SquatPants

Nanna Cassøe Bunkenborg, Samah A. Ajjawi & Didde Marie Hellestrup

Case

Når man laver squats til træningen, kan man ofte komme til at gøre det forkert – helt ubevidst. Dette problem skal vores SquatPants eliminere. I stedet for at lave forkerte squats og derved, i værste tilfælde, gøre skade på ens muskler, kan man bruge bukserne, som, vha. accelerometere og tryksensorer, vil måle ens præcision af squats og hjælpe en med at lave dem rigtigt, og derved få det meste ud af hvert squat.

Vil man gerne have faste baller kan man lave squats. Men det er kun effektivt, hvis squats er lavet korrekt. Dette kan være svært, da det er nemt at tage den mindre krævende udvej. Her kan man have sig en personlig træner, der kan fortælle én om man gør det rigtigt. Det er her vores SquatPants kommer ind i billedet. De fortæller om du er kommet langt nok ned, om du hælder korrekt med benene, om lårene er i den vandrette position, som er nødvendig, og om fødderne er placeret rigtigt i gulvet med den korrekte vægtfordeling.

Lignende produkter

Vi har ikke kunne finde nogle lignende bukser der kan fortælle dig, om dine squats er korrekte eller ej. Til gengæld kan man downloade flere forskellige former for apps, som bl.a. tæller antallet af squats vha. accelerometeret i smartphonen/tabletten.

Vores gamacher giver muligheden for at give et mere korrekt squat, da man snildt vil kunne snyde ved brugen af en mobilapp – her er man nødt til at have flere komponenter korrekt, før man kan konstatere et “korrekt squat”.

Link til squat app: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.runtastic.android.squats.pro&hl=da

Design

Vi vil gerne måle præcisionen af ens placering af benene og om man kommer langt nok ned når man laver squats. Desuden vil vi gerne være sikre på at man hele tiden holder foden i bund, da dette giver det optimale resultat.

Vi har tryksensorer til at måle om foden er i jorden under hvert squat. Løfter man først hælen, vil man kunne få overbalance og/eller lægge for meget pres på tæerne, hvilket i begge tilfælde ville resultere i forkerte squats og man vil derved ikke få det optimale ud af træningen.

Vi har placeret to ADXL345 accelerometere til at måle præcisionen af benenes placering, i forhold til at lave hvert squat korrekt. På den måde vil man få det meste ud af træningen. Samt placeret to force sensitive resistors på en sål, som måler om man løfter sin fod.

Vha. processing vil vi illustrere inputs fra vores sensorer, ved at vise en mand i gang med at lave et squat, hvor hans ben og fødder vil være farvet røde, indtil man står i den rigtige stilling med hver del af benene og fødderne, hvor det så vil lyse grønt i stedet, for at indikere, at ens squat er korrekt.

Vores overordnede koncept er altså: Lav et squat og se farverne på skærmen ændre sig fra rød til grøn, ved de dele af kroppen, man har placeret rigtigt – resten vil fortsat være farvet rødt, hvis ikke placeret korrekt.

Hardware

SquatPants

POPG02_forklaring_1 POPG02_forklaring_2

Vi har bl.a haft lidt problemer med at sy de to accelerometre på det par gemacher vi arbejdede med, dte var lidt besværligt at få dem til at sidde rigtigt sammen med den mængde ledninger, der løber op ad hele benet.

Placeringen af printpladen, batterierne og arduinoen var også en anelse besværligt, da disse ikke er tilpasset wearables, pga. vægten og størrelsen. Dette problem fik vi løst, ved at lave en lille mavetaske til dem, så man ikke bliver forstyrret vitterligt meget af dem under træningen.

Vi har haft en del problemer med ledninger, der faldt af, på grund af svage lodninger samt meget til og frakobling. Dette har givet os en del forstyrrelser under selve implementeringen, fordi vi aldrig rigtigt har følt at vi er blevet helt færdige med hardwaren.

