Triggern : Ett tandvårdshjälpmedel för sköra äldre med lättare minnessvårigheter.

Triggern

Ett tandvårdshjälpmedel för sköra äldre med lättare

minnessvårigheter.

HUVUDOMRÅDE: Maskinteknik, Produktutveckling & Design FÖRFATTARE: Jesper Lindblad & Patrik Eklund

HANDLEDARE:Jonny Tran

Detta examensarbete är utfört vid Tekniska Högskolan i Jönköping inom Maskinteknik, Produktutveckling & Design. Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat.

Examinator: David Samvin Handledare: Jonny Tran Omfattning: 15 hp per student

Abstract

The project that has been completed is a bachelor’s thesis in Mechanical Engineering with a focus on Product Development & Design at Jönköping Tekniska Högskola in 2020. Project has been carried out on behalf of Sofi Fristedt at Hälsohögskolan i Jönköping in collaboration with the network Gerotech and Science Park Jönköping. The project report is authored by Jesper Lindblad and Patrik Eklund, both students in the Mechanical Engineering program with a focus on Product Development & Design at Jönköping Tekniska Högskola.

The aim of the project has been to develop a structure that can communicate with a mobile application for reminding users about toothbrushing. An earlier version of the app has been developed and tested with good results by Gerotech. The main task has been to develop a physical prototype for further testing that functions irrespective to the type of toothbrush. The target group for the intended product is fragile elderly with lighter memory difficulties. A large part of the project's initial work is to investigate what the target group's needs, difficulties and possible request for the product are. This is to ensure that the product developed has a customized design that works well in the user´s home environment. Other parts of the project were about the intended product's function, design and built-in electrical components. The end result of the project is a testable prototype that wirelessly, using Bluetooth, can communicate with the previously developed mobile app.

Sammanfattning

Projektet som har genomförts är ett examensarbete inom Maskinteknik med inriktningen Produktutveckling & Design på Jönköpings tekniska högskola 2020. Projekt har genomförts på uppdrag av Sofi Fristedt på Hälsohögskolan i Jönköping i samarbete med nätverket Gerotech och Science Park Jönköping. Projektrapporten är författad av Jesper Lindblad och Patrik Eklund, båda studenter på programmet Maskinteknik med inriktning Produktutveckling & Design vid Jönköpings Tekniska högskola.

Projektets syfte har varit att ta fram en konstruktion som kan kommunicera med en mobilapplikation för påminnelse om tandborstning. En tidigare version av applikationen har tagits fram och testats med gott resultat av Gerotech. Uppdraget har främst varit att ta fram en fysisk prototyp för vidare testning som är oberoende avseende tandborstmodell. Målgruppen för den tilltänkta produkten är sköra äldre med lättare minnessvårigheter.

En stor del av projektets initiala arbete handlade om att granska målgruppens behov, svårigheter och eventuella önskemål för produkten. Detta för att säkerställa att produkten framtagen har en användaranpassad design som fungerar väl i brukarnas hemmiljö. Övriga delar i projektet kom att handla om den tänkta produktens funktion, formgivning och inbyggda elektriska komponenter.

Projektets slutresultat är en testbar prototyp som trådlöst, med hjälp av Bluetooth, kan kommunicera med den sedan tidigare framtagna mobilappen.

Innehållsförteckning

1

Introduktion ... 1

1.1 BAKGRUND ... 1

1.2 PROBLEMBESKRIVNING ... 1

1.3 SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR ... 1

1.4 AVGRÄNSNINGAR ... 2

1.5 DISPOSITION... 2

2

Teoretiskt ramverk ... 3

2.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH TEORI ... 3

2.2 MÅLGRUPPSANPASSAD DESIGN ... 3 2.2.1 Målgruppen ... 3 2.2.2 Välfärdsteknik... 3 2.2.3 Design för äldre ... 4 2.2.4 Tidens Tand ... 4 2.3 TEKNIK ... 4 2.3.1 Sensornätverk ... 5 2.3.2 Noder ... 5 2.3.3 Sensorer ... 6 2.3.4 Kretsar ... 6 2.3.5 Utvecklingskort ... 7

2.3.6 Bluetooth Low Energy (BLE) ... 7

3

Metod ... 9

3.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH METOD... 9

3.2 FÖRSTUDIE ... 9 3.2.1 Användarstudie ... 9 3.2.2 Konkurrentanalys ... 10 3.2.3 Funktionsanalys ... 10 3.3 PLANERING ... 10 3.3.1 Gantt-schema ... 10

3.4 DESIGNPROCESSEN ... 11 3.4.1 Brainstorming ... 11 3.4.2 Skisser ... 11 3.4.3 Gut feeling ... 12 3.4.4 Parvis Jämförelse ... 12 3.4.5 Go/No Go ... 12 3.4.6 Pugh´s Matris ... 13 3.5 PRODUKTREALISERING ... 13 3.5.1 Solidmodellering ... 14 3.5.2 3D-Printning ... 14 3.5.3 Testning ... 14 3.6 INBYGGDA SYSTEM ... 14 3.6.1 Kopplingsschema ... 14 3.6.2 Programmering ... 15

4

Genomförande och implementation... 16

4.1 PLANERING... 16 4.1.1 GANTT-schema ... 16 4.2 FÖRSTUDIE ... 16 4.2.1 Användarstudie ... 16 4.2.2 Konkurrentanalys ... 17 4.2.3 Funktionsanalys (Triggern) ... 17 4.2.4 Funktionsviktning ... 18 4.3 DESIGNPROCESSEN ... 18 4.3.1 Användarvanor ... 18 4.3.2 Brainstorming ... 19 4.3.3 Koncept ... 19 4.3.4 Pughs Matris ... 19

4.4 KONCEPTREALISERING ... 21 4.4.1 CAD ... 22 4.4.2 3D-printning ... 22 4.4.3 Test av 3D-print ... 23 4.4.4 Vidareutveckling av koncept ... 23 4.4.5 Utformning ... 24 4.5 INBYGGDA SYSTEM ... 24 4.5.1 Komponenter ... 24 4.5.2 Programmering ... 25 4.5.3 Kopplingsschema ... 25 4.5.4 Testning av sensorer ... 26

5

Resultat ... 27

5.2 HUR SKA PRODUKTEN UTFORMAS FÖR ATT SKAPA INTUITIV ANVÄNDNING OCH FUNGERA I MÅLGRUPPENS HEMMILJÖ? ... 28

5.3 VILKEN TEKNIK BEHÖVER IMPLEMENTERAS FÖR ATT REGISTRERA ATT TANDBORSTEN ANVÄNTS OCH KOMMUNICERA DETTA TILL DEN BEFINTLIGA APPLIKATIONEN? ... 29

6

Diskussion och slutsatser ... 30

6.1 TOERIDISKUSSION ... 30

6.2 METODDISKUSSION ... 30

6.3 IMPLIKATIONER ... 31

6.4 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER ... 31

6.5 VIDARE ARBETE ELLER FORSKNING ... 32

Referenser ... 33

7

Referenser ... 33

Figurförtecking

FIGUR 1 ; FYSISK DATAHANTERING. 5

FIGUR 2 ; TYPER AV NODER I SENSORNÄTVERK. 5

FIGUR 3 : GRUNDLÄGGANDE KRETS. 6

FIGUR 4 ; JÄMFÖRELSE UTVECKLINGSKORT. 7

FIGUR 5 ; TOPOLOGI SÄNDNING. 8

FIGUR 6 ; TOPOLOGI KOPPLING. 8

FIGUR 7 ; GANTT-SCHEMA. 10

FIGUR 8 ; DESIGNPROCESSEN 11

FIGUR 9 ; PARVIS JÄMFÖRELSE. 12

FIGUR 10 ; GO/NO GO MATRIS 13

FIGUR 11 ; PUGH´S MATRIS 13

FIGUR 12 ; GRUNDLÄGGANDE KOPPLINGSSCHEMA. 15

FIGUR 13 ; BILDER PÅ DEN FÖRSTA 3D-PRINTEN 22

FIGUR 14 ; MÅTT PÅ FÖRSTA 3D-PRINTEN 22

FIGUR 15 ; MUGGEN 1. RUND MUGG MED ETT HÅL I MITTEN OCH PLATS FÖR

ELEKTRONIKEN RUNT HÅLET. 23

FIGUR 16 ; MUGGEN 2. RUND AVDELAD MUGG, MED UTRYMME FÖR ELEKTRONIKEN

I. 23

FIGUR 17 ; MUGGEN 3. EN FYRKANTIG MUGG MED RUNDADE HÖRN MED EN URGRÖPNING SOM PLATS FÖR TANDBORSTEN OCH ELEKTRONIKEN PÅ

INSIDAN. 24

FIGUR 18 ; KOPPLINGSSCHEMA TRIGGERN 25

FIGUR 19 ; RÄCKVIDDSTEST FÖR MAGNETSENSOR. 26

FIGUR 20 ; RENDERING AV FÄRDIG PROTOTYP 27

FIGUR 21 ; BILD DÄR MUGGEN ÄR GJORD TRANSPARANT FÖR ATT VISA HUR

ELEKTRONIKEN ÄR PLACERAD. 27

FIGUR 22 ; MÅTT PÅ MUGGEN 28

TABELL. 2 PARVIS JÄMFÖRELSE TRIGGERNS FUNKTIONER. 18

TABELL. 3 PUGHS MATRIS 20

TABELL. 4 FUNKTIONSANALYS FÖR SENSORER 21

1

Introduktion

Kapitlet ger en bakgrund till studien och det problemområde som studien byggts upp kring. Vidare presenteras studiens syfte och dess frågeställningar. Därtill beskrivs studiens avgränsningar. Kapitlet avslutas med rapportens disposition.

