SOLUCIÓN IoT PARA PERSONAS CON MOVILIDAD REDUCIDA
Fase II
Este proyecto presenta los resultados obtenidos en el primer Sprint de desarrollo o Fase de una solución de Internet of Things (IoT) dirigida a personas con movilidad reducida, a causa de distrofia muscular, y la proyección del segundo sprint como parte de un ejercicio de mejora continua. Se ha tomado como caso de estudio la situación de un joven de 17 años estudiante en una IED de la ciudad de Bogotá con esta patología.
Objetivo General:
Mejorar la calidad de vida de una joven con problemas de movilidad reducida diseñando e implementando una solución con tecnología IoT para el control en el desplazamiento de una silla de ruedas por comandos de voz y aviso de alertas tempranas.
Este proyecto se caracterizo por que se dividió en varias fases a continuación se presentan las Mejoras que corresponden a la fase 2 que se efectuaron de la validación del primer sprint, si quieres conocer mas sobre estas validaciones que fue la primera fase puedes consulta la opción del capitulo Sprint I o dar clic en el siguiente enlace, Fase I.
Modificaciones :
Cableado de los motores y
equipo electrónico
Se cambió el cableado por cable encauchetado para todo el sistema eléctrico y conexión a los motores, y cable UTP para todo el sistema del manejo del joystick ver fotos 33 y 52
Para no dejar cables sueltos y con la posibilidad de algún daño físico ya fuera por rose o manipulación se dejó la mayor cantidad de cable por dentro de la estructura de la silla, logrando que esta no se viera afectada en su estructura y rigidez como se pueden apreciar en las fotos 2.1 a 2.10.
Ubicación de los Motores y la
caja de circuito
Como se indicó anteriormente la lámina donde estaban ubicados los motores no era firme, se cambió y se dejó la misma ubicación y diseño que tenían anteriormente, logrando así una mejor estabilidad de los motores y una mejor adherencia entre las llanta del motor y de la silla. Se cambiaron las láminas de acero laterales, por dos láminas de 50 x 14 de calibre de 14, esto para darle mayor rigidez a los motores en el momento de la reinstalación, esto dependía principalmente del cambio de tornillo que sujetaba el motor con la estructura de la silla que no permitía el cierre total de la silla
En las fotos 2.11 a 2.23 se indica el paso a paso de cómo se colocaron los motores y la caja de circuitos donde se instalara todo el sistema que hará que la silla se pueda mover por comandos de voz y el joystick ósea el cerebro de la silla, se implementaron algunas medidas de protección para cuidar los empalmes se soldaron de las conexiones usando termoencogible y cinta aislante para reforzar la unión, se ajustó con tonillo la placa Arduino para evitar que cuando la silla este en movimiento se desprenda de la caja, como posiblemente hubiera sucedido si se hubiera dejado sujeta con silicona.
Cambio del tornillo central del eje
para permitir el cierre de la silla
Para este caso se efectuó el cambio del tornillo que había y se reemplazó por un tornillo más corto de precisión y rosca de seguridad, esto fue muy de la mano con el montaje de los motores descrito anteriormente, el proceso se ve más detallado en las fotos de al lado.
Para tener un mejor agarre del tornillo con el motor se colocaron tuercas de precisión entre la lámina y el motor y adicional al final del eje también se dejó una tuerca de seguridad en cada eje como se ve en las fotos 2.26 y 2.27, adicional como se puede apreciar en las fotos 2.27 y 2.28 el cabezote del tornillo no interfiere con el riel que permite que la silla se cierre o se abra sin problemas en la foto 2.29 se aprecia que al realizar el cierre, la silla queda totalmente cerrada dejando un espacio entre lamina y lamina de 12cm pero corresponde a los pliegues de los accesorios de la silla como la sentadera y el espaldar y el diseño del cierre de las barra de soporte en forma de cruceta..
Instalación del Joystick y el
sistema de comunicación
Lo primero que se realizó fue poder pasar el cable UTP por entre la silla, desde donde se ubicaría el joystick a la caja de mandos o circuitos, paralelamente se diseñó una caja para la palanca teniendo en cuenta las especificaciones y la forma para poderla enviar a imprimir en 3D, ya con el cableado listo y la nueva caja se procedió a colocar la caja en la silla y ubicar el joystick en la caja para luego soldar los pines posteriormente. Ya con la estructura montada se procedió a la configuración del código, donde se adecuo cada una de las opciones: adelante, atrás, izquierda y derecha de conformidad de la ubicación e instalación que se debía realizar en la silla para el control de cada una de las direcciones configuradas.
