه نمایش "برخیز!" نوشته می شود. در همین حال ، اگر سیگنال شتاب سنج بالاتر از آستانه باشد ، LED قرمز خاموش می شود ، LED سبز روشن می شود و روی صفحه نمایش "بیا!" علاوه بر این ، یک سیگنال EMG خوانده می شود. اگر سیگنال EMG بالاتر از آستانه تعیین شده باشد ، روی صفحه نمایش دیجیتالی نوشته شده است "کار خوب!" با این حال ، اگر سیگنال EMG زیر آستانه باشد ، روی صفحه نمایش "برو!" این امر با گذشت زمان تکرار می شود و وضعیت LED ها و صفحه نمایش با توجه به نیاز ورودی های شتاب سنج و EMG تغییر می کند. آستانه های تعیین شده برای شتاب سنج و EMG باید بر اساس کالیبراسیون با موضوع خاصی که در حالت استراحت است تنظیم شود و ورزش کنید

برای دسترسی به این کد در GitHub ، لطفاً اینجا را کلیک کنید!

مرحله ششم: برنامه ریزی

شروع به ساخت جعبه های حاوی مدار و باتری کنید.

توجه داشته باشید که تمام نقشه های نشان داده شده در اینجا دارای ابعاد مشخص شده در اینچ هستند ، مگر اینکه به طور دیگری علامت گذاری شده باشد.

با برنامه ریزی چوب مورد نیاز پروژه تا ضخامت مناسب با دستگاه ضخامت شروع کنید. حدود سه و نیم پای تخته باید به ضخامت 1/2 اینچ برنامه ریزی شود. نصف یک پای تخته باید به ضخامت 3/8 اینچ برنامه ریزی شود. نیم پای دیگر تخته باید به ضخامت 1/4 اینچ باشد. نیم پای آخر تخته باید به گونه ای باشد که بتوان یک کانال u را که بدنه جعبه باتری را تشکیل می دهد ، مطابق مراحل بعدی توضیح داد.

مرحله 7: پایین جعبه اصلی

ته جعبه اصلی را به ابعاد نشان داده شده تبدیل کرده و برد مدار و آردوینو را به آن محکم کنید. برای آشکار شدن این ابعاد روی تصویر کلیک کنید.

مرحله 8: انتهای جعبه اصلی

انتهای جعبه اصلی را به ابعاد نشان داده شده و آنها را به پایین جعبه اصلی محکم کنید.

مرحله 9: کناره های جعبه اصلی- سمت حسگر

ادامه دهید و طرف سنسور جعبه اصلی را به ابعاد نشان داده شده ادامه دهید و آن را با میخ های تکمیل شده به بقیه جعبه وصل کنید.

مرحله 10: کناره های جعبه اصلی- سمت صفحه نمایش

سمت صفحه کادر اصلی را به ابعاد مشخص شده تبدیل کرده و آن را به بقیه کادر وصل کنید.

مرحله 11: آنچه را که دارید بررسی کنید

در این مرحله ، بررسی کنید تا مطمئن شوید شکل کلی جعبه اصلی مانند آنچه در اینجا نشان داده شده است باشد ، حتی اگر برخی از ابعاد به دلیل انتخاب سخت افزار یا سخت افزار شما متفاوت باشند.

مرحله 12: بالای جعبه اصلی

مطابق شکل بالای کادر اصلی را ایجاد کنید. روی تصویر نشان داده شده کلیک کنید تا تصویر در اندازه کامل بزرگ شود و ابعاد مربوطه را مشاهده کنید.

مرحله 13: همه چیز به این بستگی دارد

بالای جعبه اصلی را با استفاده از لولا در انتها با LED ها به بقیه جعبه اصلی محکم کنید. قبل از چسباندن یکی از لولا های کوچک ، مطمئن شوید که قسمت بالای جعبه با بقیه جعبه مربع است.

مرحله 14: آن را ببندید

یک چفت کوچک در قسمت جلویی جعبه ، در انتهای مقابل لولا نصب کنید. این مانع از باز شدن جعبه اصلی می شود مگر در مواقع لزوم.

مرحله 15: دست و پنجه نرم کنید

برای کمک به قابل حمل بودن این دستگاه ، قطعه نازک ورق فولاد را در امتداد یکی از ابعاد آن خم کنید تا یک کمربند بین آن و پایین جعبه اصلی قرار گیرد. پس از خم شدن ، آن را با پیچ چوبی به پایین جعبه اصلی وصل کنید.

مرحله 16: پایه جعبه باتری

اکنون زمان ساخت جعبه باتری فرا رسیده است. پایه این جعبه را به ابعاد نشان داده شده بسازید.

مرحله 17: انتهای جعبه باتری

همانطور که انتهای جعبه باتری را ساختیم ، از مواد 3/8 اینچ استفاده کردیم. از ابعاد مشخص شده برای ساخت انتها استفاده کنید و آنها را به پایه جعبه باتری محکم کنید.

مرحله 18: بالای جعبه باتری

ما قسمت بالایی جعبه باتری را با برش طول 1/4 اینچ با اره میتر و عرض مناسب با استفاده از اره نواری ساخته ایم. برای دیدن ابعاد روی تصویر کلیک کنید تا آن را گسترش دهید.

مرحله 19: درپوش را روی جعبه باتری قرار دهید

با استفاده از همان روشی که برای قرار دادن درپوش روی جعبه اصلی استفاده می شود ، درب جعبه باتری را به بدنه جعبه باتری وصل کنید.

مرحله 20: جعبه باتری را بررسی کنید

در این مرحله ، جعبه باتری را نگاه کنید تا مطمئن شوید که تا حدودی شبیه تصویر نشان داده شده در اینجا است. اگر اینطور نشد ، اکنون زمان خوبی است که برخی از مراحل قبلی را دوباره مرور کنید!

مرحله 21: جعبه باتری را به جعبه اصلی محکم کنید

جعبه باتری را در بالای جعبه اصلی قرار دهید. از پیچ های چوبی یا ناخن های تکمیل کننده استفاده کنید تا جعبه باتری را به جعبه اصلی محکم کنید.

مرحله 22: ایده های بیشتر

اگر این مراحل را دنبال کرده اید ، آن را انجام داده اید! پس از پیاده سازی سخت افزار و نرم افزار ، توانستیم از دستگاه استفاده کنیم. در شکل فعلی ، این دستگاه کاربرد محدودی دارد ، اما هنوز ترکیبی جالب از جنبه های مختلف طراحی است. خروجی ها پس از دریافت سیگنال از ورودی های حسگر زیستی ، هر آنچه را که در نظر داشتیم انجام می دهند. در مجموع ، وزن این دستگاه چند پوند است.

در اجرای های بعدی جالب خواهد بود که وزن دستگاه کمتر شود و فضای کمتری را اشغال کند. اگر این امکان وجود داشت ، دستگاه مفیدتر می شد و در حین ورزش راحت تر پوشیده می شد. برای دستیابی به این هدف ، توصیه می کنیم با استفاده از میکرو آردوینو و چاپ سه بعدی جعبه ها آزمایش کنید. برای کمک به صرفه جویی در فضا ، خوب است با استفاده از باتری قابل شارژ که فضای کمتری نسبت به یک باتری ساده 9 ولت اشغال می کند ، آزمایش کنید. اندازه جعبه باتری می تواند بر این اساس کاهش یابد.