يُعد استخدام دورة المياه جزءًا شائعًا من يوم كل شخص، إلا أن المستخدمين ذوي محدودية الحركة أو الإصابات أو الإعاقات قد يجدون الحمامات القياسية صعبة الاستخدام. في أفضل الأحوال، قد تأتي الحمامات القياسية أحيانًا بدرابزين أو مقصورات أوسع، ومع ذلك فهي ليست حلًا كاملاً لجميع المستخدمين الذين لديهم مشكلات في الحركة. يُعد ضبط ارتفاع المرحاض وسهولة الوصول إليه مجالين محددين يمكن للبيئات العامة الكبيرة تحسينهما. هذه الحلول موجودة اليوم؛ إلا أنها تُستخدم بشكل رئيسي في البيئات المنزلية الخاصة وليست ميسورة التكلفة للاستخدام العملي في الأماكن العامة. في هذه المقالة، نغطي رحلة فريق RIT MSD Universal Lavatory Test Stand نحو ابتكار حلول جاهزة، سريعة، وسهلة التركيب لتعديل ارتفاع المراحيض بما يساعد الأفراد ذوي تحديات الحركة.
Team Introduction
المعروف أيضًا باسم “A Toilet in Motion!”، يُعد Universal Lavatory Test Stand مشروعَ فريق من طلاب معهد روتشستر للتكنولوجيا (RIT) في تخصصات هندسية متعددة:
Robert Cho – مهندس ميكانيك وأنظمة
Aubrey Figoras – مهندس ميكانيك ومصمّم CAD
Chloe Cattadoris – مهندسة صناعية ومديرة مشروع
John Lowenhaupt – مهندس كهرباء وميسّر
Zach Flickinger – مهندس كهرباء وأنظمة
Manny Pizarro – مهندس ميكانيك ومشتريات
جاءت الفكرة الأصلية للمشروع من Daniel Phillips وStan Rickel من RIT LiveAbility Lab، اللذَيْن كانا يسعيان لإنشاء مرحاض يسهل الوصول إليه ويمكنه استيعاب المستخدمين ذوي مشاكل الحركة. كان الهدف تطوير مرحاض متحرك يلتزم بمعايير ADA في وضعية المنزل، ويمكن أيضًا ضبط ارتفاعه (يدويًا وآليًا) ليلائم احتياجات أي مستخدم. وبإرشاد برنامج RIT Multidisciplinary Senior Design، قضى الفريق الفصل الدراسي الأول في تحديد متطلبات العملاء، ومعايرة المنتجات الموجودة، وتطوير تصميم أولي للنظام.
Planning and Designing the System
جرى تصميم النظام الميكانيكي باستخدام SolidWorks، بينما صُممت المخططات الكهربائية باستخدام Altium. وباعتباره قاعدة التصميم الميكانيكي، اختاروا استخدام Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier، والذي يمكنه دعم مرحاض جداري من American Standard ومصنّف لسعة 500 lbs. شملت الحمولة الإجمالية المقدّرة 77 lbs لحامل المرحاض، وحوالي 50 lbs للمرحاض، وحتى 350 lbs لاستيعاب إنسان ضمن الشريحة 99 بالمئة.
وبما أن الحمولة كانت كانتليفر (معلّقة)، فقد تطلّب التصميم قضبان توجيه للمساعدة في موازنة العزم المتولّد. ساعد تحليل الإجهاد الذي أجراه الفريق على تحديد أن قضيبَيْ توجيه مصنوعَيْن من فولاذ كربوني 1566 بقطر 1-1/2" سيكونان كافيين لدعم الحمولة دون خضوع بسبب الانحناء أو الإجهاد المتكرر.
Cutting Out the Wooden Pieces
اكتمل معظم البناء في مساحة صُنّاع The Construct الواقعة في حرم RIT والمخصّصة لدعم الطلاب في المشاريع الشخصية ومشاريع الصفوف. صُنِّعت جميع الأجزاء الخشبية المحيطة بحامل المرحاض، بالإضافة إلى العارضة العلوية والسفلية للإطار، على ماكينة ShopSabre CNC Router نظرًا للدقة وتعقيد الثقوب المطلوبة.
صمم الفريق مجموعة من الألواح الخشبية يمكن تثبيت حامل المرحاض عليها. كان يجب أن تتضمن هذه الألواح الخشبية أيضًا أربعة محامل كروية خطية للخدمة الشاقة كي تسير على قضبان التوجيه وتوفّر مكانًا لتثبيت المشغلات. كان المادة المختارة لذلك لوح صنوبر بسماكة 1" من Lowe's. باستخدام ماكينة CNC، تمكن الفريق من قطع لوح مشروع صنوبر بسماكة 1" إلى الأجزاء المطلوبة لنظام حامل المرحاض.
صُنع إطار النظام من أخشاب قياسية 2x12، مع مضاعفة الدعامات الجانبية للإطار لمزيد من القوة. وكجزء من هذا الإطار، صمم الفريق عارضة علوية وسفلية مخصّصتين تُركّب عليهما قضبان التوجيه. تظهر هذه الأجزاء المُصنّعة بتقنية CNC لأسفل وأعلى إطار Universal Lavatory Test Stand في الصورة أدناه، حيث إن القطعة العلوية هي العارضة التي ستُثبّت منها المشغلات الخطية.