 Et problem vi sad meget med i slutningen af opgaveforløbet, var at få det ene accelerometer til at sende informationer til arduinoen. Vi lodede ledninger om, vi tjekkede og omskrev koden flere gange, vi prøvede alt hvad vi kunne. Når vi testede accelerometeret på breadboardet med korte ledninger, virkede det præcis som det skulle med koden og det hele, men når vi så satte det sammen med ledningerne på gamacherne, fik vi værdien 0 eller -1. Det viste sig at være fordi vores ledninger til det accelerometer, som sad på skindebenet, var for lange. Dette gjorde, at informationen fra accelerometeret ikke nåede op til arduinoen. Vi løste problemet ved at nedsætte den hastighed informationerne kom med og satte en jernklemme på ledningerne, for at holde dem sammen og fjerne ydre påvirkninger. Noget andet, der kunne have hjulpet, ville have været, hvis vi havde flettet ledningerne sammen, så de blev bøjet og bevæget så lidt som muligt og også var blevet lidt afskærmet.

Implementation

Arduino

Arduino_Squat - New Page

Vores ADXL345 accelerometre kører med SPI wiring (Serial Peripheral Interface), som er et synkronomt serielt datalink.  Her fungerer vores arduino mikrocontroller som master, men accelerometrene fungerer som slaver.

  //Add the SPI library so we can communicate with the ADXL345 sensor
  #include <SPI.h>
  #include <SoftwareSerial.h>

  //Assign the Chip Select signals.
  int CS1=10; //ADXL345
  int CS2=9; //ADXL345
  int Pressure1 = A0; //Force Sensitive Resistor
  int Pressure2 = A1; //Force Sensitive Resistor

  //Bluetooth is signed to pin 2 and 3, so that we can still communicate through a cable.
  int bluetoothTx = 2;
  int bluetoothRx = 3;

  SoftwareSerial bluetooth(bluetoothTx, bluetoothRx);

  //This is a list of some of the registers available on the ADXL345.
  //To learn more about these and the rest of the registers on the ADXL345, read the datasheet!
  char POWER_CTL = 0x2D;	//Power Control Register
  char DATA_FORMAT = 0x31;
  char DATAX0 = 0x32;	//X-Axis Data 0
  char DATAX1 = 0x33;	//X-Axis Data 1
  char DATAY0 = 0x34;	//Y-Axis Data 0
  char DATAY1 = 0x35;	//Y-Axis Data 1
  char DATAZ0 = 0x36;	//Z-Axis Data 0
  char DATAZ1 = 0x37;	//Z-Axis Data 1

  //This buffer will hold values read from the ADXL345 registers.
  char values[10];

  //These variables will be used to hold the two accelerometer axis values.
  int x,y,z;
  int x1,y1,z1;

  void setup(){ 
    //Initiate an SPI communication instance.
    SPI.begin();
    //Configure the SPI connection for the ADXL345.
    SPI.setDataMode(SPI_MODE3);
    //Slow the speed down, because of extra long vires.
    SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV128);
    //Create a serial connection to display the data on the terminal.
    Serial.begin(9600);

    //Set up the Chip Select pin to be an output from the Arduino.
    pinMode(CS1, OUTPUT);
    pinMode(CS2, OUTPUT);
    //Before communication starts, the Chip Select pin needs to be set high.
    digitalWrite(CS1, HIGH);
    digitalWrite(CS2, HIGH);

    //Put the ADXL345 into +/- 4G range by writing the value 0x01 to the DATA_FORMAT register.
    writeRegister(CS1, DATA_FORMAT, 0x01);
    writeRegister(CS2, DATA_FORMAT, 0x01);
    //Put the ADXL345 into Measurement Mode by writing 0x08 to the POWER_CTL register.
    writeRegister(CS1, POWER_CTL, 0x08);  //Measurement mode 
    writeRegister(CS2, POWER_CTL, 0x08);  //Measurement mode  

    //Create a bluetooth connection.
    bluetooth.begin(115200);
  }

  void loop(){
    //Reading 6 bytes of data starting at register DATAX0 will retrieve the x,y and z acceleration values from the first ADXL345.
    //The results of the read operation will get stored to the values[] buffer.
    readRegister(CS1, DATAX0, 6, values);

    //The ADXL345 gives 10-bit acceleration values, but they are stored as bytes (8-bits). To get the full value, two bytes must be combined for each axis.
    //The X value is stored in values[0] and values[1].
    //x = ((int)values[1]<<8)|(int)values[0];
    //The Y value is stored in values[2] and values[3].
    y = ((int)values[3]<<8)|(int)values[2];
    //The Z value is stored in values[4] and values[5].
    //z = ((int)values[5]<<8)|(int)values[4];

