Jedinci s omezenou nebo žádnou pohyblivostí nohou často potřebují pomůcky pro mobilitu schopné pohybu v terénu s nerovným povrchem, malými schodišti, jednotlivými schody a zasněžené podmínky. Přestože jsou na trhu k dispozici řešení pro invalidní vozíky, často tyto problémy dostatečně neřeší nebo jsou pro mnoho uživatelů, kteří potřebují cenově dostupná řešení, příliš drahé. Projekt CMD (Collapsible Mobile Device) si klade za cíl poskytnout uživatelům invalidních vozíků základní řešení mobility za dostupnou cenu vývojem příslušenství pro invalidní vozík, které je silně inspirováno současnými sněžnými skútry. V tomto článku se budeme zabývat hlavními body projektu invalidního vozíku pro stoupání po schodech od týmu CMD, který využívá náš pohon PA-17-POT!
Problémy s používáním invalidních vozíků
Arshak Petrosyan se zapojil do podrobné diskuse se zainteresovanými stranami Aaronem a Emmanuelem, přičemž se zaměřil na každodenní výzvy, s nimiž se jako univerzitní studenti setkávají. Mezi tyto hlavní výzvy patří obtížnost ovládání invalidních vozíků za nepříznivého počasí, překonávání hrbolů a schodů a neúnosná cena těchto zařízení. Zejména luxusní invalidní vozíky mohou stát přes 8 000 kanadských dolarů, zatímco stávající varianty pro chůzi po schodech mohou stát přes 50 000 kanadských dolarů. Ideální řešení pro řešení těchto výzev by zahrnovalo:
- Schopnosti chůze po schodech pro překonání nejčastějších překážek, kterým čelí uživatelé invalidních vozíků.
- Samovyvažování zajišťuje, že se sedadlo invalidního vozíku samo vyváží a automaticky se nastaví podle úhlu schodu pro pohodlí a bezpečnost.
- Funkce pro zimní počasí pro zvládání podmínek, jako je například kanadské počasí.
- Dostupné ceny, které snižují finanční bariéry a podporují větší dostupnost.
CMD formující se tým
Aby se vyřešily problémy popsané zúčastněnými stranami, vytvořila skupina studentů inženýrství z University of Waterloo tým CMD. CMD (Collapsible Mobile Device) je studentský designový projekt čtvrtého ročníku, jehož cílem je poskytnout uživatelům invalidních vozíků dostupnou budoucnost, která jim nabídne svobodu a pohodlí při pohybu v jakémkoli terénu.
Nigel Fernandes - generální ředitel a manažer obchodního oddělení
Abhi Gupta - technický ředitel a vedoucí oddělení elektrotechniky a řízení
Mohamed Moustafa - Vedoucí softwarového oddělení
Arshak Petrosyan - marketingový ředitel a vedoucí oddělení pohonných jednotek
Avinash Yarram - vedoucí oddělení podvozků a dynamiky
Společně se zavázali k revoluční změně konceptu invalidního vozíku a jeho proměně z bariéry v symbol svobody, nezávislosti a inkluzivity.
Návrh a výroba projektu CMD
CMD funguje jako doplněk k tradičním invalidním vozíkům a umožňuje uživatelům zvládat náročný terén, malé hrboly a schody v zimních podmínkách. Udržuje uživatele v bezpečí a pohodlí po celý den na jedno nabití, aniž by museli z invalidního vozíku vystoupit. Funkce zařízení umožňují uživatelům jej připevnit a odpojit podle potřeby pro překonání venkovních překážek. To eliminuje nutnost nákupu nového invalidního vozíku a pomáhá udržet velikost a hmotnost na minimu. Podvozek byl vyroben ze čtvercových hliníkových trubek jako pevné, ale lehké řešení s rozsáhlou analýzou sil a pohybu, aby byla zajištěna efektivní konstrukce a strukturální integrita.
CAD návrhy a schémata
Nejvíce používaným a užitečným softwarem během procesu návrhu byl Solidworks pro všechny mechanické návrhy a analýzu konečných prvků (FEA). Pro elektrotechnické práce pomohl s organizací veškeré elektroniky a rozvržením elektrického kabelového svazku pro budovu software RapidHarness, zatímco pro všechna elektrická schémata byl použit KiCad.