Andelen äldre personer (över 65 år) ökar och börjar närma sig 25% av Sveriges totala befolkning. Denna utveckling innebär ökade kostnader för samhället, inte minst inom sjukvården. Forskning visar ett tydligt samband mellan munhälsa och allmänhälsa i senare delen av livet. Exempel på problem som uppstår i samband med dålig munhälsa är bland annat ökad risk för hjärt- och kärlsjukdomar, diabetes och nutritionsstörningar. Förbättrad munhälsa bidrar således till förbättrad allmänhälsa, livskvalité och minskade samhällskostnader.

1.1 Bakgrund

Nätverket Gerotech på Jönköping University utvecklar tekniklösningar för och med ett åldrande samhälle. Genom ett samarbete mellan Gerotech, Science Park, brukare, patienter och Folktandvården utvecklades en applikation för att påminna sköra äldre personer med eget boende om tandborstning. Applikationen påminner om tandborstning två gånger om dagen och påminnelsen kan enbart stängas av genom att eltandborsten signalerar att den varit igång i två minuter.

1.2 Problembeskrivning

Uppgiften är att på uppdrag av Gerotech ta fram en extern konstruktion som kan kommunicera med befintlig applikation och användas oavsett tandborstmodell, gärna både el- och vanlig tandborste. I den situation där något av alternativen måste väljas är eltandborsten prioriterad. En version av applikationen har tagits fram och testats med gott resultat. Det problem som har uppstått är kommunikationen mellan mobilapplikationen och tandborsten som är modell- och varumärkes-beroende, vilket begränsar användbarheten. Detta är den huvudsakliga uppgiften som Gerotech behöver lösa.

1.3 Syfte och frågeställningar

Ta fram en konstruktion som kan kommunicera med applikationen och indikera om tandborstning är påbörjad/avslutad oberoende av tandborstmodell. Med följande krav från företaget:

• Kunna kommunicera trådlöst: -Tandborstning påbörjad. -Tandborstning avslutad. • Oberoende av tandborstmodell. • Fungera i våtrums-miljö (badrum). • Intuitiv användning för målgruppen. • Målgruppsanpassad design.

Detta leder till studiens två frågeställningar:

1. Hur ska produkten utformas för att skapa intuitiv användning och fungera i målgruppens hemmiljö?

2. Vilken teknik behöver implementeras för att registrera att tandborsten använts och kommunicera detta till den befintliga applikationen?

1.4 Avgränsningar

Produkten som tas fram kommer huvudsakligen att vara framtagen för sköra äldre, även kallat sjuka äldre, som enligt Socialstyrelsen definieras på följande sätt; ”65 år eller äldre som har omfattande nedsättningar i sitt funktionstillstånd till följd av åldrande, skada eller sjukdom”. Ingen särskild hänsyn i utformningen av produkten kommer att tas till sköra äldre med neurologiska sjukdomar, såsom Parkinson, MS och ALS, där de äldre har svårigheter att greppa och hålla föremål. Produkten som tas fram kommer inte att ha massproducerbarhet i åtanke, då produkten fortfarande är i teststadiet.

1.5 Disposition

Rapporten är indelad i sex huvudrubriker, som i sin tur är indelade i mindre underrubriker baserade på arbetet som har utförts. Den första huvudrubriken är Introduktion och är till för att ge läsaren inblick i projektets bakgrund, huvudsakliga problem och syfte. Nästa huvudrubrik är Teoretiskt ramverk, här presenteras olika teoretiska delar som är nödvändiga för projektet såsom målgruppen och deras behov, samt om tekniken bakom de elektriska komponenterna i projektet. Efterföljande huvudrubrik är Metod, som beskriver de olika metoder som kom att användas i arbetet med projektet. Därefter följer huvudrubriken Genomförande och Implementation som redogör för arbetet med projekten och processen som genomförts. Huvudrubriken Resultat avhandlar studiens resultat och ger svar på frågeställningarna som uppkom vid projektets start. Den sista huvudrubriken är Diskussion och Slutsatser, där studien och arbetet med den diskuteras i sin helhet och författarna kommer med förslag för vidare arbete med slutprodukten. Efter den sista huvudrubriken följer bilagor, källor och referenser nödvändiga för studien.

2

Teoretiskt ramverk

Kapitlet ger en teoretisk grund som används i studieupplägget och en bas för att analysera resultatet av de frågeställningar som formulerats.

2.1 Koppling mellan frågeställningar och teori

Kapitlet ”Målgruppsanpassad Design” har sammanställts för att etablera en teoretisk grund till den första frågeställningen: ”Hur ska produkten utformas för att skapa intuitiv användning

och fungera i målgruppens hemmiljö?”. Kapitlet innehåller rubriker såsom: ”Målgruppen”,

”Välfärdsteknik”, ”Design för äldre” och ”Tidens tand”. Rubrikerna hjälper till att definiera målgruppen och dess behov, samt begreppet välfärdsteknik och viktiga riktlinjer kring utveckling av välfärdsteknik. Ytterligare rubriker hanterar även äldres teknikhantering, eventuella begränsningar och riktlinjer för att anpassa designen utefter dessa. Den sista rubriken täcker tidigare examensarbete i form av en användarstudie vid användning av den tidigare Triggern.

Kapitlet ”Teknik” har sammanställts för att etablera en teoretisk grund till den andra frågeställningen: ”Vilken teknik behöver implementeras för att registrera att tandborsten

använts och kommunicera detta till den befintliga applikationen?”. Kapitlet innehåller

rubrikerna: ”Sensornätverk”, ”Noder”, ”Sensorer”, ”Kretsar”, ”Utvecklingskort” och ”Bluetooth Low Energy”. Rubrikerna hanterar sensornätverk vars uppgift det är att observera förändringar i den fysiska omgivningen, bearbeta och hantera data. Rubrikerna omfattar såväl hårdvara som mjukvara, både på principnivå såväl som mer djupgående nivå.

2.2 Målgruppsanpassad Design

Följande kapitel hanterar utformning, anpassning och design av produkter framtagna för den specifika målgruppen sköra äldre. Den behandlar såväl målgruppens fysiska begränsningar och behov av stöd som målgruppens teknikvana och eventuella begränsningar samt möjliga anpassningar för att underlätta teknikanvändande för målgruppen. En funktionsduglig produkt är inte detsamma som en användarvänlig produkt, vilket gör det viktigt att användarens behov, begränsningar och eventuella önskemål tas i beaktning under designprocessen.

