Своими руками

«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)

«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)

«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Понимание ориентации и распределения силы, оказываемой ногами, может быть чрезвычайно полезным для предотвращения травм, а также для оценки и улучшения показателей в различных видах деятельности. В стремлении улучшить свою технику катания мастер разработал стильную стельку для измерения давления, предназначенную для ношения внутри обуви. Стелька доставляет минимальный дискомфорт благодаря ее небольшому тонкому дизайну. Данные от каждого отдельного датчика передаются в мобильное приложение по беспроводной связи и могут использоваться для мониторинга распределения веса и положения в режиме реального времени или коллективно в конце сеанса. Используйте эти данные, чтобы точно знать, что делают ваши ноги, и какие корректировки могут потребоваться для улучшения ситуации при следующем тренировке. Такая информация может быть так же полезна для бегунов и других видов спорта.
Инструменты и материалы:
-Микроконтроллер ESP32 – 2 шт;
-Резистор 10 кОм – 8 шт;
-Медная лента;
-Чувствительный к давлению токопроводящий лист Velostat;
-Печатные шаблоны стельки;
-Светодиоды WS2812RGB – 2 шт;
-Кнопочный переключатель – 2 шт;
-Акселерометр MU-6050 – 2 шт;
-3D-печатный корпус -2 шт (опция);
-Паяльные принадлежности;
-Ножницы;
-Термоклей;
-Тонкая проволока;
-Макетная доска;
-Батарея Li-Po 7,4 В;
Шаг первый: основание
Подошва состоит из 3 частей: основания «поддерживающего» слоя, самих датчиков и верхнего изолирующего слоя.
Сначала сделайте основание стельки и расположить отдельные датчики и любые кабельные соединения по его поверхности. Мастер предлагает напечатать шаблон на картоне и вырезать. Приведенный здесь шаблон предназначен для размера 8 США. Масштабируйте длину подошвы в зависимости от размера обуви, см. таблицу.

Поскольку у мастера нет принтера, он сделал шаблон на 3D-принтере. Толщина основания 0,5 мм.
SoleRight.st
SoleLeft.stl
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг второй: медная лента
Мастер будет использовать медную ленту вместо провода для подключения монтажа цепи. Медная лента тоньше и гибче, и должна быть более устойчивой к изгибу и нагрузкам.

Прикрепите ленту непосредственно к основанию, следя за тем, чтобы ленты не касались друг друга. Оставьте немного ленты в местах расположения датчиков (см. фото).
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг третий: датчики
Датчики изготовлены с использованием Велостата. Велостат – это электропроводящий материал, сопротивление которого изменяется при сгибании или сжатии. Его можно купить в листах толщиной до 0,1 мм и намного дешевле, чем датчики аналогичного назначения, поэтому он является отличным выбором для такого рода проектов.

Измерьте и нарежьте маленькие квадраты / круги из Велостата. Закрепите каждый датчик на основании с помощью медной ленты, убедившись, что отдельные датчики не касаются друг друга или каких-либо соседних медных полос.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг четвертый: провода
Дальше нужно припаять провода к медной ленте на пятке подошвы. Эти провода будут использоваться для передачи данных от каждого датчика на микроконтроллер. Провода должны быть достаточно длинными, чтобы достать до микроконтроллера, прикрепленного к внешней части обуви.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг четвертый: верхний слой
Дальше мастер заклеивает всю поверхность стельки Велостатом, кроме ранее наклеенных датчиков.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки) Верхний слой используется для подачи напряжения на каждый датчик. Поскольку мы будем подавать одинаковое напряжение на каждый датчик, нужно подключить их параллельно. Наклейте медную ленту поверх каждого из датчиков, убедившись, что они соприкасаются друг с другом, и что лента идет к пятке (см. фото).

Обрежьте лишнюю медную ленту, выходящую за пределы стельки.
Припаяйте провод к ленте на задней части пятки. Закрепите паяное соединение термоклеем, чтобы оно не отломалось со временем.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг пятый: подключение микроконтроллера
Для этого проекта мастер использует микроконтроллер ESP32, так как он имеет множество аналоговых входов, а также Bluetooth и WiFi модули. Подсоедините отдельные провода к микроконтроллеру, как показано на схеме. Используйте макетную плату, для планирования (нужно чтобы устройство было компактное).

