Αναπηρικό αμαξίδιο που ανεβαίνει σκάλες με χρήση ενεργοποιητή PA-17-POT

Άτομα με περιορισμένη ή καθόλου κινητικότητα στα πόδια συχνά χρειάζονται βοηθήματα μετακίνησης ικανά να πλοηγούνται σε ανώμαλες επιφάνειες, μικρές κλίμακες, μεμονωμένα σκαλοπάτια και χιονισμένες συνθήκες. Αν και υπάρχουν λύσεις αναπηρικών αμαξιδίων στην αγορά, συχνά δεν αντιμετωπίζουν επαρκώς αυτές τις προκλήσεις ή είναι υπερβολικά ακριβές για πολλούς χρήστες που χρειάζονται οικονομικές λύσεις. Το έργο CMD (Collapsible Mobile Device) στοχεύει να προσφέρει σε χρήστες αναπηρικών αμαξιδίων βασικές λύσεις μετακίνησης σε προσιτή τιμή, αναπτύσσοντας ένα πρόσθετο εξάρτημα για αμαξίδια εμπνευσμένο έντονα από σύγχρονα snowmobiles. Σε αυτό το άρθρο, θα παρουσιάσουμε τα κυριότερα σημεία του έργου αναπηρικού αμαξιδίου που ανεβαίνει σκάλες από την ομάδα CMD, το οποίο χρησιμοποιεί τον ενεργοποιητή μας PA-17-POT!

Προκλήσεις στη χρήση αναπηρικών αμαξιδίων

Ο Arshak Petrosyan είχε μια λεπτομερή συζήτηση με τους ενδιαφερόμενους Aaron και Emmanuel, εστιάζοντας στις καθημερινές προκλήσεις που αντιμετωπίζουν ως φοιτητές. Αυτές οι βασικές προκλήσεις περιλαμβάνουν τη δυσκολία χειρισμού αναπηρικών αμαξιδίων σε δυσμενείς καιρικές συνθήκες, την πλοήγηση σε ανωμαλίες και σκάλες, καθώς και το απαγορευτικό κόστος αυτών των συσκευών. Αξιοσημείωτο είναι ότι τα αμαξίδια υψηλής κατηγορίας μπορούν να ξεπεράσουν τα 8.000 CAD, ενώ υπάρχουσες εκδόσεις που ανεβαίνουν σκάλες μπορεί να κοστίζουν πάνω από 50.000 CAD. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, η ιδανική λύση θα περιλάμβανε:

• Δυνατότητες ανάβασης σκαλιών για να ξεπερνιούνται τα πιο συνηθισμένα εμπόδια που αντιμετωπίζουν οι χρήστες αναπηρικών αμαξιδίων.
• Αυτο-εξισορρόπηση, ώστε το κάθισμα του αμαξιδίου να ισορροπεί μόνο του και να προσαρμόζεται αυτόματα με βάση τη γωνία της σκάλας για άνεση και ασφάλεια.
• Λειτουργικότητα για χειμερινές καιρικές συνθήκες, ώστε να αντιμετωπίζονται συνθήκες όπως ο καναδικός καιρός.
• Προσιτά σημεία τιμής που μειώνουν τα οικονομικά εμπόδια και προάγουν μεγαλύτερη προσβασιμότητα.

Η δημιουργία της ομάδας CMD

Για να αντιμετωπίσει τα ζητήματα που περιέγραψαν οι ενδιαφερόμενοι, μια ομάδα φοιτητών Μηχανικών από το Πανεπιστήμιο του Waterloo δημιούργησε την ομάδα CMD. Το CMD (Collapsible Mobile Device) είναι ένα έργο σχεδιασμού υπό την καθοδήγηση φοιτητών του τέταρτου έτους, με στόχο να προσφέρει στους χρήστες αναπηρικών αμαξιδίων ένα οικονομικό μέλλον που προσφέρει ελευθερία και άνεση για να πλοηγούνται σε κάθε έδαφος.

