Posture Guidance Chair

Abstract

INTRODUCCIÓN Los avances científicos y tecnológicos que se han producido en los últimos años han ayudado a mejorar la salud de las personas, pues la medicina ha mejorado. Una de las nuevas tendencias es la medicina preventiva, que, al contrario que la medicina tradicional, intenta evitar que los problemas de salud ocurran, en lugar de esperar a ello. Un problema que puede ser solucionado mediante medicina preventiva es el dolor de espalda, pues, según la Asociación Quiropráctica Americana, la mayoría de casos tienen origen mecánico o no orgánico [1]. Esto es, no son causadas por lesiones o enfermedades graves. Una de las causas principales del dolor de espalda es la mala postura al sentarse. En este proyecto, se intentará buscar una solución para prevenir el dolor de espalda, ayudando a la gente a que no adopte malas posturas. OBJETIVOS El objetivo del proyecto es usar una silla para añadirle diferentes sistemas electrónicos que harán posible la detección de la postura del usuario y le avisarán en caso de que su postura sea mala, para que la cambie, mediante la vibración de unos motores colocados en la silla. Principalmente, se buscará que la clasificación de posturas sea precisa, pues si no lo es y los motores se activan y desactivan cuando no deberían, el proyecto sería un fracaso. También se tuvieron en cuenta otros objetivos secundarios. Se intentó que la clasificación de posturas no fuese muy estricta, sino conservadora, con lo cual, si la postura es intermedia, el sistema la tomaría como una buena postura. Esto se hizo buscando que el sistema no fuera intrusivo, es decir, que no activara y desactivara los motores al mínimo movimiento. También se tuvo en cuenta la potencia que el sistema consumiría y se intentó minimizar su consumo, pues cuanta menos potencia consuma, más durará la batería que lo alimenta. Por último, se intentó conseguir todos estos objetivos a un coste razonable. METODOLOGÍA El presente proyecto se realizó en el seno de la Universidad de Illinois, con comunicaciones puntuales con la Universidad Pontificia Comillas. Se hizo en un equipo de tres personas. A continuación, se explica el funcionamiento de la silla y se indicarán los componentes que el autor de la memoria desarrolló. En la memoria descriptiva, se podrán encontrar descripciones más detalladas de estos componentes, así como de las decisiones de diseño que se fueron tomando con respecto a ellos. Este diagrama de bloques describe, de forma esquemática, el funcionamiento del sistema. Los distintos módulos del sistema se alimentan a 5V o bien a 3.3V. Para alimentarlos a todos, se usó una batería de 6V y se adaptó esta tensión, usando reguladores de tensión. Para conseguir la información de la postura del usuario, se usaron nueve sensores, divididos en dos tipos. Por un lado, se usaron ocho sensores de presión de tipo resistivo, con los cual se podía adquirir información sobre la fuerza con la cual el usuario se sienta contra las diferentes partes de la silla. Se localizaron cinco en el asiento y tres en el respaldo. El noveno sensor es de distancia, de tipo ultrasónico, y se localizó en la parte de arriba del respaldo. Esta información irá al microcontrolador, que, usando un módulo Bluetooth, la mandará a un ordenador. En el ordenador tendrá lugar la clasificación de la postura, en buena o mala. Una vez se ha clasificado, se vuelve a conectar con el microcontrolador, usando el mismo módulo Bluetooth. Si la postura se clasificó como mala, se activarán cuatro motores de vibración situados en el asiento, para avisar al usuario de que su postura es mala. Adicionalmente, se mostrará en el ordenador una interfaz gráfica de usuario (GUI), en la cual el usuario podrá ver un mapa de calor de su postura. El autor de esta memoria tuvo entre sus responsabilidades encargarse de la alimentación del sistema, que incluía adaptar la tensión a las alimentaciones de los diferentes módulos, la obtención de la postura mediante los sensores, y los motores que avisan al usuario. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Se realizó el proyecto siguiendo los plazos previstos. El sistema fue probado por varias personas diferentes y se comprobó que funcionaba correctamente. El objetivo principal, que se lograra una clasificación precisa de las posturas, se consiguió. Si bien la calidad y cantidad de los sensores usados no permitía una clasificación muy estricta y precisa, se consiguió que las posturas que eran claramente dañinas para el usuario fueran detectadas por el sistema. El objetivo de hacer un sistema no intrusivo fue conseguido únicamente en parte. Si bien la clasificación de posturas fue conservadora, de vez en cuando se producían activaciones repentinas de los motores cuando esto no debía ocurrir, lo cual puede ser irritante para el usuario. Por otro lado, el hecho de no haber tenido en cuenta la variable temporal (no es lo mismo permanecer en una mala postura por cinco segundos que por cinco minutos), hace que el sistema reacciones de inmediato a una mala postura, lo cual puede ser molesto si, por ejemplo, el usuario se agacha para recoger un objeto que se le ha caído. Si bien el proyecto no fue barato, se cree que se logró una buena calidad-precio, pues no se hubiera conseguido la calidad de clasificación si, por ejemplo, se hubieran usado unos sensores peores. En conclusión, se realizó un proyecto novedoso que puede significar un primer paso de lo que sería una nueva forma de solucionar el dolor de espalda. Si bien esto no deja de ser un proyecto universitario, se cree que, si se realizan algunas mejoras, este producto podría ser de utilidad real para la gente y tener un futuro comercial. Así, se conseguiría el objetivo de todo ingeniero: desarrollar ideas novedosas para mejorar la tecnología existente y así, mejorar la vida de la gente.

