Treppensteigende Rollstuhl mit PA-17-POT Antrieb

Personen mit eingeschränkter oder keiner Beweglichkeit der Beine benötigen häufig Mobilitätsgeräte, die in der Lage sind, unebenes Gelände, kleine Treppen, einzelne Stufen und schneebedeckte Bedingungen zu bewältigen. Obwohl es auf dem Markt Lösungen für Rollstühle gibt, werden diese Herausforderungen oft nicht ausreichend adressiert oder sind für viele Nutzer, die erschwingliche Lösungen benötigen, zu teuer. Das CMD (Kollapsbares Mobilgerät) Projekt hat zum Ziel, Rollstuhlnutzern zu einem erschwinglichen Preis essentielle Mobilitätslösungen zu bieten, indem ein Rollstuhlaufsatz entwickelt wird, der stark von zeitgenössischen Schneemobilen inspiriert ist. In diesem Artikel werden wir die Höhepunkte des Treppensteig-Rollstuhlprojekts des Teams CMD behandeln, das unseren PA-17-POT Aktuator verwendet!

Herausforderungen bei der Nutzung von Rollstühlen

Arshak Petrosyan führte ein detailliertes Gespräch mit den Stakeholdern Aaron und Emmanuel, wobei der Fokus auf den täglichen Herausforderungen lag, denen sie als Studenten gegenüberstehen. Zu diesen Hauptproblemen gehören die Schwierigkeiten beim Bedienen von Rollstühlen bei widrigen Wetterbedingungen, das Überwinden von Unebenheiten und Treppen sowie die prohibativen Kosten dieser Geräte. Besonders hervorzuheben ist, dass hochwertige Rollstühle über 8.000 CAD kosten können, während bestehende Treppensteigvarianten mehr als 50.000 CAD kosten können. Um diese Herausforderungen anzugehen, würde die ideale Lösung Folgendes umfassen:

• Fähigkeiten zum Treppensteigen, um die häufigsten Hindernisse, mit denen Rollstuhlnutzer konfrontiert sind, zu überwinden.
• Selbstbalancierung, um sicherzustellen, dass der Rollstuhl Sitz sich selbst ausbalanciert und sich automatisch basierend auf dem Treppenwinkel für Komfort und Sicherheit anpasst.
• Funktionalität für winterliche Wetterbedingungen, um mit Bedingungen wie dem kanadischen Wetter umzugehen.
• Erschwingliche Preise, die finanzielle Barrieren reduzieren und eine größere Zugänglichkeit fördern.

Bildung des Teams CMD

Um die von den Stakeholdern beschriebenen Probleme anzugehen, bildete eine Gruppe von Ingenieurstudenten der Universität Waterloo das Team CMD. Das CMD (Kollapsbares Mobilgerät) ist ein von Studenten geleitetes Designprojekt im vierten Jahr, das darauf abzielt, Rollstuhlnutzern eine erschwingliche Zukunft zu bieten, die die Freiheit und den Komfort bietet, jedes Terrain zu navigieren.

Nigel Fernandes - CEO & Manager der Geschäftsabteilung

Abhi Gupta - CTO & Manager der Elektro- und Steuerabteilung

Mohamed Moustafa - Manager der Softwareabteilung

Arshak Petrosyan - CMO & Manager der Antriebsstrangabteilung

Avinash Yarram - Manager der Chassis- und Dynamikabteilung

Gemeinsam setzen sie sich dafür ein, das Konzept eines Rollstuhls zu revolutionieren und ihn von einem Hindernis in ein Symbol für Freiheit, Unabhängigkeit und Inklusion zu verwandeln. 

Design und Herstellung des CMD-Projekts

Das CMD funktioniert als Ergänzung zu traditionellen Rollstühlen und ermöglicht es den Nutzern, unebenes Gelände, kleine Unebenheiten und Treppen unter winterlichen Bedingungen zu bewältigen. Es hält den Nutzer sicher und komfortabel für einen ganzen Tag mit einer einzigen Ladung, ohne dass er den Rollstuhl verlassen muss. Die Funktionen des Geräts ermöglichen es den Nutzern, es nach Bedarf anzubringen und abzunehmen, um Hindernisse im Freien zu überwinden. Dies verhindert die Notwendigkeit, einen neuen Rollstuhl zu kaufen, und hilft, die Größe und das Gewicht auf ein Minimum zu reduzieren. Das Chassis wurde aus quadratischen Aluminiumrohren als starke, aber leichte Lösung konstruiert, wobei umfangreiche Kraft- und Bewegungsanalysen durchgeführt wurden, um ein effektives Design und die strukturelle Integrität sicherzustellen.

CAD-Designs und -Schemata

Die am häufigsten verwendete und hilfreichste Software während des Designprozesses war Solidworks für alle mechanischen Designs und die finite Elementanalyse (FEA). Für elektrische Arbeiten half eine Software namens RapidHarness, alle Elektronik zu organisieren und einen elektrischen Kabelbaum für das Gebäude zu entwerfen, während KiCad für alle elektrischen Schemata verwendet wurde.