Nigel Fernandes - CEO & Υπεύθυνος Τμήματος Επιχειρήσεων

Abhi Gupta - CTO & Υπεύθυνος Τμήματος Ηλεκτρολογικών & Ελέγχου

Mohamed Moustafa - Υπεύθυνος Τμήματος Λογισμικού

Arshak Petrosyan - CMO & Υπεύθυνος Τμήματος Μετάδοσης Κίνησης

Avinash Yarram - Υπεύθυνος Τμήματος Πλαισίου & Δυναμικής

Μαζί, δεσμεύονται να επαναπροσδιορίσουν την έννοια του αναπηρικού αμαξιδίου, μετατρέποντάς το από εμπόδιο σε σύμβολο ελευθερίας, ανεξαρτησίας και συμπερίληψης. 

Σχεδιασμός και κατασκευή του έργου CMD

Το CMD λειτουργεί ως πρόσθετο για τα παραδοσιακά αναπηρικά αμαξίδια, επιτρέποντας στους χρήστες να διαχειρίζονται ανώμαλο έδαφος, μικρές ανωμαλίες και σκάλες σε χειμερινές συνθήκες. Κρατά τον χρήστη ασφαλή και άνετο για ολόκληρη την ημέρα με μία μόνο φόρτιση, χωρίς να χρειάζεται να εξέλθει από το αμαξίδιο. Οι λειτουργίες της συσκευής επιτρέπουν στους χρήστες να την προσαρτούν και να την αφαιρούν όταν χρειάζεται για να ξεπερνούν εξωτερικά εμπόδια. Αυτό αποτρέπει την ανάγκη αγοράς νέου αμαξιδίου και βοηθά στο να διατηρείται το μέγεθος και το βάρος στο ελάχιστο. Το πλαίσιο κατασκευάστηκε από τετράγωνους σωλήνες αλουμινίου ως ισχυρή αλλά ελαφριά λύση, ενώ πραγματοποιήθηκαν εκτεταμένες αναλύσεις δυνάμεων και κίνησης για να διασφαλιστεί αποτελεσματικός σχεδιασμός και δομική ακεραιότητα.

Σχέδια CAD και διαγράμματα

Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε περισσότερο και ήταν πιο χρήσιμο κατά τη διαδικασία σχεδιασμού ήταν το Solidworks για όλα τα μηχανικά σχέδια και τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (FEA). Για τις ηλεκτρικές εργασίες, ένα λογισμικό που ονομάζεται RapidHarness βοήθησε στην οργάνωση όλων των ηλεκτρονικών και στη σχεδίαση πλεξούδας καλωδίωσης για την κατασκευή, ενώ το KiCad χρησιμοποιήθηκε για όλα τα ηλεκτρικά διαγράμματα.

Εύρεση του σωστού γραμμικού ενεργοποιητή

Εφόσον το CMD θα απαιτεί κατάλληλους για εξωτερικούς χώρους βαθμούς προστασίας IP, δυνατότητες βαρέος τύπου και Ανάδραση θέσης, ο βιομηχανικός Γραμμικός ενεργοποιητής PA-17-8-2000-POT κρίθηκε η καλύτερη επιλογή για την εφαρμογή. Αυτό το μοντέλο διαθέτει Κινητήρα DC με ψήκτρες που λειτουργεί στα 12 VDC, περιλαμβάνει Ανάδραση ποτενσιόμετρου και συνοδεύεται από Διαδρομή 8", με ονομαστική ικανότητα να αντέχει 2000 lbs δύναμης.

Η BRK-17 βραχίονας Τοποθέτησης βαρέος τύπου Mounting Bracket επιτρέπει ασφαλή Τοποθέτηση στη διαδικασία εγκατάστασης. Ο ενεργοποιητής χρησιμοποιείται για την κλίση του καθίσματος του αμαξιδίου ώστε ο χρήστης να είναι παράλληλος με το έδαφος κατά τη διέλευση σκαλιών. Για να γίνει αυτό, υλοποιήθηκε ένας μηχανισμός ανατρεπόμενου φορτηγού (dump truck), όπως απεικονίζεται παρακάτω.