Era necesario cambiar todo el sistema de mando de la palanca, ya que esto garantizaba el correcto funcionamiento de la silla, al darle esta estructura se asegura que no vaya haber algún daño en la parte física y funcionamiento del Joystick a futuro para ello se recurrió a crear un modelo de soporte que permitirá que al mando del joystick estuviera fijo y firme para poder manipular las opciones de dirección de la palanca, se consultaron varias páginas como Thingiverse, Cults, YouMagine etc., páginas de diseños 3D, de estas se sacó un modelo y se adaptó a las condiciones de la silla y se modificó a tras vez de la página tinkercard como se observa en las fotos 2.33 y 2.34 y llegar a un producto final como el que se ve en la foto 2.42.
Reubicación de la Batería
Para evitar los inconvenientes descritos anteriormente se reubico la batería sobre uno de los costados de la silla, esto con el fin de que no fuera un riego al abrir y cerrar la silla ya que la quedar ubicada en las barras centrales de la silla en la cruceta foto , para tal fin se diseñó una caja de soporte que mantuviera la batería fija al igual que las láminas laterales se mandó a diseñar con una lámina de hierro calibre 14, cuando se llegara a manipular la silla como se ve en la foto 2.43 se tomaron las medidas de acuerdo a las dimensiones de la batería para darle mayor estabilidad, en la fotos 2.44 a 2.4 se observa como quedo la batería después de la reubicación, esto también permite no tener tanto cable expuesto dado que en el mismo costado derecho de la silla está ubicada la caja de circuitos
Fase III
1. Movimiento de la Silla
Una de las principales características adaptadas a la silla es su movimiento eléctrico a través de un Joystick instalado en el apoyabrazos derecho. Para esta funcionalidad se usó el siguiente esquema que representa las conexiones para el movimiento de los motores con el Joystick:
Diagrama: Esquemático Circuito Principal en Proteus
(Arduino, Motores y Joystick)
Fuente: Los Autores
Al momento de validar el funcionamiento de la silla con los motores se identifica una anomalía ya que la movilidad de los motores no es continua; es decir, al momento de accionar el Joystick los motores se activan de forma intermitente como se muestra en el siguiente video:
Para resolver esta situación se realizarón 3 pruebas, la primera es con el módulo de los 4 relés:
en la que se verifica el voltaje y amperaje que soportan, esto con el fin de garantizar 2 entradas importantes para los motores 12v y 2 amperios : El voltaje que arrojaron las mediciones fue de 12.1v y 1.75 amperios. La segunda prueba fue realizada con el Joystick, completando y entendiendo su configuración y por último la prueba del peso que soporta la silla en la que se sube una persona, y su capacidad es de 90 kg.
Pruebas de Fuerza:
Prueba de Joystick:
Prueba de Relés:
El error fue ajustado con el cambio del código fuente del archivo.ino de Arduino pues la programación incluía unos Delays o pausas que entraban en conflicto con el comando del Joystick y no estaban generando alguna funcionalidad en el desempeño de la silla.
Después de haber realizado las validaciones previas del primer Sprint y efectuar las mejoras paralelamente de estas se comenzó a validar cada circuito para revisar su funcionamiento, es así como por medio de un programa llamado Fritzing (al dar clic sobre la palabra podrás descargar el programa desde la pagina ofical) se crean cada uno de los circuitos los cuales mostraremos a continuación
Circuito original Arduino, Réles y Motores
Conexión física Arduino Uno, modulo 4 réles joystick y los dos motores
fuente: los autores
Disposición de los pines Fuente, joystick, modulo rele y Arduino Uno
Esquemático conexión de los Pines Arduino Uno, modulo 4 réles, joystick y los motores
Fuente: los autores
Disposición de los Pines de conexión fuente , joystick y Arduino Uno por colores
Circuito Pulso cardíaco
Conexión física sensor Pulso cardíaco y modulo NodeMCU 8266
fuente: los autores
Disposición de los pines Fuente, sensor pulso cardíaco y modulo wifi NodeMCU 8266
Esquemático conexión de los Pines pulso cardíaco y modulo wifi NodeMCU 8266
Fuente: los autores
Disposición de los Pines de conexión fuente , sensor pulso cardíaco y modulo wifi NodeMCU 8266 por colores
Circuito GPS
Conexión física sensor GPS y modulo Wifi NodeMCU 8266
Fuente: los autores
Disposición de los pines Fuente, sensor GPS y modulo wifi NodeMCU 8266
Esquemático conexión de los Pines sensor GPS y modulo wifi NodeMCU 8266
Fuente: los autores
Disposición de los Pines de conexión fuente , sensor GPS y modulo wifi Nmcu 8266 por colores
Conexión del Modulo Réle Pines hacia los motores
Diagrama de pines de salida de los réles hacia los motores
Disposición de los Pines de salida de los réles hacia los motores por colores
Circuito Principal Arduino Uno, Joystick, Modulo 4 Réles, Motores y Bluetooth
Conexión física Arduino Uno, modulo 4 réles joystick , los dos motores y el Bluetooth
fuente: los autores
Disposición de los pines Fuente, Joystick , bluetooth y Arduino Uno
Esquemático conexión de los Pines Arduino uno, motores, joystick, modulo réles y bluetooth
Fuente: los autores
Disposición de los Pines de conexión fuente , joystick , Arduino Uno y bluetooth por colores
Fase IV Optimización
y mejoras
En esta fase se realiza todo el proceso de diseño implementación y ajustes al circuito de comandos de voz e integración con los demás circuitos que hacen parte del proyecto como es el sensor de pulso cardíaco y el modulo GPS (modulo que no fue usado debido a la no funcionalidad de tener un dispositivo GPS aparte del circuito).