INTRODUCTION The scientific and technologic research that has been conducted during the last years has helped to improve people’s health, because medicine has improved. One of the new tendencies is preventive medicine, which focuses on avoiding health issues, instead of waiting for them. A problem that can be solved using preventive medicine is back pain. According to the American Chiropractic Association, most cases have mechanical or non-organic origin. This means that they are not caused by serious injuries or diseases. One of the leading causes of back pain is bad posture while sitting. The solution that will be developed in this project is trying to prevent bad posture, so the probability of back pain happening decreases. OBJECTIVES The objective of this project is using a chair. Some electronic systems will be added to it and they will detect the user’s posture and warn him or her if that posture is bad, so he or she can change it. To warn the user, vibration motors will be allocated on the seat. To achieve this, the main goal is accuracy, because if the system is not accurate and the vibration motors activate or deactivate when they should not, the project would fail. It was also tried that the posture classification was not very strict, but conservative, so, if the posture is medium, the system will take it as a good posture. This was done looking for a non-intrusive system. The team does not want the system to activate or deactivate the motors every time the user does a small movement. Other objectives concerned the power consumed by the system, which the team tried to decrease as much as possible, because the less power the system consumes, the more the battery that supplies power to the system lasts. Finally, the team must reach these objectives at a reasonable cost. METHODOLOGY This project was done at the University of Illinois. Some communications were made with Universidad Pontificia Comillas. It was done in a team of three people. Now, the way the system works will be explained and the components that the author of this memory worked on will be indicated. In the memory, more detailed descriptions may be found, as well as the design decisions that were made. This block diagram describes, in a schematic way, the way the system works. The different modules of the system need to be supplied at 5V or 3.3V. To supply all of them, a 6V battery was used and this voltage was adapted to the different modules, using voltage regulators. To get information about the user’s posture, nine sensors were used, divided into two types. On the one hand, eight resistive pressure sensors were used, so information about the force with which the user sits on the different parts of the chair. Five of these sensors were allocated on the seat and three were allocated at the back of the chair. The ninth sensor is an ultrasonic distance sensor, which was allocated at the upper side of the back. This information will go to a microcontroller, which, using a Bluetooth module, will send it to a computer. In this computer, the posture classification will be made. Once the posture has been classified, the computer will connect again with the microcontroller, using the same Bluetooth module. If the posture was classified as bad, four vibration motors, allocated on the seat, will be activated, in order to warn the user that his or her posture is bad. Moreover, a graphical user interface (GUI) will be showed to the user, who will be able to see a heat map of his or her posture. The author of this memory had the responsibility of developing the power supply module of the system, which including adapting the voltage to the different modules. He also had the responsibility of developing the modules needed to get the posture from the user, using the sensors, and finally, the vibration motors that warn the user. RESULTS AND CONCLUSION The project was done following the scheduled timetable. It was tried by different people and it was checked that it worked properly. The main objective, getting an accurate classification, was achieved. Although the quality and quantity of the sensors that were used did not allow a very strict and accurate classification, the system would detect postures that are clearly harmful for the user. The objective of doing a non-intrusive system was not totally reached. Even though the posture classification was conservative, sometimes the motors were activated when the should not, and it can be annoying for the user. Furthermore, the time the user has been sitting using a specific posture was not used when doing the classification (it is not the same using a specific posture for five seconds than for five minutes). This leads the system reacting to a bad posture instantaneously. For example, if a user’s object falls on the ground and he or she bends to get it, the system will probably take this situation as a bad posture situation. Even though the project was not cheap, the team believes that it was made with a good quality-cost relationship. The good classification accuracy would not have been reached with worse sensors. In conclusion, this was an original project that may be the first step of a new way to solve back pain. Although this is not more than a university project, the team believes that, if some improvements are done, this product could have a real utility for the people and have a commercial future. If so, the objective that every engineer has would be achieved, developing new ideas to improve existent technology and so, improving people’s lives.