Die Benutzung des Badezimmers ist ein alltäglicher Teil des Lebens für jeden, jedoch können Nutzer mit Mobilitätseinschränkungen, Verletzungen oder Behinderungen Schwierigkeiten haben, das Standardbadezimmer zu nutzen. Höchstens bieten Standardbadezimmer gelegentlich Handläufe oder breitere Kabinen an, jedoch sind diese immer noch keine vollständige Lösung für alle Nutzer mit Mobilitätsproblemen. Die Höhenverstellbarkeit der Toilette und die Zugänglichkeit sind spezifische Bereiche, in denen größere öffentliche Einrichtungen Verbesserungen vornehmen könnten. Diese Lösungen existieren heute; jedoch werden sie hauptsächlich in privaten Haushalten verwendet und sind für die praktische Nutzung in öffentlichen Einrichtungen nicht erschwinglich. In diesem Artikel berichten wir über die Reise des RIT MSD Universal Lavatory Test Stand Teams, das erschwingliche, schnelle und einfache Lösungen für höhenverstellbare Toiletten entwickelt, die Menschen mit Mobilitätsherausforderungen helfen können.
Teamvorstellung
Auch bekannt als „Eine Toilette in Bewegung!“, ist der Universal Lavatory Test Stand ein Teamprojekt von Studenten des Rochester Institute of Technology in verschiedenen Ingenieurdisziplinen:
Robert Cho – Maschinenbau- und Systemingenieur
Aubrey Figoras – Maschinenbauingenieur und CAD-Designer
Chloe Cattadoris – Wirtschaftsingenieurin und Projektmanagerin
John Lowenhaupt – Elektroingenieur und Moderator
Zach Flickinger – Elektro- und Systemingenieur
Manny Pizarro – Maschinenbauingenieur und Einkäufer
Der ursprüngliche Impuls für das Projekt wurde von Daniel Phillips und Stan Rickel vom RIT LiveAbility Lab eingebracht, die eine zugängliche Toilette schaffen wollten, die Nutzer mit Mobilitätsproblemen aufnehmen kann. Das Ziel war es, eine bewegliche Toilette zu entwickeln, die den ADA-Standards entspricht, wenn sie in einer häuslichen Position ist, aber auch in der Höhe (sowohl manuell als auch automatisch) angepasst werden kann, um den Bedürfnissen jedes Nutzers gerecht zu werden. Unter der Anleitung des RIT Multidisciplinary Senior Design-Programms verbrachte das Team das erste Semester damit, die Kundenanforderungen zu identifizieren, bestehende Produkte zu benchmarken und ein vorläufiges Systemdesign zu entwickeln.
Planung und Gestaltung des Systems
Das mechanische System wurde mit SolidWorks entworfen, während die elektrischen Schaltpläne mit Altium erstellt wurden. Als Basis für das mechanische Design wählten sie den Watts ISCA-101-R IS Gusseisen-Wandtoilettenträger, der eine Wandtoilette von American Standard unterstützen konnte und für eine Tragfähigkeit von 500 lbs ausgelegt war. Die geschätzte Gesamtlast umfasste den 77 lbs schweren Toilettenträger, etwa 50 lbs für die Toilette und bis zu 350 lbs, um einen Menschen im 99. Perzentil aufzunehmen.
Da die Last überhängt, erforderte das Design Führungsrails, um das induzierte Moment auszugleichen. Eine Spannungsanalyse, die vom Team durchgeführt wurde, half zu bestimmen, dass zwei Führungsrails aus 1-1/2" Durchmesser 1566 Kohlenstoffstahl ausreichend wären, um die Last ohne Verformung durch Biegung oder Ermüdung zu tragen.
Holzteile zuschneiden
Der Großteil des Aufbaus wurde im The Construct Maker Space auf dem RIT-Campus abgeschlossen, der den RIT-Studierenden bei persönlichen und Klassenprojekten Unterstützung bietet. Alle Holzteile, die den Toilettenträger umgeben, sowie der Kopf- und Fußteil des Rahmens wurden auf einer ShopSabre CNC-Fräse gefertigt, aufgrund der Präzision und Komplexität der benötigten Löcher.
Das Team entwarf eine Reihe von Holzplanken, auf denen der Toilettenträger montiert werden konnte. Diese Holzplanken mussten auch vier hochbelastbare lineare Kugellager umfassen, um auf den Führungsrails zu fahren und einen Bereich für die Aktuatoren zu bieten. Das ausgewählte Material war eine 1" dicke Kieferntafel von Lowe's. Mit einer CNC-Fräse konnte das Team ein 1" dickes Kieferprojektpanel in die benötigten Teile für das Toilettenträgersystem schneiden.
Der Rahmen des Systems bestand aus 2x12 Dimensionstimber, wobei die seitlichen Ständer des Rahmens zur zusätzlichen Stabilität verdoppelt wurden. Als Teil dieses Rahmens entwarf das Team einen maßgeschneiderten Kopf- und Fußteil, an dem die Führungsrails montiert werden sollten. Diese CNC-gefertigten Teile für die Unter- und Oberseite des Rahmens des Universal Lavatory Test Stand sind auf dem Bild unten zu sehen, wobei das obere Stück der Rahmenkopf ist, von dem aus die linearen Aktuatoren montiert werden.