Continuación se presentan las primeras pruebas de la configuración de comando de voz
Comando de Voz
Los comandos de voz se implementan con el objetivo de controlar el mecanismo de la silla mediante órdenes dadas por el usuario permitiendo reducir o incluso reemplazar el control de desplazamiento con el joystick.
Este sistema se implementa a través del controlador Arduino Uno y el módulo bluetooth HC-06 junto con el desarrollo una aplicación en App Inventor que reciba los archivos de audio, los decodifique y ejecute la acción dependiendo de la orden, los comandos que se configuren y enviarlos a través de bluetooth en donde el Arduino recibe los datos enviados por medio del módulo procesa la información y ejecuta el código programado para el movimiento de los motores como se puede apreciar en el siguiente diagrama de bloques.
En los siguientes vídeos muestra las primeras pruebas realizadas con comandos de Voz
Y poder tener un resultado final de tener la funcionalidad de las cuatros direcciones para que la silla pueda ser diseccionado por los comando de voz de confirmad a la dirección indicada como se ve en el vídeo 24
Como se aprecia en el vídeo 21 se comenzó programado una de las direcciones para el comando de voz, a partir de aquí se logra configurar cada una de las otras opciones como giro a la derecha y giro a la izquierda de los vídeos 22 y 23 respectivamente
El desarrollo de los comandos de voz al igual que los demás funciones y dispositivos como que hacen parte de este proyecto como: GPS, el sensor de pulso, el joystick, reles etc, cada uno para poder saber el funcionamiento se analizaron cada uno por a parte primero par lograr hacer el ensamblaje final, es por ellos que al final del documento encontrara información adicional si quieren hacer el montaje de este proyecto.
Alertas Tempranas
Las alertas tempranas tienen como finalidad avisar sobre alguna anomalía presentada sobre el ritmo cardíaco del paciente, adicional poder hacer un monitoreo al ritmo cardíaco.
Para la implementación del sistema de alertas se efectuó por medio de Appinventor , se creo una aplicación móvil que monitorea el ritmo cardíaco con el sensor de pulso Amped y en caso de detectar una anomalía envía un mensaje de texto al celular de uno o varios familiares o responsables registrados previamente, este indica que se ha presentado una alerta, mostrando además la ubicación actual del paciente la fecha y la hora de la novedad. paralelamente en el momento de presentarse esta anomalía además de enviar el mensaje de texto, la información también es enviada a una base de datos en la nube, para el caso se utilizó firebase, donde se puede observar en detalle la información concerniente a datos generados por las alertas de pulso como son: día, mes, año, hora y minuto del momento en que estas se generan, con el fin de generar seguimiento sobre estos episodios y validar con el médico tratante la frecuencia con que se presentan y el riesgo que representan para el paciente. A continuación se puede observar el diagrama general de las alertas tempranas que incorporan el controlador Arduino, sensor de pulso Amped, modulo bluetooth HC-06, reemplazando al módulo wifi ESP8266 utilizado en el primer sprint de desarrollo, celular móvil con aplicación de App inventor y base de datos firebase
El desarrollo de los comandos de voz al igual que los demás funciones y dispositivos como que hacen parte de este proyecto como: GPS, el sensor de pulso, el joystick, réles etc, cada uno para poder saber el funcionamiento se analizaron cada uno por a parte primero par lograr hacer el ensamblaje final, es por ellos que al final del documento encontrara información adicional si quieren hacer el montaje de este proyecto como códigos, apks, datasheets, y otra documentación