Nalezení správného lineárního aktuátoru
Protože CMD bude vyžadovat vhodné venkovní stupně krytí, odolnost vůči vysokým zatížením a poziční zpětná vazba, PA-17-8-2000-POT Průmyslový lineární aktuátor se ukázal jako nejvhodnější pro danou aplikaci. Tento model má kartáčový stejnosměrný motor který pracuje s napětím 12 V stejnosměrného proudu, zahrnuje zpětnou vazbu z potenciometru a je dodáván s 8místným zdvihem dimenzovaným na sílu 2000 lb.
Náš BRK-17 Těžké Montážní konzola umožňuje bezpečné upevnění během instalace. pohon slouží k naklonění sedadla invalidního vozíku tak, aby uživatel mohl být při chůzi po schodech rovnoběžně se zemí. K tomu byl použit mechanismus sklápěcího vozu, jak je znázorněno níže.
Výběr a programování mikrokontroléru
Tým původně plánoval jako mikrokontrolér desku STM32 Nucleo, ale nakonec použil Arduino Mega 2560. Podpora Arduina je výrazně dostupnější a odpovídá dovednostem týmu. Software byl vyvinut v programovacím jazyce C, aby uživatelé mohli snadno ovládat zařízení pomocí dvou analogových páček. To uvolňuje ruce uživatele k ovládání intuitivního mechanismu řízení a zároveň zajišťuje bezpečnost a rovnováhu uživatele při chůzi po schodech pomocí zpětné vazby ze senzorů. Senzory byly připojeny k mikrokontroléru s dostatečným napájením proudem a porty GPIO, které je umožňovaly.
Ochrana elektrického systému a pojistky
Výpočty kapacity baterie vedly tým k volbě 35Ah, 12V baterie od Fortress Scooters, která poskytuje více energie, než je potřeba pro delší používání. Paralelní zapojení prodloužilo celkovou provozní dobu zařízení.
Vzhledem k tomu, že CMD má vysoký výkon a odebírá z olověných baterií vysoký proud, existuje riziko, že proudové přepětí poškodí důležité elektrické součástky. Proto je každá hlavní elektrická součástka připojená k bateriím nejprve připojena k... pojistka jmenovitý pro správnou hodnotu proudu. Kromě toho byl jako bezpečnostní prvek instalován nouzový vypínač, který uživateli umožňuje okamžitě zastavit tok proudu do všech CMD.
|
Elektrická součástka |
Jmenovitý proud pojistky |
Počet komponent |
|
CIM Motor |
70 A (rychlý proud) |
2 |
|
Lineární aktuátor PA-17-POT |
20 A (rychlý proud) |
1 |
|
Arduino Mega |
1 A (rychlý proud) |
1 |
Testování a konečné výsledky CMD
Projekt CMD nebyl jen významnou zkušeností s učením, ale také podnětem k identifikaci oblastí pro vylepšení designu. Některá rozhodnutí o designu byla motivována časovými omezeními, zatímco jiná byla ovlivněna omezeným rozpočtem. Nakonec skutečná vynaložená částka činila 2 611,44 USD, což je o 940,90 USD méně než původně plánované náklady na CMD.
Současný prototyp CMD se nedokáže pohybovat po zakřivených schodech. S dalším vývojem však tým CMD v další verzi toto omezení vyřeší začleněním dvou menších kolejí, čímž se zlepší jeho schopnost manévrovat po schodech a obcházet překážky. Více informací o projektu CMD naleznete v závěrečné zprávě ve formátu PDF a na níže uvedeném odkazu na webové stránky týmu CMD:
Závěrečná zpráva o schodech pro invalidní vozík Waterloo.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
SHRNUTÍ
Náš PA-17-POT nabízí odolnost proti působení vysokých zátěží s poziční zpětnou vazbou vhodnou pro mnoho aplikací, včetně nastavení sklonu invalidních vozíků pro stoupání po schodech. Děkujeme Vedoucí týmu z University of Waterloo za sdílení vašich úžasných projektů!
Doufáme, že jste tyto informace shledali stejně informativními a zajímavými jako my, zejména pokud jste hledali inspirativní nápady na vylepšení invalidních vozíků. Pokud máte jakékoli dotazy nebo si přejete dále prodiskutovat naše produkty, neváhejte nás kontaktovat! Jsme odborníci v tom, co děláme, a rádi vám pomůžeme, jak jen to bude v našich silách.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123