2.2.1

Målgruppen

För att kunna anpassa en produkt utefter användaren behövdes det först lära känna användaren och dennes behov. Socialstyrelsen beskriver sköra äldre enligt följande: ” 65 år eller äldre som har omfattande nedsättningar i sitt funktionstillstånd till följd av åldrande, skada eller sjukdom”. [1] Vid vård av sköra äldre, även kallat sjuka äldre, är det viktigt att ta alla tidigare sjukdomar och mediciner i beaktning när patientens behandling väljs. Målet med vården kan vara olika, i vissa fall handlar det enbart om symptomlindring medan i andra fall kan det handla om att höja patientens livskvalité. [1] Här kan tekniska lösningar i hemmet spela en stor roll för individens självständighet och förmåga att fortsatta bo kvar i eget ordinärt boende. [2]

2.2.2

Välfärdsteknik

Tekniska lösningar och system är ett betydelsefullt hjälpmedel för att skapa ökad delaktighet och självständighet för individer med funktionsnedsättningar i samhället. Möjligheten för ökad åtkomlighet och nyttjande av tekniska lösningar kan komma att gynna såväl individers rättigheter till lika levnadsstandard som en ökning utav individers känsla av trygghet, inkludering, delaktighet och självbestämmande. Tekniska lösningar kan fylla en viktig funktion i att uppfylla FN:s konvention om rättigheter för personer med funktionsnedsättning (CRDP). [3] Samtidigt är det viktigt att se till att de tekniska lösningarna är tillgängliga för samtliga personer med olika typer av funktionsnedsättningar runtom i landet för att säkerställa jämställdhet. [2]

2.2.3

Design för äldre

För att uppleva vår omvärld använder människan sig av de fem sinnena, syn, hörsel, doft, känsla och smak, vid åldrande så försvagas dessa och därmed förändras upplevelsen av omvärlden vilket innebär att saker i den ter sig annorlunda. Därmed förändras även synen på användningen av produkter och upplevelsen av deras funktionalitet. En produkt framtagen av, till och för yngre personer kan upplevas som onödigt komplicerade, svåranvända eller rentav odugliga av äldre och kan vara en stor källa till frustration när/om de behöver använda dem. I takt med att medellivslängden i samhället ökar [4] så ökar även andelen äldre i vårt samhälle, därmed är de äldre en viktig faktor att ta i beaktning under designprocessen.

Som ingenjör, produktutvecklare eller designer är det lätt att tänka att genom att använda sina egna sinnen, upplevelser och logik går det utveckla en produkt som är enkel att använda för alla. Om designern utgår från sina egna sinnen och upplevelser är det dock tyvärr väldigt lätt att missa information från målgrupper vars perspektiv som kan ha missats att ta i beaktning eller inte har analyserats. Det är inte alla funktionsnedsättningar som har med de fem sinnena att göra, utan kan även handla om saker såsom förmågan att bearbeta information, svårigheter med att behålla uppmärksamheten, motoriska koordinationsstörningar eller problem med korttidsminnet. Därmed är det viktigt att som designer ta fram produkter som användaren enkelt känner igen och anknyter till genom tidigare erfarenheter som gör att användare instinktivt kan begripa hur produkten ska användas. [5]

2.2.4

Tidens Tand

Projektet ”Triggern” är något som har jobbats på en längre tid och i ett av de tidigare stadierna så har ett examensarbete vid namn ”Tidens Tand” författats av en kandidatstudent på Tandhygienistprogrammet på Hälsohögskolan Jönköping. Arbetet innefattade en studie där sju personer fick testa en tidigare prototyp av Triggern. Två intervjuer genomfördes, en innan försöket, kring personens allmänna munhälsa och en efter kring upplevelsen av användningen. Den tidigare prototypen av Triggern innebar att en elektrisk tandborste från Oral-B med Bluetooth-kapabilitet som kopplades upp mot en mobil applikation specifikt utvecklad för projektet. Tyvärr så gjorde förändringar i applikationsprogrammeringsgränssnittet, förkortat API, hos tandborsten att sammankoppling mellan borste och mobil-applikationen ej längre gick att etablera efter studien utförts.

Slutsatser gjordes dock i arbetet som kan vara viktiga vid vidareutveckling utav Triggern. En återkommande svårighet framkom vid installation i testpersonernas hem, specifikt när det kom till att koppla upp Triggern mot det trådlösa nätverket. Enkelhet vid installation är alltså något som behöver tas i beaktning vid vidareutveckling utav Triggern. Vidare påtalades brister i Triggern förmåga att påkalla användarens uppmärksamhet när det var dags för borstning, vilket resulterade i att testpersonerna kändes sig tvungna att aktivt kontrollera om Triggern hade signalerat om tandborstning. Flertalet testpersoner efterfrågade möjligheter att anpassa larm-tiden och skjuta upp påminnelsen för att passa ett föränderligt liv med oregelbundna dagliga rutiner. Ytterligare en anpassningsmöjlighet som önskades var anpassning för personer med nedsatt syn eller hörsel, då detta är något som är vanligt bland sköra äldre.

En påverkande faktor för studiens utfall är att testgruppen är liten och faller utanför ramen sett till den tilltänkta målgruppen i skörhetsaspekten. Testgruppen bestod av äldre personer med väl fungerande rutiner och en god munhälsa, vilket gjorde att behovet av Triggern till viss del saknades. Testgruppen upplevde dock Triggerns funktionalitet som god överlag och att den skulle kunna ha stort värde hos äldre med nedsatt minnesförmåga. [6]

2.3 Teknik

Följande stycke avhandlar grunderna och implementeringsmöjligheterna kring tekniken i projektets olika delar, såväl fysiska komponenter som mer abstrakt mjukvara. Då uppsatsens författare är noviser inom området har behovet av ett omfattande researcharbete varit väsentligt och nivån för vissa av de olika tekniska lösningarna har anpassats utefter författarnas kunskapsnivå.

2.3.1

Sensornätverk

Sensornätverk har tidigare setts som något dyrt och komplicerat som främst tillämpats inom tillverkningsindustrin och sjukvården, men numera kommer de i alla typer av former och storlekar. Detta tack vare lättillgängliga och billiga utvecklingskort såsom Arduino och Raspberry Pi, som möjliggör diverse hobbyprojekt för teknikintresserade lekmän. Det finns även en hel uppsjö av sensorer och tillbehör som möjliggör olika roliga projekt såsom exempelvis en temperaturmonitor, ett säkerhetssystem eller en anordning som meddelar när blommorna behöver vattnas.

Ett sensornätverk är helt enkelt ett system byggt för att observera händelser/förändringar i den fysiska miljön och bearbetas av utvecklingskortet till hanterbar data som antingen lagras eller skickas vidare till andra datorer i nätverket. Nätverket kan kommunicera både via sladd och trådlöst, såväl inom som utanför nätverkets gränser. [7]

Figur 1 ; Fysisk Datahantering.

2.3.2

Noder

Noder även kallat knutpunkter är byggstenarna för de olika delarna i ett nätverk. Noder kan delas upp i tre olika huvudkategorier; grundläggande, datahanterande och datasamlande. De grundläggande är den minst komplicerade varianten av noder, det består ofta av en enkel sensor helt utan förmåga att hantera och lagra data, utan skickar bara vidare data till en annan del i nätverket. Datahanterande noder är mer komplicerade än de grundläggande, de kan skicka vidare data till andra delar i nätverket, men allt som oftast sparar de data på någon form av lagringsenhet såsom ett SD-kort. Dessa noder kan ha en eller flera inbyggda sensorer eller ta emot data från en grundläggande sensor nod. Utvecklingskort såsom Arduino och Raspberry Pi är utmärkta exempel på en datahanterande nod. Den sista typen av noder är de datasamlande, dessa saknar helt sensorer och behöver ha input från en datahanterande eller en grundläggande sensor nod. De kan antingen protokollföra data eller kommunicera med andra enheter utanför nätverkets gränser. [8]

2.3.3

Sensorer

Sensorer är nätverkens verktyg för att förnimma sig om den fysiska världen, genom att registrerar förändringar som sker i den. Vissa av dessa förändringar är saker som människan kan uppfatta med sina egna sinnen såsom ljus, temperatur, vind och så vidare. Sensorer är dock inte begränsade till vad de mänskliga sinnena kan uppleva, utan kan även uppfatta saker som exempelvis radiovågor, lufttryck och strålning. För att kunna registrera dessa händelser i den fysiska världen så behöver de omvandlas till hanterbara data i form av antingen ettor och nollor eller spänningstal som sedan skickas vidare till en datahanterings nod. Det finns en uppsjö av olika sensorer på marknaden, de flesta är väldigt enkla med bara en mätfaktor och begränsad processorförmåga. Dock så börjar marknaden utökas med sensor-moduler med flera antal sensorer och större processorkraft. Några exempel på olika typer av sensorer är följande:

• Knapp/brytare: Den mest grundläggande typen av digitala sensorer som bara signalerar av eller på genom att skicka hög eller låg ström beroende av knappen eller brytarens position.

• Magnetsensor: Går att utnyttja som både analoga och digitala sensorer. Analoga för att mäta ett magnetfälts styrka och riktning eller digital för att fungera som en brytare i närheten av ett magnetfält.

