غالبًا ما يحتاج الأشخاص ذوو الحركة المحدودة أو المعدومة في الساقين إلى أجهزة تنقّل قادرة على اجتياز التضاريس ذات الأسطح الوعرة، والسلالم الصغيرة، والدرجات الفردية، والظروف الثلجية. رغم توافر حلول للكراسي المتحركة في السوق، فإنها غالبًا لا تعالج هذه التحديات بشكل كافٍ أو تكون باهظة الثمن لكثير من المستخدمين الذين يحتاجون إلى حلول ميسورة التكلفة. يهدف مشروع CMD (جهاز متنقل قابل للطي) إلى تزويد مستخدمي الكراسي المتحركة بحلول تنقّل أساسية بسعر معقول من خلال تطوير ملحق للكرسي المتحرك مستوحى بشكل كبير من مركبات الجليد الحديثة. في هذا المقال، سنستعرض أبرز محطات مشروع الكرسي المتحرك الصاعد للسلالم من فريق CMD الذي يستخدم مشغلنا PA-17-POT!
تحديات استخدام الكراسي المتحركة
أجرى أرشاك بيتروسيان نقاشًا مفصّلًا مع أصحاب المصلحة آرون وإيمانويل، ركّز فيه على التحديات اليومية التي يواجهونها كطلاب جامعيين. تشمل هذه التحديات الأساسية صعوبة تشغيل الكراسي المتحركة في الطقس السيئ، واجتياز المطبات والسلالم، والتكلفة الباهظة لهذه الأجهزة. ومن اللافت أن الكراسي المتحركة الفاخرة قد تتجاوز 8,000 دولار كندي، في حين قد تتخطى الإصدارات القادرة على صعود السلالم 50,000 دولار كندي. ولمعالجة هذه التحديات، يجب أن تتضمن الحلول المثالية ما يلي:
- قدرات صعود السلالم لتجاوز أكثر العقبات شيوعًا التي يواجهها مستخدمو الكراسي المتحركة.
- خاصية الاتزان الذاتي لضمان موازنة مقعد الكرسي المتحرك لنفسه والتكيّف تلقائيًا وفق زاوية السلم لزيادة الراحة والسلامة.
- وظائف ملائمة للأحوال الشتوية للتعامل مع ظروف مثل الطقس الكندي.
- نقاط سعر معقولة تقلّل الحواجز المالية وتعزز الوصول لفئة أكبر.
تشكيل فريق CMD
لمعالجة القضايا التي وصفها أصحاب المصلحة، شكّلت مجموعة من طلاب الهندسة في جامعة ووترلو فريق CMD. يُعد CMD (جهاز متنقل قابل للطي) مشروع تصميم في السنة الرابعة يقوده الطلاب، ويهدف إلى توفير مستقبل ميسور التكلفة لمستخدمي الكراسي المتحركة يمنحهم حرية وراحة التنقل عبر أي تضاريس.
نايجيل فرنانديز — الرئيس التنفيذي ومدير قسم الأعمال
أبهي غوبتا — المدير التقني ومدير قسم الكهرباء والتحكم
محمد مصطفى — مدير قسم البرمجيات
أرشاك بيتروسيان — مدير التسويق ومدير قسم مجموعة نقل الحركة
أفيناش يارام — مدير قسم الهيكل والديناميكا
معًا، يلتزمون بإحداث ثورة في مفهوم الكرسي المتحرك، وتحويله من عائق إلى رمز للحرية والاستقلالية والشمول.
تصميم وتصنيع مشروع CMD
يعمل CMD كملحق للكراسي المتحركة التقليدية، مما يمكّن المستخدمين من التعامل مع التضاريس الوعرة والمطبات الصغيرة والسلالم في ظروف الشتاء. يحافظ على سلامة المستخدم وراحته طوال يوم كامل بشحنة واحدة دون الحاجة إلى مغادرة الكرسي المتحرك. وتتيح وظائف الجهاز للمستخدمين تركيبه وفكه حسب الحاجة لتجاوز العوائق الخارجية. يمنع ذلك الحاجة إلى شراء كرسي متحرك جديد ويساعد في إبقاء الحجم والوزن في الحد الأدنى. وقد صُنع الهيكل من أنابيب ألمنيوم مربعة كحل قوي وخفيف الوزن، مع إجراء تحليلات واسعة للقوى والحركة لضمان تصميم فعّال وسلامة بنيوية.
تصاميم ورسومات CAD
كان البرنامج الأكثر استخدامًا وفائدة خلال عملية التصميم هو Solidworks لجميع التصاميم الميكانيكية وتحليل العناصر المحدودة (FEA). وللعمل الكهربائي، ساعد برنامج يُدعى RapidHarness في تنظيم جميع المكوّنات الإلكترونية وتصميم ضفيرة كهربائية للمنظومة، بينما استُخدم KiCad لجميع المخططات الكهربائية.