Питание для схемы поступает от 7,4 В Li-Po батареи, подключенной к VIN ESP32.
Переключатель и светодиод можно не устанавливать, но они значительно облегчат использование конечного продукта.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг шестой: корпус
Вы можете привязать всю эту хрупкую электронику и тяжелый аккумулятор прямо к ноге или лодыжке, но лучший способ (по крайней мере, для катания на лыжах) – установить в корпус и прикрепить к ботинку. Если у вас есть доступ к 3D-принтеру, загрузите файлы STL и распечатайте корпус и крышку для каждого датчика. Поместите электронику и батарею в корпус, закрепив при необходимости термоклеем и обеспечив доступ к разъемам батареи, поскольку они будут использоваться для зарядки позже.
SoleSensorCaseV1.stl
SoleSensorTopV1.stl
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг седьмой: код
Загрузите последнюю версию Arduino IDE и последний эскиз Arduino, которые можно найти по следующим ссылкам:
Левый датчик / правый датчик
Убедитесь, что у вас установлены следующие библиотеки. Их можно установить с помощью диспетчера библиотек в среде Arduino. Более новые версии могут работать, но не были протестированы.
Blynk v0.6.1
WiFi v1.2.7

Добавьте следующий адрес к URL альтернативного менеджера плат в окне настроек:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
Откройте эскиз в IDE Arduino. Измените 3 строки, показанные ниже, чтобы отразить ваши собственные учетные данные WiFi и ваш пароль аутентификации Blynk (см. Раздел Blynk App).
// Ваши учетные данные WiFi.
// Установить пароль на “” для открытых сетей.
char ssid [] = имя сети
char pass [] = пароль

// Вы должны получить Auth Token в приложении Blynk.
// Перейти к настройкам проекта (значок гайки).
char auth [] = код доступа
Перед загрузкой убедитесь, что настройки вашего устройства совпадают с настройками на скриншоте.
Чтобы устранить любые неисправности, подключив ESP32 к ПК, используйте последовательный монитор в Arduino IDE для диагностики.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг восьмой: мобильное приложение Blynk
Датчики могут контролироваться через WiFi с помощью веб-приложения Blynk. Blynk – это бесплатная платформа IoT, для создания прототипов и некоммерческого использования.

Начните с загрузки Blynk из Android Play или Apple App Store.
Создайте аккаунт и отсканируйте указанный ниже QR-код из приложения.

В настройках проекта найдите токен авторизации проектов, отправив электронное письмо в свою учетную запись или используя функцию «Copy all feature».

Скопируйте токен авторизации на Android, загрузите, и все должно быть готово.

Примечание. Для подключения к устройству, когда вы находитесь вне дома, мастер предлагает настроить телефон в качестве точки доступа WiFi и изменить конфигурацию в коде. ESP32 имеет возможности Bluetooth, и это обеспечило бы гораздо лучшую форму связи при значительно более низком энергопотреблении. В настоящее время поддержка Bluetooth в Blynk нестабильна, но с развитием проекта мастер собирается все исправить.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Шаг девятый: установка, калибровка
Аккуратно установите стельку обувь поверх установленной стельки, проложите провода от стельки к блоку электроники. Прикрепите блок к ремню безопасности лыжного ботинка.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Теперь, когда стельки установлены, они практически готовы к работе. Осталось только выполнить калибровку, которая выполняется автоматически перед каждым использованием. Просто поднимите ногу с земли и включите питание с помощью переключателя. После завершения калибровки светодиод будет мигать зеленым. Для точных измерений угла убедитесь, что ботинок стоит так же естественно, как ваша нога.

Вы можете выполнить повторную калибровку в приложении в любое время, нажав кнопку калибровки на вкладке настроек.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Повторите операцию со второй стелькой и все готово.
«Умные» стельки (мониторинг положения стопы и распределения нагрузки)Весь процесс по изготовлению такой стельки можно посмотреть на видео.
На мой взгляд отличная самоделка. Мастер использует ее для мониторинга работы стопы при занятиях спорта, но, на мой взгляд, у нее есть перспективы в медицине. С помощью такого или подобного устройства можно мониторить работу стопы в ортопедии. Такие данные помогут проанализировать и назначить более эффективное лечение, например, при плоскостопии.

Популярное за месяц

Follow us

Don't be shy, get in touch. We love meeting interesting people and making new friends.