• Infra-rödsensor: Är en form av ljussensor som skickar ut ett infrarött ljus, kan utnyttjas även denna både analogt och digitalt. Analogt applicerad så kan den mäta avstånd och digitalt så studsas den mot en reflekterande yta och när strålen bryts skickas en signal. • Accelerometer/Gyro: Egentligen en ansamling av flera olika typer sensorer, både

digitala och analoga, som mäter hastighet, vinkel, position, vibration och så vidare. • RFID-sensor: Är en digital sensor som känner av radiofrekvenser från en så kallad

RFID-tagg, som kan se ut på flera olika sätt, exempelvis ett kort, en nyckelring eller ett klistermärke. RFID-taggen kan ställas in till flera olika frekvenser, så att RFID-sensorn kan identifiera flera olika taggar. [8]

2.3.4

Kretsar

Elektriska kretsar är en sluten sammankoppling av elektriska komponenter. De mest grundläggande kretsarna kan bestå av en strömkälla, elektriska ledningar, en brytare och någon form av resistor. Kretsen i figuren nedanför består av ett 9volts batteri, en brytare, en lysdiod och gummibeklädda ledningar som kopplar ihop komponenterna. När brytaren är öppen så är kretsen inte sluten och därmed flödar det ingen ström genom systemet. När brytaren sluts så har däremot strömmen fri väg att flöda genom det slutna systemet och lampan tänds.

Figur 3 : Grundläggande krets.

Strömkällan kan vara allt från ett batteri till ett vägguttag och resistorn kan exempelvis vara en diod, transistor eller till och med en elmotor. De elektriska ledningarna består av metaller med låg elektrisk resistivitet såsom exempelvis koppar, aluminium och guld. För att undvika kortslutning är ledningarna täckta med icke-konduktiva material såsom plast eller gummi. En annan viktig del i att undvika kortslutning är att strömkällan inte överbelastar kretsens genom att förse den med mer ström än den klarar av att hantera. [9]

2.3.5

Utvecklingskort

Ett utvecklingskort även kallat ett mikrokontrollerkort, kan beskrivas som en simpel miniatyr-version av en dator byggd på enbart en krets. Den innehåller alla nödvändiga delar såsom; CPU, RAM-/ROM-minne, samt input- och output-kretsar, för att utföra enklare program och uppgifter. De mer avancerade utvecklingskorten har även inbyggda kommunikations-möjligheter såsom Wifi och Bluetooth, samt möjligheten att köra ett operativ-system och kallas därför ofta för enkortsdatorer. Flera av korten är open-source vilket innebär att allmänheten har tillgång till såväl hårdvaruritningar som källkod. Detta har lett till en uppsjö av utvecklingskort med stor variation och ett starkt community av användare som delar med sig av sina kunskaper och projekt som de byggt med hjälp av korten.

De två vanligaste utvecklingskorten som används för teknikutveckling är Arduino och Raspberry Pi, där den främsta skillnaden mellan dessa är att Arduinon är ett mikrokontrollerkort medan Rasperberry Pi:n är en enkortsdator. Detta innebär i korthet att Arduinon enbart kan köra ett program åt gången. Raspberry Pi:n kan däremot köra åtskilliga program parallellt, vilket i sin tur medför att den kräver ett operativsystem. Ett operativsystem medför många möjligheter, men har även sina nackdelar såsom längre omstartscykel, högre energiförbrukning och mer avancerad kodning. Arduinon i sin tur har en egen programmeringsmjukvara (Arduino IDE) som är utvecklat för enklare kodning, dessutom är kortet så pass energisnålt att det kan drivas på batteri och om strömförsörjningen skulle brytas så startar programmet direkt utan någon fördröjning.

Kommunikationsmöjligheter såsom Wifi och Bluetooth finns redan inbyggda i Raspberry Pi:n, men med Arduinon behöver det köpas till så kallade sköldar som kopplas till Arduionon. Det finns dock vissa modeller av Arduino med dessa redan inbyggda. Prismässigt ligger Raspberry Pi:n på ungefär det dubbla i jämförelse med Arduinon. Båda har en uppsjö av olika typer av moduler/sensorer som kan köpas till och även här ligger Raspberry något högre i prisklass. Sammanfattningsvis är alltså Raspberry Pi:n bäst lämpad för något större projekt där flera program körs parallellt och stora mängder data hanteras, medan Arduinon bör användas vid enklare uppgifter med låga mängder data. [7] [8]

Figur 4 ; Jämförelse Utvecklingskort.

2.3.6

Bluetooth Low Energy (BLE)

Bluetooth Low Energy förkortat BLE och även marknadsfört som Bluetooth Smart är en mycket populär kommunikationsstandard, som används av flertalet smarta produkter såsom klockor, strömbrytare, trådlösa möss och tangentbord. Ursprungligen framtaget av Nokia under namnet Wibree, med huvudsakligt fokus på att utveckla en standard med så låg energiförbrukning som möjligt. Ytterligare fokus lades även på att hålla nere kostnaden, komplexiteten och bandbredden för att få en så simpel produkt som möjligt.

Det som gör BLE unikt är att det går att driva på ett enkelt knappcellsbatteri, något många andra trådlösa standarder försöker lova men inte lyckas upprätthålla. Dessutom så är BLE utformat för att förenkla för mikrochipstillverkarnas allt hårdare krav på energi- och råvaru-besparingar. En ytterligare förklaring till varför BLE har tagit stora marknadsandelar är att det är en påbyggnad av den redan etablerade standarden Bluetooth, BLE implementerades i Bluetooth 4.0. Båda teknikerna använder samma radiofrekvenser vilket underlättar införandet

BLE är ett utmärkt komplement till det klassiska Bluetooth i situationer där batteritiden och energiåtgången är viktigare än överföringshastigheten. Hastigheten vid dataöverföring är den främsta avigsidan av begränsningarna som kommer vid energibesparingen, BLE har en maxgräns vid överföring på 1 MB/sek. Detta då den främsta energibesparingsåtgärden är att så ofta och länge som möjligt stänga av radiosändaren, vilket innebär att BLE för över en mindre mängd data i korta perioder med ett intervall på mellan 7.5 mikrosekunder och 4 sekunder. Något som kan anpassas efter användare och utvecklares önskemål i balansen mellan överföringshastighet och energibesparing.

Det finns två olika sätt för BLE-enheter att kommunicera med andra enheter; ”sändning” och ”koppling”. Där ”sändning” innebär att BLE-enheten agerar sändare och övriga enheter är observatörer. Detta är en envägskommunikation där BLE-enheten kontinuerligt skickar ut datapaket för vilken annan enhet som helst att ta emot på en bestämd frekvens. Den främsta fördelen med detta kommunikationssätt är informationsöverföringen kan gå ut till flera enheter på en och samma gång. Detta kommer dock med nackdelen av låg säkerhet och integritet vid dataöverföring.

Figur 5 ; Topologi Sändning.

”Koppling” i sin tur innebär att det är två enheter som skapar en exklusiv koppling sinsemellan och kan kommunicerar enbart med varandra, detta innebär högre säkerhet och integritet. Enheterna delas in i två olika kategorier, centrala och perifera enheter. Där den centrala enheten, när en koppling har gjorts initierar och hanterar dataöverföringen mellan enheterna. Den perifera enhetens roll är att följa och utbyta önskad information med den centrala enheten. Alla enheter kan agera som både central eller perifer beroende på önskemål och konfigurering. En central enhet kan vara uppkopplad mot flera perifera enheter åt gången och vice versa. [10]

3

Metod

Kapitlet ger en översiktlig beskrivning av i studien använda angreppssätt, med referenser.

3.1 Koppling mellan frågeställningar och metod

För att besvara studiens båda frågeställningar: ”1. Hur ska produkten utformas för att skapa

intuitiv användning och fungera i målgruppens hemmiljö?” & ”2. Vilken teknik behöver implementeras för att registrera att tandborsten använts och kommunicera detta till den befintliga applikationen?” har en rad olika metoder använts. För att ge stadga och struktur vid

planeringen av projektet har Stage-gate metoden och GANTT-schema använts, detta är något som underlättar genom att styra upp en annars svårnavigerad produktutvecklingsprocess. Förstudien har varit en viktig del i arbetet med att besvara studiens båda frågeställningar, där metoder som användarstudie, konkurrentanalys och funktionsanalys har varvats med litteraturstudier.

Designprocessen har formats och styrts av studiens första frågeställning. En brainstorming-session kombinerat med skissning användes som verktyg för att ta fram idéer/koncept kring produktens utformning. För att metodiskt och opartiskt utvärdera och sålla koncepten har matriser såsom Go/No Go och Pugh’s beslutsmatris applicerats. Matriserna har tagits fram med kriterier och produktegenskaper från användarstudien, som är anpassade efter målgruppen. För att etablera en rangordning bland produktegenskaper och kriterier har en parvis jämförelse tillämpats. Värderingar och avfärdanden av tekniker eller koncept har i vissa fall gjorts med gut feeling för att påskynda designprocessen. Produktrealiseringen har även den hela tiden haft studiens första fråga i beaktning när den fysiska modellen har tagits fram.