إيجاد المشغل الخطي المناسب
نظرًا لأن CMD سيتطلب تصنيفات IP مناسبة للاستخدام الخارجي، وقدرات للخدمة الشاقة، وتغذية راجعة موضعية، فقد تبيّن أن المشغل الخطي الصناعي PA-17-8-2000-POT هو الأنسب للتطبيق. يحتوي هذا الطراز على محرك تيار مستمر بفرش يعمل بجهد 12 VDC، ويتضمن تغذية راجعة عبر مقياس الجهد، ويأتي مع 8" من طول الشوط مصنّف لتحمّل 2000 lbs من القوة.
ويوفّر BRK-17 حامل التثبيت للخدمة الشاقة تثبيتًا آمنًا أثناء عملية التركيب. ويُستخدم المشغل لإمالة مقعد الكرسي المتحرك بحيث يصبح المستخدم موازيًا للأرض عند عبور السلالم. ولتحقيق ذلك، تم تنفيذ آلية شاحنة قلّابة كما هو موضّح أدناه.
اختيار المتحكّم الدقيق والبرمجة
كان الفريق قد خطط في الأصل لاستخدام لوحة STM32 Nucleo كمتحكّم دقيق؛ لكنه انتهى إلى استخدام Arduino Mega 2560 لأن دعم Arduino متوفر بدرجة أكبر ويتماشى مع مهارات الفريق. تم تطوير البرمجيات باستخدام لغة البرمجة C لتمكين المستخدمين من التحكم بالجهاز بسهولة عبر عصوي تحكّم تناظريتين. يتيح ذلك للمستخدم إبقاء يديه حرّتين لتوجيه آلية القيادة الحدسية، وكذلك لضمان بقاء المستخدم آمنًا ومتوازنًا أثناء صعود السلالم باستخدام تغذية راجعة من الحساسات. وقد وُصلت الحساسات بالمتحكّم الدقيق مع توفير إمداد كافٍ من التيار ومنافذ GPIO لاستيعابها.
حماية النظام الكهربائي والصمامات (الفيوزات)
أدّت حسابات سعة البطارية لدى الفريق إلى اختيار بطارية 35Ah، بجهد 12V من Fortress Scooters، وهي توفّر أكثر من الطاقة اللازمة للاستخدام المطوّل. وبفضل توصيلها على التوازي مع بعضها بعضًا زاد زمن تشغيل الجهاز الإجمالي.
نظرًا لأن CMD عالي القدرة ويسحب تيارًا مرتفعًا من بطاريات الرصاص الحمضية، فهناك خطر من أن تتسبب طفرات التيار في إتلاف مكوّنات كهربائية أساسية. لذلك، تُوصَل كل مكوّن كهربائي رئيسي مرتبط بالبطاريات أولًا إلى صمّام (فيوز) مُصنّف على قيمة التيار الصحيحة. بالإضافة إلى ذلك، تم تركيب مفتاح فصل طارئ كميزة أمان تتيح للمستخدم إيقاف تدفق التيار إلى جميع أجزاء CMD على الفور.
|
المكوّن الكهربائي |
تصنيف الفيوز |
عدد المكوّنات |
|
CIM Motor |
70 A (سريع الانصهار) |
2 |
|
PA-17-POT Linear Actuator |
20 A (سريع الانصهار) |
1 |
|
Arduino Mega |
1 A (سريع الانصهار) |
1 |
اختبارات CMD والنتائج النهائية
لم يكن مشروع CMD تجربة تعليمية مهمة فحسب، بل كان أيضًا نقطة انطلاق لتحديد مجالات تحسين التصميم. بعض قرارات التصميم كانت مدفوعة بمحدودية الوقت، فيما تأثر بعضها الآخر بميزانية محدودة. وفي نهاية المطاف، بلغت النفقات الفعلية 2,611.44 دولارًا، أي أقل بـ 940.90 دولارًا من التكلفة المتوقعة مبدئيًا لـ CMD.
لا يتمكن النموذج الأولي الحالي لـ CMD من اجتياز السلالم المنحنية. ومع استمرار التطوير، ستعالج النسخة التالية من فريق CMD هذا القيد عبر دمج مسارين أصغر حجمًا، مما يعزز قدرته على المناورة على السلالم وتجاوز العوائق. لمزيد من التفاصيل حول مشروع CMD، اطلع على تقرير مشروع التخرّج (PDF) ورابط موقع فريق CMD أدناه:
Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
الخلاصة
يقدّم PA-17-POT لدينا قدرات للخدمة الشاقة مع تغذية راجعة موضعية مناسبة للعديد من التطبيقات، بما في ذلك ضبط الإمالة في الكراسي المتحركة الصاعدة للسلالم. شكرًا لفريق CMD من جامعة ووترلو على مشاركة مشاريعكم المذهلة!
نأمل أن تكون قد وجدت هذا المقال مفيدًا ومثيرًا للاهتمام مثلنا، خاصة إذا كنت تبحث عن أفكار ملهمة لترقية الكراسي المتحركة. إذا كانت لديك أي استفسارات أو رغبت في مناقشة منتجاتنا بشكل أوسع، فلا تتردد في الاتصال بنا! نحن خبراء في ما نقوم به وسنسعد بمساعدتك بكل ما نستطيع.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123