Choosing Suitable Linear Actuators
لهذا المشروع، جرى اختيار المشغلات الخطية بعناية بناءً على ثلاثة عوامل رئيسية:
- سرعة الحركة
- سعة الحمولة الديناميكية
- طول الشوط
كان الفريق بحاجة إلى سرعة سريعة نسبيًا ولكن آمنة للاستخدام البشري، ونطاق حركة يقارب 24". وبعد الكثير من البحث، وجدوا أن PA-17-24-850 هو الخيار الأفضل لتلبية متطلباتهم. وعلى الرغم من أن مشغلًا واحدًا كان قادرًا تمامًا على دعم الحمولة الكاملة وقدرها 500 lbs، اختير استخدام مشغّلَيْن من باب التكرار والموثوقية.
The Assembly Process
بمجرد تصنيع جميع الأجزاء وقطعها إلى الأطوال المناسبة، قام الفريق بتجميع نظام حامل المرحاض. ومن خلال كبس المحامل في الألواح الخشبية وربط محولات المحامل معًا، تمكن الفريق من "حصر" محاملهم داخل الألواح المُشكّلة بماكينة CNC.
قُطع باقي الإطار باستخدام منشار ذراع شعاعي وجُمِّع بواسطة مثقاب يدوي وبراغٍ. وأُنجز أي تجميع إضافي باستخدام مسامير بقطر 1/2" وصواميل نايلوك ومفاتيح مقبس.
بعد ذلك، ثُبّت حامل مرحاض COTS (جاهز من الرف التجاري) بين لوحَيْن خشبيَّيْن مُشكّلين بالـCNC لتكوين نظام حامل مرحاض مجمّع.
من هنا، دُفعت قضبان التوجيه الخطية عبر المحامل وثُبّتت شُفّات (Flanges) على كل طرف. ثم جمع الفريق الإطار حول حامل المرحاض، مع تركيب شُفّات قضبان التوجيه في العارضة العلوية والسفلية للإطار. وبمجرد الانتهاء من هذه الخطوة على الأرض، تمكنوا من رفع النظام بالكامل وتثبيته على الحائط بواسطة زوايا فولاذية وحوامل التثبيت BRK-17.
ثُبّت مشغلا PA-17 في النهاية عبر ربط فتحات تثبيتهما بـحوامل التثبيت على العارضة العلوية للإطار، ثم تمديدهما إلى كامل طولهما وربطهما بقاعدة نظام حامل المرحاض. وبعد مناقشة مستفيضة مع أستاذ الفريق ومرشده من برنامج RIT Multidisciplinary Senior Design، اعتُبرت الإلكترونيات الأخرى إلى جانب المفتاح القلّاب غير ضرورية للتركيب نتيجة القرار النهائي بعدم تنفيذ نظام التحكّم المخطّط له أصلاً. يمكن رؤية منصّة Universal Lavatory Test Stand المجمّعة، والمزودة الآن بمشغلات PA-17 موصولة بمفتاح قلّاب، أدناه.
Final Tests and Results
في النهاية، لم يتمكن الفريق من تنفيذ متحكمات السرعة AC-26-30 في الوقت المحدد لأنهم أساؤوا فهم طريقة عمل متحكمات السرعة. في السابق، حاول الفريق تشغيل هذه المتحكمات مع أجهزة التبديل على جهة الإدخال، إلا أن أجهزة التبديل يجب أن تكون على جهة المخرجات كي تعمل بشكل صحيح. ونتيجة لذلك، عملت متحكمات السرعة لديهم بشكل مثالي في اتجاه واحد، لكن عكس القطبية لم يعمل. ومع عدم كفاية الوقت لاستكشاف الأخطاء وإعادة تصميم النظام، اضطر الفريق إلى ترك هذه الميزة والعمل بمفتاح قلّاب واحد فقط للتحكّم بالمستخدم.
أدّت قيود الوقت أيضًا إلى عدم تنفيذ النظام الكهربائي الذي يضم Arduino Uno وتقنية RFID للارتفاعات المسبقة الضبط، ليبقى عملًا نظريًا بالكامل في الوقت الراهن. وتمكن الفريق بنجاح من إجراء اختبارات الوزن والحركة لمنصّة Universal Lavatory Test Stand المكتملة مع حمولة مطبّقة قدرها 350 lbs للتحقق من التشغيل الصحيح.
IN SUMMARY
على الرغم من التحديات مثل نقص التمويل الكافي، والمعرفة المتخصصة، والخبرة الصناعية، تمكن فريق RIT MSD Universal Lavatory Test Stand في النهاية من إكمال تجميع مشروعهم. كما يعبّر الفريق عن امتنانه لإتاحة الفرصة لتحويل أفكار LiveAbility Lab إلى واقع، ويتقدم بالشكر إلى Mark Minunni على كل توجيهاته للمشروع ونصائحه العملية لمستقبلهم.
شكرًا لفريق RIT MSD Universal Lavatory Test Stand على مشاركة مشروعكم وإبراز مدى أهمية الوقت والمال فعلًا في المشاريع الواقعية! لرؤية المزيد من معهد روتشستر للتكنولوجيا، لا تترددوا في متابعتهم على يوتيوب وفيسبوك وإنستغرام! إذا كانت لديكم أي استفسارات حول مشغلاتنا الخطية الكهربائية أو رغبتم بمناقشة منتجاتنا الأخرى أكثر، فلا تترددوا في التواصل معنا! نحن خبراء فيما نقوم به وسنكون سعداء بمساعدتكم بكل ما نستطيع.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123