Den richtigen Linearantrieb finden

Da das CMD geeignete Eingangsschutzarten für den Außenbereich, schwere Belastungen und Rückmeldungen zur Position benötigt, wurde der PA-17-8-2000-POT industrielle Linearantrieb als die beste Wahl für diese Anwendung angesehen. Dieses Modell verfügt über einen bürstenbehafteten Gleichstrommotor, der mit 12 VDC betrieben wird, beinhaltet Rückmeldung über einen Potentiometer und hat eine Hublänge von 8", die für eine Last von 2000 lbs ausgelegt ist.

Unser BRK-17 Schwerlast- Montagehalterung ermöglicht eine sichere Montage während des Installationsprozesses. Der Aktuator wird verwendet, um den Sitz des Rollstuhls zu neigen, sodass der Nutzer parallel zum Boden ist, wenn er Treppen überwindet. Dazu wurde ein Mechanismus eines Kippers implementiert, wie unten dargestellt.

Auswahl und Programmierung von Mikrocontrollern

Das Team plante ursprünglich, das STM32 Nucleo-Board als Mikrocontroller zu verwenden; sie endeten jedoch damit, das Arduino Mega 2560 zu verwenden, da die Unterstützung für Arduino deutlich zugänglicher ist und den Fähigkeiten des Teams entspricht. Die Software wurde in der Programmiersprache C entwickelt, um den Nutzern zu ermöglichen, das Gerät einfach mit zwei analogen Joysticks zu steuern. Dies ermöglicht es dem Nutzer, die Hände frei zu haben, um den intuitiven Steuermechanismus zu bedienen und gleichzeitig die Sicherheit und das Gleichgewicht beim Treppensteigen durch Rückmeldungen von Sensoren zu gewährleisten. Die Sensoren wurden mit ausreichender Stromversorgung und GPIO-Ports an den Mikrocontroller angeschlossen.

Schutz des elektrischen Systems und Sicherungen

Die Berechnungen zur Batteriekapazität des Teams führten zur Auswahl einer 35Ah, 12V-Batterie von Fortress Scooters, die mehr als die notwendige Energie für einen längeren Gebrauch liefert. Durch die parallele Verbindung untereinander wurde die Gesamtbetriebszeit des Geräts erhöht.

Da das CMD leistungsstark ist und viel Strom aus den Blei-Säure-Batterien zieht, besteht das Risiko, dass Stromspitzen essentielle elektrische Komponenten beschädigen. Daher wird jede wichtige elektrische Komponente, die mit den Batterien verbunden ist, zuerst an eine Sicherung mit dem richtigen Stromwert angeschlossen. Darüber hinaus wurde ein Not-Aus-Schalter als Sicherheitsmerkmal installiert, der es dem Nutzer ermöglicht, den Stromfluss zu allen Komponenten des CMD sofort zu stoppen.

Tests und Endergebnisse des CMD

Das CMD-Projekt war nicht nur eine bedeutende Lernerfahrung, sondern auch ein Auslöser zur Identifizierung von Verbesserungsbereichen im Design. Einige Designentscheidungen wurden durch Zeitbeschränkungen beeinflusst, während andere durch ein begrenztes Budget beeinflusst wurden. Letztendlich betrugen die tatsächlichen Ausgaben 2.611,44 USD, was 940,90 USD weniger ist als die ursprünglich für das CMD projizierten Kosten.

Der aktuelle CMD-Prototyp kann keine gewölbten Treppen überwinden. Mit fortlaufender Entwicklung wird die nächste Version des Teams CMD jedoch diese Einschränkung beheben, indem zwei kleinere Gleise integriert werden, was die Fähigkeit verbessert, Treppen zu manövrieren und Hindernisse zu umgehen. Für weitere Details zum CMD-Projekt, sehen Sie sich den PDF-Abschlussbericht und den Link zur Website des Teams CMD unten an:

Abschlussbericht über den Rollstuhl zum Treppensteigen Waterloo.pdf

https://cmd-business.webflow.io/

ZUSAMMENFASSUNG

Unser PA-17-POT bietet Schwerlastfähigkeiten mit Positionsrückmeldung, die für viele Anwendungen geeignet sind, einschließlich der Neigungsverstellung von Rollstühlen zum Treppensteigen. Vielen Dank an Team CMD von der Universität Waterloo für das Teilen Ihrer großartigen Projekte!

Wir hoffen, dass Sie dies ebenso informativ und interessant fanden wie wir, insbesondere wenn Sie nach inspirierenden Ideen zur Verbesserung von Rollstühlen suchen. Wenn Sie Fragen haben oder unsere Produkte weiter besprechen möchten, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren! Wir sind Experten auf unserem Gebiet und helfen Ihnen gerne weiter, wo wir können.

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