Geeignete lineare Aktuatoren auswählen
Für dieses Projekt wurden die linearen Aktuatoren sorgfältig basierend auf drei Hauptfaktoren ausgewählt:
- Reisegeschwindigkeit
- dynamische Tragfähigkeit
- Hublänge
Das Team benötigte eine Geschwindigkeit, die relativ schnell, aber auch sicher für die menschliche Nutzung war, und einen Bewegungsbereich von etwa 24". Nach umfangreicher Recherche fanden sie den PA-17-24-850 als die beste Option, um ihren Anforderungen gerecht zu werden. Obwohl ein Aktuator in der Lage gewesen wäre, die gesamte Last von 500 lbs zu tragen, wurden zwei Aktuatoren aus Redundanzgründen ausgewählt.
Der Montageprozess
Sobald alle Teile gefertigt und auf die entsprechenden Längen zugeschnitten waren, montierte das Team das Toilettenträgersystem. Indem sie die Lager in die Holzplanken drückten und die Lageradapter zusammenschraubten, konnte das Team ihre Lager „einfangen“, sodass sie innerhalb der CNC-gefrästen Planken blieben.
Der Rest des Rahmens wurde mit einer Radialarmsäge zugeschnitten und mit einem Handbohrer und Schrauben montiert. Alle zusätzlichen Montagen wurden mit 1/2" Durchmesser Bolzen, Nylock-Muttern und Steckschlüsseln abgeschlossen.
Als nächstes wurde ein COTS (Commercial-Off-The-Shelf) Toilettenträger zwischen den beiden CNC-gefrästen Holzplanken befestigt, um ein montiertes Toilettenträgersystem zu bilden.
Von hier aus wurden die linearen Führungsrails durch die Lager geschoben und an jedem Ende Flansche angebracht. Das Team montierte dann den Rahmen um den Toilettenträger, wobei die Flansche der Führungsrails in den Kopf- und Fußteil des Rahmens montiert wurden. Nachdem dieser Schritt auf dem Boden abgeschlossen war, konnten sie das gesamte System aufstellen und an der Wand mit Stahlwinkeln und BRK-17 Montageschalen befestigen.
Die zwei PA-17 Aktuatoren wurden zuletzt installiert, indem ihre Montagedlöcher an den Montageschalen am Rahmenkopf befestigt, sie auf ihre volle Länge ausgezogen und an der Basis des Toilettenträgersystems befestigt wurden. Nach ausführlicher Diskussion mit dem Professor des Teams und Mentor des RIT Multidisciplinary Senior Design-Programms wurde die Installation anderer elektronischer Komponenten als des Wippschalters als unnötig erachtet, da die endgültige Entscheidung getroffen wurde, das ursprünglich geplante Steuerungssystem nicht zu implementieren. Der montierte Universal Lavatory Test Stand, jetzt mit PA-17 Aktuatoren verdrahtet zu einem Wippschalter, ist unten zu sehen.
Abschlusstests und Ergebnisse
Am Ende konnte das Team die AC-26-30 Geschwindigkeitsregler nicht rechtzeitig implementieren, da sie nicht verstanden, wie Geschwindigkeitsregler funktionierten. Zuvor hatte das Team versucht, diese Geschwindigkeitsregler mit ihren Schaltgeräten auf der Eingangsseite zu betreiben; jedoch müssen die Schaltgeräte auf der Ausgangsseite sein, um korrekt zu funktionieren. Aufgrund dessen funktionierten ihre Geschwindigkeitsregler perfekt in eine Richtung, aber das Umkehren der Polarität funktionierte nicht. Mit nicht genug Zeit, um das System zu beheben und neu zu gestalten, musste das Team diese Funktion weglassen und mit einem einzigen Wippschalter für die Benutzersteuerung arbeiten.
Zeitliche Einschränkungen führten auch dazu, dass das elektrische System, das Arduino Uno und RFID für voreingestellte Höhen enthielt, nicht in das System implementiert wurde und vorerst als rein theoretische Arbeit blieb. Das Team konnte erfolgreich Gewicht- und Bewegungstests des vollständigen Universal Lavatory Test Stand mit 350 lbs angewandter Last durchführen, um die ordnungsgemäße Funktion zu überprüfen.
ZUSAMMENFASSUNG
Trotz Herausforderungen wie unzureichender Finanzierung, aktuellem Wissen und Branchenerfahrung konnte das Team des RIT MSD Universal Lavatory Test Stand schließlich die Montage ihres Projekts abschließen. Das Team ist auch dankbar für die Möglichkeit, die Ideen des LiveAbility Lab zum Leben zu erwecken, und dankt Mark Minunni für seine gesamte Projektleitung und seine realen Ratschläge für ihre Zukunft.
Vielen Dank an das Team des RIT MSD Universal Lavatory Test Stand, dass Sie Ihr Projekt geteilt und gezeigt haben, wie wichtig Zeit und Geld für reale Projekte wirklich sind! Um mehr vom Rochester Institute of Technology zu sehen, schauen Sie gerne auf Youtube, Facebook und Instagram vorbei! Wenn Sie Fragen zu unseren elektrischen linearen Aktuatoren haben oder mehr über unsere anderen Produkte sprechen möchten, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren! Wir sind Experten auf unserem Gebiet und helfen Ihnen gerne in jeder Hinsicht weiter.
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