Arbetet med de inbyggda systemen som rör studiens andra fråga har inneburit en omfattande förstudie och litteraturstudie för att skapa förståelse för området. Det inbyggda systemets elektriska komponenter har valts med produktens funktionsanalys som grund. De elektriska komponenterna har byggts ihop till kretsar med hjälp av kopplingsscheman som visualiserar hur systemet är uppbyggt. För att upprätta systemets funktion så har de elektriska komponenterna programmerats att uppfatta specifika händelser i den fysiska världen, bearbeta och skicka vidare den till mobil applikationen.

3.2 Förstudie

Förstudien är en viktig del i produktutvecklingsprocessen, där görs en förutsättningslös problemanalys där bakgrundsmaterial tas fram om marknad, design och teknik. Redan i början i utvecklingsprocessen är det viktigt att ta med olika kompetensområden så problem granskas från alla synvinklar. I förstudien är det viktigt att urskillningslöst granska flertalet olika tekniska lösningar för att undvika dyrt konstruktions- och utprovningsarbete på grund av partisk selektion allt för tidigt under processen. En förstudie använder förhållandevis begränsat med ekonomiska resurser, men avgör eventuella framtida kostnader i projektet. Studien ska mynna ut i den första kravspecifikationen, där det fastställs vilka funktionskrav som finns och vilka funktioner produkten ska inneha. [11]

3.2.1

Användarstudie

En användarstudie kan komma i flera olika former och skepnader. En användarstudie kan innebära en litteraturstudie kring den tilltänkta målgruppen, kvalitativa eller kvantitativa intervjuer och även testning av produkten för att få direkt input på den framtagna produkten. Inom mjukvaruvärlden är det vanligt att samla in användardata även efter lansering för att ytterligare förbättra produkten. Detta är dock inte möjligt vid arbete med fysiska produkter, vilket gör det extra viktigt att göra en användarstudie redan under förstudiefasen. [12]

3.2.2

Konkurrentanalys

En konkurrentanalys visar hur andra företag på marknaden arbetar med samma eller liknande problem som förestår en själv. Deras produkter granskas för att se hur deras produkter står upp gentemot produkt- och kund-krav, för att kunna jämföra sina egna lösningar gentemot konkurrenternas. I denna typ av analys är det vanligt att jämföra faktorer såsom kostnader, prestanda, tekniska kvalitéer, med mera. Konkurrentanalysen är ett bra sätt att ta lärdom av andras kunskap och lösningar, om det så är inom den egna organisationen eller ett externt företag. [11]

3.2.3

Funktionsanalys

Kundens krav på produkten är ofta breda och kan vara svåra att direkt definiera. Det är därför nödvändigt att kraven och funktionerna som ska lösa kraven, delas in i flera delfunktioner för att enklare se samtliga delar som behövs för att kunna realisera produkten. Här används en funktionsanalys, som är ett verktyg där funktionerna delas in i flera delfunktioner. De beskrivs med ett verb och ett substantiv, till exempel “registrera användning” eller “erhålla formspråk”. Det finns en huvudfunktion som är den viktigaste för att produkten ska uppfylla rätt funktion. De andra funktionerna delas in i två kategorier, nödvändig- och önskvärdfunktion. De ska vara delar som produkten behöver för att huvudfunktionen ska kunna realiseras. Nödvändiga funktioner måste vara med i produkten för att den ska fungera som tänkt. Önskvärda funktioner kan vara med för att öka värdet på produkten till exempel färg och form. Detta görs för att det är enklare att hitta lösningar till mindre problem och sedan kombinera de olika mindre lösningarna för att få fram en färdig produkt. [11]

3.3 Planering

För att skapa struktur och stadga i produktutvecklingsprocessen så krävs ett tydligt planerings-arbete. Ett GANTT-schema som skapats har varit till för att visualisera processens olika steg såväl tidsmässigt som följd och prioritetsordning. GANTT-schemat har lagt en grund för de olika stegen i produktutvecklingsprocessen, samt har även innehållit uppföljningstillfällen och bestlutsgrundande möten med intressenter såsom produktägare, handledare och utvecklarna av mobil applikationen.

3.3.1

Gantt-schema

GANTT-schema är ett visuellt planeringsverktyg för att ha koll på ett projekts tidsfördelning. I början av projektet listas alla delmoment och det uppskattas hur lång tid varje del beräknas ta. Detta förs in i ett koordinatsystem, vid Y-axeln skrivs varje moment och längs X-axeln får varje del en stapel så det är enkelt att se när varje moment startar och beräknas sluta. I moderna versioner av GANTT-scheman går det även att se koppling mellan delmoment som har direkt inverkan på varandra. Det är ett levande dokument som bör uppdateras efterhand som projektet fortgår. För att följa upp GANTT-schemat så lämnas under varje stapel, utrymme för en extra stapel där det går att markera hur lång tid varje del faktiskt tagit jämfört med den förväntade tiden. Har någon del tagit längre tid kan det göras ändringar för att markera när det går att starta nästa del. Det bör sparas en kopia av det ursprungliga schemat som skapats. Detta kan vara bra att ha kvar vid utvärderingen av projektet, det går då att se hur bra schemat följts och ta lärdom av det till nästa projekt. [13] [14]

3.4 Designprocessen

Designprocessen är en vida spridd och väldokumenterad process som används i flera skolor, konsult-byråer och företag runt om i världen för att utveckla produkter. Designprocessen är främst uppdelad i följande fyra steg/faser: behov, idé, utveckling och genomförande. Dessa faser itereras helst flertalet gånger för att optimera slutresultatet. [15] Nedan följer en rad rubriker som beskriver olika metoder och matriser som kan komma att används i designprocessen. De är hjälpmedel för att få fram förslag, utvärdera och sålla de idéer och koncept som tagits fram.

Figur 8 ; Designprocessen

3.4.1

Brainstorming

Brainstorming är en kreativ metod för att få fram många olika idéer. Det genomförförs bäst i grupp men går även att göra själv. Brainstorming handlar om att komma med olika förslag som kan lösa problemet gruppen ställts inför. Det finns fyra grundregler under en brainstorming:

• Allt ska dokumenteras under processens gång. • Så många idéer som möjligt ska genereras. • Dåliga idéer finns inte för stunden.

• Förslagen ska inte värderas under förloppet.

Det första som behövs vid en brainstorming är en sekreterare som dokumenterar allt som sägs. Målet är att komma på så många förslag som möjligt och uttrycka dessa på sådant sätt att de kan dokumenteras. Det finns inga dåliga idéer, alla förslag ska tas med, det är antalet förslag som är intressant inte kvalitén. Idéerna får vara hur konstiga som helst, allt är intressant, idén kan ses som besynnerlig eller bisarr, men kan skapa inspiration hos andra i gruppen som kan leda till nya mer konkreta och användbara förslag. Det är en levande process, där alla delar sina idéer och förslag som i sin tur kan generera fler idéer och vidareutvecklas till ännu bättre lösningar på problemet. För att inte avskräcka någon att våga säga sin idé är det viktigt att inte tillåta några utvärderingar under processen. När processen precis kommit igång kommer det många idéer men det brukar stanna av efter ett tag med periodvis ökande av nya förslag. Det är viktigt att låta processen gå genom några sådana perioder för att få ut så mycket som möjligt. Samtidigt är det också viktigt att inte sitta för länge då idégenerering är en påfrestande och mentalt utmattande process där det är viktigt att ta pauser för att hålla uppe produktiviteten. [13]

3.4.2

Skisser

För att effektivt och enkelt visualisera hur olika koncept är tänkta att se ut så görs skisser som är en form av enkla illustrationer. Skissning är ett användbart verktyg för att förmedla saker som kan vara svåra att förklara med ord. Det kan även hjälpa att förmedla en känsla för en

3.4.3

Gut feeling

Gut feeling även kallat magkänsla eller intuition är något som de flesta människor känner till och besitter. Ursprunget till ordet intuition kommer från det latinska ordet ”intueri” och finns i åtskilliga språk världen över såsom exempelvis kinesiskan, hebreiskan och tyskan. Men vad är egentligen intuition? Det beskrivs oftast som en snabb känsla av att något inte står helt rätt till. Vi vet på vilket sätt det bör vara, men kanske inte fullt ut förstår varför eller hur vi vet. Denna känslan är dock inte så plötsligt som vid först anblick, utan grundar sig på personens samlade erfarenheter och kunskaper. Intuitionen är ett viktigt verktyg i många branscher, allt från sjukvården till affärsvärlden och teknikbranschen. Inom vården så används magkänslan för att kunna ta beslut i livsavgörande situationer där vårdpersonalen behöver agera snabbt och inte hinner rationalisera kring hur eller varför. På samma sätt, men kanske inte under samma press, så tar människor dagligen beslut grundade på sin magkänsla eller intuition för att underlätta och skynda på beslutsprocesser. Viktigt är dock att välja tillfällena då beslut tas grundade på magkänsla och inte alltid blint lita på sin intuition. [16]