    //Reading 6 bytes of data starting at register DATAX0 will retrieve the x1,y1 and z1 acceleration values from the second ADXL345.
    //The results of the read operation will get stored to the values[] buffer.
    readRegister(CS2, DATAX0, 6, values);

    //The ADXL345 gives 10-bit acceleration values, but they are stored as bytes (8-bits). To get the full value, two bytes must be combined for each axis.
    //The X1 value is stored in values[0] and values[1].
    x1 = ((int)values[1]<<8)|(int)values[0];
    //The Y value is stored in values[2] and values[3].
    //y1 = ((int)values[3]<<8)|(int)values[2];
    //The Z value is stored in values[4] and values[5].
    //z1 = ((int)values[5]<<8)|(int)values[4];

    //Store the results from the Force Sensitive Resistors these variables.
    int FSRReading1 = analogRead(Pressure1);
    int FSRReading2 = analogRead(Pressure2); 

    //Print the results to the terminal.
    Serial.print(y, DEC);
    Serial.print(',');
    Serial.print(x1, DEC);
    Serial.print(',');
    Serial.print(FSRReading1, DEC);
    Serial.print(',');
    Serial.print(FSRReading2, DEC);
    Serial.println(',');  
    delay(1000);

    //Sends the results through the bluetooth,
    bluetooth.print(y);
    bluetooth.print(',');
    bluetooth.print(x1);
    bluetooth.print(',');
    bluetooth.print(FSRReading1);
    bluetooth.print(',');
    bluetooth.print(FSRReading2);
    bluetooth.println(',');
  }

  //This function will write a value to a register on the ADXL345.
  //Parameters:
  //  char registerAddress - The register to write a value to
  //  char value - The value to be written to the specified register.
  void writeRegister(int CS, char registerAddress, char value){
    //Set Chip Select pin low to signal the beginning of an SPI packet.
    digitalWrite(CS, LOW);
    //Transfer the register address over SPI.
    SPI.transfer(registerAddress);
    //Transfer the desired register value over SPI.
    SPI.transfer(value);
    //Set the Chip Select pin high to signal the end of an SPI packet.
    digitalWrite(CS, HIGH);
  }

   //This function will read a certain number of registers starting from a specified address and store their values in a buffer.
  //Parameters:
  //  char registerAddress - The register addresse to start the read sequence from.
  //  int numBytes - The number of registers that should be read.
  //  char * values - A pointer to a buffer where the results of the operation should be stored.
  void readRegister(int CS, char registerAddress, int numBytes, char * values){
    //Since we're performing a read operation, the most significant bit of the register address should be set.
    char address = 0x80 | registerAddress;
    //If we're doing a multi-byte read, bit 6 needs to be set as well.
    if(numBytes > 1)address = address | 0x40;

    //Set the Chip select pin low to start an SPI packet.
    digitalWrite(CS, LOW);
    //Transfer the starting register address that needs to be read.
    SPI.transfer(address);
    //Continue to read registers until we've read the number specified, storing the results to the input buffer.
    for(int i=0; i<numBytes; i++){
      values[i] = SPI.transfer(0x00);
    }

  //Set the Chips Select pin high to end the SPI packet.
  digitalWrite(CS, HIGH);}

Processing

Processing_squat - New Page

import processing.serial.*;
    Serial myPort;
    String sensorReading;
    PFont font;
    int info0 = 0;
    int info1 = 0;
    int info2= 0;
    int info3 = 0;
    PImage img_ground;
    PImage img_shin;
    PImage img_thigh;
    PImage img_foot;
    PImage img_sole;
    int countSerial=0;

void setup() {
  size(557,631);
  font = createFont(PFont.list()[2],32);
  textFont(font);
  img_ground = loadImage("ground_squats.png");
  img_shin = loadImage("shin_squats.png");
  img_thigh = loadImage("thigh_squats.png");
  img_foot = loadImage("foot_squats.png");
  img_sole = loadImage("sole_squats.png");
  //myPort = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600);
  myPort = new Serial(this, "com4", 115200);
  //myPort.clear();
  myPort.bufferUntil('\n');
}

