Diseño y desarrollo de un dispositivo autosuficiente para medir fuerza del tibial anterior en un entorno clínico

Introducción: El medidor de fuerza es un dispositivo utilizado para medir la magnitud de la fuerza aplicada a un objeto o superficie. En este proyecto, se pretendía medir la fuerza de dorsiflexión del pie en pacientes sentados en una camilla de hospital, con el objetivo de evaluar la fuerza del músculo tibial anterior. Para ello, se diseñó un medidor de fuerza económico y eficiente, capaz de proporcionar una representación visual de la fuerza mediante LEDs. Objetivos: El objetivo general es desarrollar un medidor de fuerza utilizando el sensor FlexiForce A201-100, el amplificador de instrumentación AD620 y la tarjeta Arduino Mega 2560. El sistema permitirá medir fuerzas en tiempo real y mostrar los resultados de manera visual mediante LEDs. Metodología de diseño: Para el desarrollo del medidor de fuerza, se siguieron varias etapas: 1. Selección de componentes: Se eligieron el sensor FlexiForce A201-100, el integrado de instrumentación AD620 y la tarjeta Arduino Mega 2560 como los componentes principales del sistema. 2. Diseño del circuito: Se diseñó un circuito electrónico que integra estos componentes para medir y procesar la señal del sensor, además de los LEDs para la visualización de los resultados. 3. Programación del sistema: Se desarrolló un programa en Arduino para calibrar el sensor y calcular la magnitud de la fuerza aplicada, mapeando los valores de la señal a una escala de 0 a 440 N (mapeo de 0-1023). 4. Prototipado y pruebas: Se construyó un prototipo en protoboard para verificar el funcionamiento del sistema, y se diseñó una placa de circuito impreso (PCB). 5. Montaje en caja protectora: Se diseñó una carcasa para alojar el prototipo y proteger los componentes. Resultados: Se realizaron pruebas en el prototipo:  Diseño electrónico: El circuito fue desarrollado en un software de diseño como KiCad y posteriormente implementado en una PCB.  Prototipo en protoboard: Se realizó un primer prototipo funcional en el que los LEDs se encendían según la fuerza aplicada.  Prototipo final: El sistema final fue ensamblado en una placa PCB y montado dentro de una carcasa protectora.  Medición y visualización: Se verificó que el medidor mostraba los resultados de la medición de la fuerza correctamente, utilizando LEDs para representar el porcentaje de fuerza aplicada. Conclusiones: Se diseñó y fabricó un medidor de fuerza basado en Arduino, el amplificador AD620 y el sensor FlexiForce A201-100, que proporciona feedback visual mediante LEDs, mostrando el aumento progresivo de la fuerza. El dispositivo es confiable, económico y eficiente energéticamente, y su diseño permite la integración de una pantalla LCD para mejorar la visualización de los datos.

Introduction: The force meter is a device used to measure the magnitude of force applied to an object or surface. In this project, the aim was to measure the dorsiflexion force of the foot in patients sitting on a hospital bed, with the goal of evaluating the strength of the anterior tibial muscle. To achieve this, an economical and efficient force meter was designed, capable of providing a visual representation of the force through LEDs. Objectives: The general objective is to develop a force meter using the FlexiForce A201100 sensor, the AD620 instrumentation amplifier, and the Arduino Mega 2560 board. The system will measure forces in real-time and display the results visually using LEDs. Design Methodology: The development of the force meter followed several stages: 1. Component Selection: The FlexiForce A201-100 sensor, AD620 instrumentation amplifier, and Arduino Mega 2560 board were chosen as the main components of the system. 2. Circuit Design: An electronic circuit was designed to integrate these components to measure and process the signal from the sensor, along with LEDs for result visualization. 3. System Programming: A program was developed in Arduino to calibrate the sensor and calculate the magnitude of the applied force, mapping the signal values to a scale of 0 to 440 N (mapping from 0-1023). 4. Prototyping and Testing: A prototype was built on a breadboard to verify the system's functionality, and a printed circuit board (PCB) was designed. 5. Assembly in Protective Case: A casing was designed to house the prototype and protect the components. Results: Tests were carried out on the prototype: • Electronic Design: The circuit was developed in design software such as KiCad and later implemented on a PCB. • Breadboard Prototype: A first functional prototype was created, where the LEDs lit up according to the applied force. • Final Prototype: The final system was assembled on a PCB and housed inside a protective casing. • Measurement and Visualization: It was verified that the meter displayed the force measurement results correctly, using LEDs to represent the percentage of force applied. Conclusions: A force meter based on Arduino, the AD620 amplifier, and the FlexiForce A201-100 sensor was designed and built, providing visual feedback through LEDs, showing the progressive increase of force. The device is reliable, economical, and energy-efficient, and its design allows for the integration of an LCD screen to improve data visualization.