3.4.4

Parvis Jämförelse

Det kan bli svårt att vara helt objektiv under en produktutvecklingsprocess. När det tas fram en skala för att avgöra vilka funktioner som väger tyngst är risken stor för subjektiv inverkan. Även om alla i projektet strävar efter att vara objektiva. För att minimera risken för subjektiv inverkan används en metod som baserar sig på parvis jämförelse. Det är en matris där alla funktioner viktas mot varandra var för sig. Alla kriterier skrivs i X- och Y-led i en matris, där funktionerna delar på 1 poäng. Om en funktion anses vara viktigare än den andra får den ena 1 poäng och den andra 0 poäng, om de är lika viktiga får de 0,5 poäng var. När alla funktioner viktats mot varandra räknas totala antal poängen ihop som delats ut och den poäng som varje funktion fått. För att enkelt se vilka funktioner som anses vara viktigast räknas det ut hur många procent varje funktion har fått. Nu går det enkelt att se vilka funktioner som bör prioriteras om det inte går att uppfylla alla. [11]

Figur 9 ; Parvis jämförelse.

3.4.5

Go/No Go

Go/No go är en elimineringsmatris som hjälper till att välja vilken teknik eller koncept som det är intressant att jobba vidare med i ett projekt. Den grundar sig på en elimineringsmatris av Pahl & Beitz. Alla funktioner som produkten ska uppfylla ställs upp i X-led och lösningsförslagen som har kommit fram till ställs upp i Y-led. Sedan utvärderas varje koncept gentemot den önskade funktionen och markeras med ett plus, minus eller frågetecken. Plus om konceptet löser problemet, ett minus om den inte klarar av att lösa problemet eller frågetecken om det är oklart om problemet löses och mer efterforskning krävs. När ett koncept får ett minus stryks det från vidare utvärdering eftersom det finns ett krav som konceptet inte uppfyller. Flera av koncepten kan klara av alla kriterier och går därmed att jobba vidare med. Om det är flera koncept som går vidare från go/no go matrisen går det utnyttja andra matriser som ytterligare värderar koncepten och ger dem en ranking från bäst till sämst. [11]

Figur 10 ; Go/No Go matris

3.4.6

Pugh´s Matris

Pughs matris en beslutsmatris som hjälper till att se vilka idéer eller koncept som är värda att jobba vidare med. Den funkar så att de kriterier som tagits fram tidigare i projektet radas upp i Y-led med de poängen som de fått i funktionsviktingen. I X-led skrivs de olika koncepten in och en referens som antingen kan vara en befintlig liknande produkt eller det koncept som anses vara bäst i projektet än så länge. Varje koncept kontrolleras mot referensen om de klarar av de olika kriterierna bättre, sämre eller lika bra. Koncepten markeras med +, - eller 0. De får ett plus om de anses klara kriterierna bättre än referensen, ett minus om den gör det sämre och en nolla om den anses klara det lika bra. När alla kriterier kontrollerats mot alla koncept summeras poängen de fått. Poängen kan beräknas på några olika sätt. Det första är att antalet +, - och 0; or räknas ihop var för sig. Sen får koncepten ett poäng för plus, minus ett poäng för minus och noll poäng för noll. Dessa värden adderas sedan för att få fram total poängen. Med den andra metoden så fås poängen fram genom att använda funktionsviktningens resultat, koncepten får poängen för plusen och sen dras poängen för minusen bort, nollorna händer det inget med. Nu är poängen ihop räknade för alla koncepten så de kan rangordnas efter hur många poäng de fick. Nu går det enkelt att se vilket koncept som presterade bäst och beslut kan tas om vilken eller vilka som är lämpliga att jobba vidare med. [13]

Figur 11 ; Pugh´s Matris

3.5 Produktrealisering

Att ta en produkt från idé-stadiet till en fysisk produkt är en process som har blivit enklare och snabbare i och med tekniska framsteg. Produktutvecklingsverktyg såsom CAD- och CAM-program har gjort det enklare för ingenjörer att ta fram modeller, ritningar och styra bearbetningsmaskiner. Samtidigt som utvecklingen av processmaskiner såsom fräsar och

3d-3.5.1

Solidmodellering

Under en produktframtagningsprocess är det viktigt att kunna se sina modeller. Det är dyrt och tidskrävande att ta fram fysiska modeller därför används CAD, Computer Aided Design. Tack vare att allt finns digitalt går det snabbat och enkelt att gör ändringar på modellen vilket ger en effektivare arbetsprocess. [11] För att se hur de olika designerna som valts ser ut har de ritats upp i Catia. Det är ett av de kraftfullaste CAD-programmen på marknaden och används inom många olika industrier. [17]

3.5.2

3D-Printning

För att snabbt få fram en fysisk modell av det som ritats i CAD användes 3D-printning. Det finns flera olika typer av 3D-printers som skriver ut på lite olika sätt. Alla med sina olika styrkor och svagheter. Men alla börjar med en tom arbetsyta som fylls med material lager på lager. I detta projekt kommer det användas Fused Deposition Molding (FDM) skrivare. De skapar modellen genom att en tunn termoplastplasttråd som kallas filament pressas genom ett uppvärmt munstycke. Munstycket kan röra sig i X- & Y-led över skrivarytan och applicerar material efter konturen av modellen för det lagrat. Detta upprepas lager för lager tills modellen är färdig. 3D-printning är en materialeffektiv tillverkningsprocess då det bara adderas det material som behövs. Till skillnad från exempelvis fräsning där ett ämne sätts in och det tas bort material för att få fram produkten. 3D-printning är även bra då det efter att designen är färdig kräver lite manskraft att få fram eftersom hela utskriftsprocessen är datastyrd. Det är även enkelt att dela sin design med andra som har en printer då det bara är att skicka filen som de sedan kan skriva ut en egen kopia med. Vilket kan vara bra för företag med kontor på flera orter. [18]

3.5.3

Testning

Innan en produkt kan introduceras på marknaden krävs det att produkten har testats. Vilka tester som behöver genomföras och i vilken omfattning är beroende av den tilltänkta marknaden och miljön som produkten kommer att hanteras i. Det är ytterst sällan samma krav på en produkt tänkt för kommersiellt bruk som för en produkt utvecklad för exempelvis tillverknings- eller försvars-industrin, då dessa utsätts för större påfrestningar i en mer utmanande miljö. För att påvisa vilka krav en viss produkt kan komma att behöva uppfylla har det upprättats diverse olika industristandarder. Oftast handlar det om branschorganisationer som styr och kontrollerar olika typer av standarder, till exempel ISO (International Organization for Standards) eller IEC (International Electrotechnical Comission). Det finns även företag och organisationer med egna standarder, såsom den amerikanska militären som har en egen standard kallad ”MIL-SPEC”. Typiska saker att testa vid standardtestning är förslagsvis: vattentäthet, dammtäthet, ljud-/buller-nivå, batteriprestanda och hållfasthet. [19]

3.6 Inbyggda System

Inbyggda system är den datatekniska gren som hanterar datorsystem i varierande storlekar och komplexitet. Inbyggda system kan innefatta allt från enklare mikrokontrollerkort såsom Arduinon till mer avancerade system i vitvaror, bilar och flygplan. Disciplinen hanterar såväl hårdvara och kopplingen av den som programmering av enheterna i systemet. Detta gör det till en väldigt bred gren som i detta arbete har valt att kokas ner till de delar som är essentiella för framtagning av den aktuella produkten.

3.6.1

Kopplingsschema

Ett kopplingsschema är en metod att visualisera kretsar på papper. Kopplingsscheman är ofta väldigt enkla och rakt fram i sin gestaltning för att underlätta både skapandet och läsandet av dem. De vanligaste elektriska komponenterna i kretsar har egna standardiserade symboler för att underlätta universell användning. Nedan följer ett enkelt kopplingsschema för att illustrera kretsen i Figur 3, bestående av ett batteri, en brytare, en lampa och kopplingarna mellan de elektriska komponenterna. [9]

Figur 12 ; Grundläggande kopplingsschema.