void draw() {
  background(img_ground);
  image(img_sole,357,281,100,250);
  fill(255,0,0);
  ellipse(390,360,20,20);
  ellipse(410,480,20,20);

  if (info0 > 5 && info0 < 40) {
    image(img_shin,0,0);
  }
  if (info1 > 0 && info1 < 30) {
    image(img_thigh,0,0);
  }
   if (info2 > 800) {
     fill(0,255,0);
     ellipse(410,480,20,20);
   } 
   if (info3 > 800) {
     fill(0,255,0);
     ellipse(390,360,20,20);
   }
   if (info2 > 800 && info3 > 800) {
     image(img_foot,0,0);
   }

  //Prints the results
  println("Y: " + info0);
  println("X: " + info1);
  println("Heel: " + info2);
  println("Toe: " + info3);
  print(countSerial);

}  

void serialEvent (Serial myPort){
  countSerial++; //Counts, to check if the serialEvent is running again and again.
  sensorReading = myPort.readStringUntil('\n');
  String[] list = split(sensorReading, ',');

  //Change the results from strings to integers.
  info0 = Integer.parseInt(list[0]);
  info1 = Integer.parseInt(list[1]);
  info2 = Integer.parseInt(list[2]);
  info3 = Integer.parseInt(list[3]);

  }

Vores største problem under kodningen har været en fejlmelding, der, efter flere forsøg på forskellige måder, ikke ville forsvinde eller blive løst. Vi fik hjælp fra flere kilder, Google; klassekammerater; lærere, men intet hjalp. Det viste sig at vi manglede at få arduino-koden, til at printe et komma efter det sidste input. Da vi ikke havde det sidste komma med, kunne processing ikke læse den sidste information vi prøvede at hente.

Bluetooth-delen gav os også nogle problemer. Nok især fordi vi havde svært ved at se hvordan et helt præcis skulle sættes sammen.  Flere havde problemer med den del af opgaven. Det endte med, at vi fik vist et terminal-program, hvor vi kunne se outputs fra bluetooth, hvilket gjorde at vi nu kunne begynde at se hvordan det skulle fungere. Med lidt hjælp, en gang søgning på nettet, og noget gå-på-mod kom vi frem til en kode, der virkede præcist som den skulle.

Konklusion

Når man laver squats, kan man nemt komme til at lave dem forkert. Det kan være man læner sig for meget frem, lægger forkert tryk på fødderne, kommer for langt ned/ ikke langt nok. For at løse dette problem ville vi lave et par gamacher, der kunne måle ens nøjagtighed i squattet, og dertil, vha. bluetooth, sende denne information til ens computer, hvor man vil kunne få det illustreret, vha. processing.

Vi fik lavet gamacherne med i alt fire sensorer – to tryksensorer i sålen og to accelerometere på benet. Accelerometerne vil måle, om man kommer langt nok ned i squattet, og tryksensorerne vil måle, om man lægger trykket rigtigt på foden. Disse vil så, vha. bluetoothmodulet, sende denne information til computeren, som gennem Arduino over til processing vil vise en farvekoordineret illustration af hver sensor. Dette vil give en idé om, hvorvidt man har opnået et “rigtigt” squat, eller om man er kommet forkert ned.

Punkter hvor produktet kan forbedres:

  • Ledningerne kunne være tyndere og mere bøjelige, hvilket ville give bedre bevægelse.

  • Vi ville gerne have en tæller op på skærmen, for hver gang man lavede et korrekt squat, så man kunne holde styr på antallet.

  • Ledningerne kunne desuden være syet direkte ind i stoffet så de ikke var synlige uden på tøjet.

  • En ting, der kunne have gjort det nemmere for os selv, var at fordele ledningerne noget bedre – måske med farvekoordinationer, så det var hurtigt at finde rundt i hvilke, der hørte til hvad.

  • Bedre placering af batterier, arduino og printplade.

  • Mindre batterier, arduino og printplade.

  • Måske en fod i gamacherne, hvor tryksensorerne kunne sidde under. Som et par strømpebukser.

  • Kortere ledninger

 

Leave a Reply