3.6.2

Programmering

Datorer är ett utmärkt verktyg för att lösa komplexa uppgifter som är för komplicerade för en människa att lösa utan hjälpmedel. Bekymret är dock att den enda informationen för datorer är ström av och ström på, översatt till 1 (på) och 0 (av), även kallat maskinkod. Då maskinkoden blir längre och allt mer komplicerad så blir den allt mer svår för människan att avläsa, därför har det utvecklats programmeringsspråk. Programmeringsspråk även kallat programspråk är alltså en sorts översättning från människans språk till maskinkod, för att människa och maskin ska kunna kommunicera och samarbeta. Det förekommer en uppsjö av olika programmeringsspråk, även kallat kodspråk, där några av de vanliga är exempelvis Python, Java, C#, C++ och Ruby.

Trots den stora variationen av programmeringsspråk så finns det vissa grunder som alltid måste uppfyllas för att koden ska kunna köras korrekt. För att datorn ska kunna köra koden behöver den vara metodisk och tydlig genom att uppfylla följande punkter:

• Ordning: Koden måste vara skriven i den ordning du vill att den ska utföras, datorn kommer inte gå fram och tillbaka för att analysera koden och dess struktur.

• Exakt: Koden måste vara korrekt skriven in till minsta detalj, saknas en bokstav, siffra eller versal kommer datorn inte utföra det önskade kommandot.

• Komplett: Koden måste vara fullständig, saknas kommandon eller delar av kommandon kommer datorn inte förstå att de är ofullständiga. Datorn kör då bara koden som är fullständig.

Inom samtliga programmeringsspråk finns det även olika typer av kommandon som gör att datorn hanterar koden på olika sätt. Detta kan vara mycket användbart i diverse olika situationer och ger programmeraren möjligheter att lösa komplexa problem. Några exempel på olika typer av kommandon är följande:

• Sekvenser: Kommandon som datorn utför i turordning, uppifrån och ner.

• Villkor: Kommandon som sätter olika villkor för datorn ”om”, ”då”, ”annars”. Om detta inträffar, då ska det här göras, annars ska någonting annat utföras.

• Loopar: Kommandon som datorn upprepar obestämt, ett bestämt antal gånger eller fram tills något inträffar. [20]

Programkoden som har skrivits under projektets gång har skrivits i Arduino Integrated Development Eviroment, vanligtvis förkortat till Arduino IDE, som är Arduinos egen programmeringsplattform. Arduino IDE används både för att skriva kod och ladda över koden till Arduinos kompatibla programmeringskort, både Arduinos egna och tredje parts, då allt Arduino tillverkar är open source, även mjukvaran. Koden som skrivs i Arduino IDE är en version av C och C++ som är något förenklad för att passa nybörjare och skapare utan större

4

Genomförande och implementation

Kapitlet ger en beskrivning av studiens genomförande. Det vill säga hur man gått tillväga för att möta studiens frågeställningar och syfte. I detta avsnitt beskrivs också hur designprocessen har blivit implementerad och använd.

4.1 Planering

Planeringsdelen var den inledande delen i projektet, vars syfte var att skapa struktur och en grund för det kommande arbetet i projektet. Här valdes metoder och angreppssätt som kom att forma och definiera projektets fortgång.

4.1.1

GANTT-schema

För att visualisera tidsåtgången för projektets olika arbetsuppgifter upprättades ett GANTT-schema (Se bilaga.1). Arbetsuppgifterna delades upp i olika arbetspaket som till exempel rapportskrivning, för- & litteratur-studie och konceptgenerering, för att säkerställa att GANTT-schemat skulle bli enkelt att snabbt avläsa och kontrollera vid uppföljning av projektet. Att säkerställa möjligheten för enkel och tydlig uppföljning har även varit viktigt då flera delar i projektet har varit beroende av varandra, en försening i vissa delar av projektet har inneburit en förskjutning i schemat och försenad start av de beroende delarna.

4.2 Förstudie

Förstudien som genomfördes hade en tydlig uppdelning mellan studiens två frågeställningar Litteratursökningar gjordes för att definiera målgruppens omfattning, begränsningar och eventuella anpassningsbehov. Målgruppens anpassningsbehov har tagits i beaktning under produktutvecklingsprocessen och styrt såväl formbestämning som tekniska aspekter för att användarna enkelt ska kunna införliva produkten i sitt dagliga liv. Eftersökningar gjordes även kring valet av de elektriska komponenter som produkten kommer att innehålla, där faktorer såsom tillämpningsbarhet, tekniska komplexitet och behov av vidare kunskapsinhämtning har tagits i beaktning.

4.2.1

Användarstudie

Användarstudien har baserats på tidigare examensarbete kring Triggern som gjorts av en tandhygieniststudent på Hälsohögskolan Jönköping. Examensarbetet med titeln ”Tidens Tand” grundlades av kvalitativa intervjuer med äldre som under en veckas tid fick testa Triggern i sitt eget hem, med intervjuer före och efter användningen. Användarstudien gjordes främst med fokus kring mobil-applikationen, vilket innebär att användarnas upplevda problem och önskemål främst rör mobil-applikationen. Vissa av brukarkraven/önskemålen går dock att applicera på den fysiska Triggern med viss justering och tolkning av de ställda kraven.

Önskemål/krav kring intuitiv användning har fått stort fokus vid framtagningen av Triggern. För att skapa en konstruktion som är enkel för målgruppen att använda och undvika onödiga frustrationer på grund av svårigheter vid användning. Vissa användare upplevde svårigheter och frustration uppstod kring teknikanvändningen, främst vid installation och upprätthållandet av den trådlösa kommunikationen. Somliga användare upplevde även svårigheter med integration av Triggern i vardagslivet och de dagliga rutinerna, vilket skapade en negativ upplevelse kring Triggerns funktionalitet. Även dessa svårigheter har tagits i beaktning vid den fortsatta utvecklingen av Triggern och den mobila applikationen.

4.2.2

Konkurrentanalys

Ett konkurrentanalys gjordes på Oral-B’s mobilapplikation då tidigare arbete med Triggern har baserats på koppling med Oral-B’s Bluetooth-kompatibla eltandborstar. Applikationen är framtagen för att coacha och registrera användarnas tandborstningstillfällen. Applikationen har ett tydligt, enkelt gränssnitt (se bilaga 2) och är smidig att navigera för den som behärskar det engelska språket. För att påbörja och avsluta registrering av tandborstning görs detta med ett enkelt knapptryck i applikationen eller om användaren har kopplat upp sin eltandborste från Oral-B med Bluetooth, genom att starta och stänga av eltandborsten. Att koppla eltandborsten via Bluetooth är relativt enkelt och rakt fram för den teknikvane och därefter är eltandborsten fortsatt parad med applikationen tills användaren själv väljer att ta bort kopplingen. Detta innebär att så länge enheten med applikationen installerad har Bluetooth påslaget kommer tandborstning registreras. Tandborsten ska kunna lagra upp till 30 borstningar för att sedan synka mot applikationen, detta är dock en komplicerad procedur med flera olika moment som inte alltid funkar och lätt skapar frustration hos användaren.

4.2.3

Funktionsanalys (Triggern)

En funktionsanalys genomfördes för att omvandla kundkraven till mindre och tydligare delfunktioner. Detta för att enkelt se vilka funktioner som var nödvändiga för produktens funktionalitet och vilka som inte var nödvändiga, men skulle öka användarvärdet på Triggern.

4.2.4

Funktionsviktning

För att få fram en rangordning mellan de olika delfunktionerna gjordes en funktionsviktning i form av en parvis jämförelse, där varje funktion ställdes mot varandra. Om en funktion var viktigare än den andra fick den en 1: a och den andra en 0: a. Funktionen med högst poäng efter viktningen ansågs alltså vara den viktigaste för Triggerns funktionalitet.

Tabell. 2 Parvis jämförelse Triggerns funktioner.

4.3 Designprocessen

Designprocessen och arbetet med Triggern har delats in i fyra huvudsakliga steg/faser: behov, idé, utveckling och genomförande. Behovs-fasen har handlat om att lära känna användarnas behov och begräsningar. Arbetet med detta har främst skett under förstudien i form av litteratur- och användar-studier. Därefter så nyttjades brainstorming-metoden för att kickstarta idé-fasen och genera en mängd olika koncept för vidareutveckling. Under utvecklings-fasen har väletablerade metoder som Go/No Go och Pugh’s matris använts för att utvärdera koncepten och säkerställa objektivitet vid beslut kring vilka koncept som skulle vidareutvecklas.

4.3.1

Användarvanor

Det har varit flera saker att ha med i åtanke vid utformningen av triggern. Målgruppen har redan svårigheter att komma ihåg saker, så tanken är att formen inte ska skapa några extra moment vid användning. Det har observerats hur folk förvarar sina tandborstar för att få en uppfattning om hur produkten ska utformas, så att det inte ska behöva göras för stora ändringar av dagliga rutiner och beteenden. Tandborstar förvaras på olika sätt beroende på om det är en eltandborste eller manuell tandborste. De manuella borstarna förvaras huvudsakligen i badrummet och de flesta i en mugg i närheten av handfatet. Eltandborstars förvaring varierar i och med att de med jämna mellanrum behöver laddas. Här finns det de personer som alltid förvarar sin eltandborste i ladd-stationen och de som laddar fullt för att sedan använda den tills batteriet är slut och behöver laddas igen. Många badrum är inte utrustade med eluttag, vilket gör att eltandborsten måste laddas i ett annat rum. De som har eluttag i badrummet förvarar oftast eltandborsten i ladd-stationen. Det vanligast är däremot att borsten laddas fullt och förvaras i badrummet under användning tills batteriet är slut.

4.3.2

Brainstorming

Brainstorming användes som metod för att få fram så många olika lösningskoncept som möjligt, kvantitet prioriterades över kvalitet. Brainstorming-sessionen resulterade i ett tiotal olika lösningförslag, somliga snarlika och andra med större variation, både gällande utformningen och den inneslutna tekniken. Av dessa förslag kombinerades vissa, andra förkastades direkt och samtliga av de som kvarstod definierades och arbetades vidare med. (Se 4.3.3 Koncept)

4.3.3

Koncept

Under brainstorming kom det fram flera olika koncept på olika lösningar. Det kom fram idéer på helt nya produkter och på hur det skulle gå att använda befintlig elektronik i kombination med den befintliga mobilapplikationen. (se Bilaga 4. Skisser)

• Koncept 1: Smartklocka

Tanken att det skulle gå att anpassa applikationen till klockan och använda klockans accelerometer för att registrera rörelsen i armen när brukaren borstar tänderna. • Koncept 2: Gyroborste

Idéen var att placera elektronik på borsten som kan kommunicera med mobilapplikationen och registrera när borsten används.

• Koncept 3: Gyroarmband

Denna lösning innebar att elektroniken skulle fästas i ett armband som brukarna behöver ha på sig när de borstar tänderna för att registrera användning.

• Koncept 4: Kamera-applikation

Här var tanken att brukaren borstar tänderna framför kameran i en läsplatta som då registrerar via rörelseigenkänning att tänderna borstas.

• Koncept 5: Sensorställ

Här placeras elektroniken i någon form av konstruktion som tandborsten ställs i och den kan registrera när tandborsten avlägsnas eller ställs i sensorstället.

• Koncept 0: Oral-B

Användes som konkurrent i diverse analyser.

Koncept 1 och 4 förkastades innan koncepten gick vidare till sållningsprocesserna på grund av projektets inriktning med produktutveckling av fysiska produkter. Dessa två lösningförslag hade främst inneburit arbete med mobilapplikationen, vilket det var en avsaknad av kompetens kring inom projektet.

4.3.4

Pughs Matris

För att sen se vilket eller vilka av de koncepten som var kvar som det är värda att jobba vidare med användes en relativ beslutsmatris enligt Pugh. Med den kollas alla koncepten mot en referens och de bedöms om konceptet löser de krav som finns med från funktionsanalysen, se tabell 1, bättre, sämre eller lika bra. Den referens som valdes var Oral-Bs mobilapplikation som har flera av de funktioner som eftersöks men saknar anpassning för den tänkta målgruppen i detta projekt.

Tabell. 3 Pughs matris

Konceptet som gick vidare efter denna process var den som kallas sensorstället. I detta läge hade den möjlighet till flera olika lösningar i form av både sensorer och utformning.

4.3.5

Sensorer

Flera av koncepten behövde någon form av sensor som kan registrera när tandborsten används, tas bort eller sätts ner i stället. Från en brainstorming-session kom det flera förslag på vad för sensorer som skulle kunna användas.

• RFID

Den sensorn läser av en RFID-tags specifika kod vilket skulle möjliggöra att fler brukare kan använda samma produkt. Behövs fästas en tagg på den borste som ska registreras. • Vikt

En viktsensor registrerar den vikt den belastas med. Den sensorn är begränsad till att kunna ha en brukare.

• Magnet

En magnet placeras på borsten som ska användas som ger utslag på sensorn när tandborsten kommer tillräckligt nära.

• Infra-röd

Detta är en ljus sensor som ger ut ett för ögat osynligt infra-rött ljus. Sensorn känner av när avståndet till en reflekterande yta ändras eller strålen bryts.

• Gyro

Gyrosensorn känner av rörelse så när den flyttas på så skickar den ute en signal. Det finns sensorer som känner av rörelser i ett led eller flera.

4.3.6

Funktionsanalys (Sensorer)

Det finns många olika typer av sensorer så för att få reda på vilka typer som skulle kunna används gjorde en funktionsanalys på vad sensorerna måste eller önskas kunna åstadkomma.

Tabell. 4 Funktionsanalys för sensorer

4.3.7

Go/No Go

För att se vilken eller vilka sensorer som klarade av att uppnå de kraven som ställts gjordes en Go/No Go-matris. Med hjälp av matrisen så sållades de fem olika sensorerna ner till två som skulle gå att implementera i Triggern för att säkerställa funktionaliteten.

Tabell. 5 Go/No Go för sensorer

Riktlinjerna för Go/No Go-matrisen följdes inte fullt ut då den enda sensor som klarade sig helt utan något minus var RFID och det fanns vissa frågor runt den som det inte gått att hitta svar på. Det valdes därför att jobba vidare även med magnetsensorn då den enbart fått ett minus och det var på vad som tidigare hade definierats som en önskvärd funktion.

4.4 Konceptrealisering

4.4.1

CAD

För att få en tydligare uppfattning kring hur de kvarvarande designerna skulle se ut så modellerades de i Catia V5. Detta gav en tydlig bild av hur koncepten kommer att se ut och det gick även att modellera in de olika elektriska komponenterna för att få en uppfattning kring hur och vart de ska placeras. I ett av de första koncepten av muggen så placerades elektroniken i botten, för att i så stor grad som möjligt likna en vanlig mugg och passa väl in i användarnas badrum.

4.4.2

3D-printning

Trotts att CAD är ett mycket bra verktyg för att visualisera koncepten, kan det ändå vara svårt att få en bra uppfattning av muggens verkliga storlek och känsla vid användningen. Det initiala konceptet av muggen 3D-printades för att få en uppfattning kring dess storlek och funktionalitet.

Figur 13 ; Bilder på den första 3D-printen

3D-printen på första konceptet visar att placeringen av de elektriska komponenterna måste ändras då muggen blev orimligt stor. I detta koncept placerades batteriet liggande i botten vilket gjorde att bottendiametern blev alldeles för stor. På grund av den stora bottendiametern behövde muggens kanter vara väldigt höga för att en tandborste ska stå upp på ett normalt sätt. Muggen blev för grund med en för stor diameter på öppningen, vilket resulterade i att tandborstarna inte stod upp ordentligt och riskerade att trilla ur.

4.4.3

Test av 3D-print

Triggerns tänkta placering i badrummet innebär att den behöver erhålla kapsling för att skydda de elektriska komponenterna från eventuella vattenstänk. Då 3D-printen är uppbyggda av olika lager av sammansmält plast finns viss risk för glipor som kan släppa igenom vatten. För att testa vattentätheten fylldes muggen med vatten för att kontrollera om det fanns några glipor som vattnet kunde rinna igenom. Tyvärr visade det sig att muggen läckte vatten. Den första printen som skrevs ut var med 10% täthet mellan lagren i väggarna, något som ökades upp till 90%. Samma test utfördes, med ett något bättre resultat då det inte läckte på lika många ställen eller lika kraftigt som första testet. Detta innebär att 3D-printet kommer behöva någon form av ytbehandling för att bli så tät som önskat.

4.4.4

Vidareutveckling av koncept

Då det första konceptet hade betydande brister var det tillbaka till ritbordet för att få fram nya idéer. Det undersöktes hur de elektriska komponenterna kunde placeras för att få en kompaktare mugg. Behovet av placeringsjusteringen genererade nya förslag på utseendet för att skapa en mer funktionell och attraktiv design. Ändringarna skapade även ett mindre hål för tandborsten, något som var nödvändigt för att säkerställa att sensorn uppfattar när tandborsten ställs ned i muggen.

Figur 15 ; Muggen 1. Rund mugg med ett hål i mitten och plats för elektroniken runt hålet.