Επιλογή και προγραμματισμός μικροελεγκτή

Η ομάδα αρχικά σχεδίαζε να χρησιμοποιήσει την πλακέτα STM32 Nucleo ως μικροελεγκτή· ωστόσο, κατέληξε να χρησιμοποιεί το Arduino Mega 2560, καθώς η υποστήριξη Arduino είναι σημαντικά πιο διαθέσιμη και ευθυγραμμισμένη με τις δεξιότητες της ομάδας. Το λογισμικό αναπτύχθηκε στη γλώσσα προγραμματισμού C για να επιτρέψει στους χρήστες να ελέγχουν εύκολα τη συσκευή με δύο αναλογικά χειριστήρια. Αυτό αφήνει τα χέρια του χρήστη ελεύθερα να χειριστεί το διαισθητικό σύστημα διεύθυνσης, καθώς και να διασφαλιστεί ότι ο χρήστης παραμένει ασφαλής και ισορροπημένος κατά την ανάβαση σκαλιών χρησιμοποιώντας Ανάδραση από αισθητήρες. Οι αισθητήρες συνδέθηκαν στον μικροελεγκτή με επαρκή παροχή Ρεύματος και διαθέσιμες θύρες GPIO για να τους υποστηρίξουν.

Προστασία ηλεκτρικού συστήματος και ασφάλειες

Οι υπολογισμοί χωρητικότητας μπαταρίας της ομάδας οδήγησαν στην επιλογή μιας μπαταρίας 35Ah, 12V από τη Fortress Scooters, που παρέχει περισσότερη από την απαιτούμενη ισχύ για παρατεταμένη χρήση. Η παράλληλη σύνδεσή τους μεταξύ τους αύξησε τον συνολικό χρόνο λειτουργίας της συσκευής. 

Δεδομένου ότι το CMD είναι υψηλής ισχύος και τραβά υψηλό Ρεύμα από τις μπαταρίες μολύβδου-οξέος, υπάρχει κίνδυνος ρευμάτων αιχμής που μπορεί να βλάψουν κρίσιμα ηλεκτρικά εξαρτήματα. Επομένως, κάθε κύριο ηλεκτρικό εξάρτημα που συνδέεται με τις μπαταρίες συνδέεται πρώτα σε μια ασφάλεια με τον σωστό ονομαστικό Ρεύμα. Επιπλέον, εγκαταστάθηκε ένας διακόπτης άμεσης αποσύνδεσης ως χαρακτηριστικό ασφαλείας, επιτρέποντας στον χρήστη να διακόπτει άμεσα τη ροή Ρεύματος σε όλα τα μέρη του CMD.

Δοκιμές και τελικά αποτελέσματα του CMD

Το έργο CMD δεν υπήρξε μόνο μια σημαντική εμπειρία μάθησης, αλλά και έναυσμα για τον εντοπισμό περιοχών βελτίωσης στο σχεδιασμό. Ορισμένες σχεδιαστικές αποφάσεις υπαγορεύτηκαν από χρονικούς περιορισμούς, ενώ άλλες επηρεάστηκαν από περιορισμένο προϋπολογισμό. Τελικά, το πραγματικό ποσό που δαπανήθηκε ήταν 2.611,44 $, δηλαδή 940,90 $ λιγότερα από το αρχικά εκτιμώμενο κόστος για το CMD.  

Ο τρέχων πρωτότυπος του CMD δεν μπορεί να πλοηγηθεί σε καμπύλες σκάλες. Ωστόσο, με τη συνεχιζόμενη ανάπτυξη, η επόμενη έκδοση της ομάδας CMD θα αντιμετωπίσει αυτόν τον περιορισμό ενσωματώνοντας δύο μικρότερες ερπύστριες, βελτιώνοντας την ικανότητα να ελίσσεται σε σκάλες και να παρακάμπτει εμπόδια. Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το έργο CMD, δείτε το PDF του Capstone report και τον σύνδεσμο της ιστοσελίδας της ομάδας CMD παρακάτω:

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

ΣΥΝΟΨΗ

Ο PA-17-POT προσφέρει δυνατότητες βαρέος τύπου με Ανάδραση θέσης, κατάλληλες για πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ρυθμίσεων κλίσης σε αναπηρικά αμαξίδια που ανεβαίνουν σκάλες. Ευχαριστούμε την ομάδα CMD από το Πανεπιστήμιο του Waterloo για την κοινοποίηση των εξαιρετικών σας έργων!

Ελπίζουμε να το βρήκατε εξίσου ενημερωτικό και ενδιαφέρον με εμάς, ειδικά αν αναζητούσατε εμπνευσμένες ιδέες για την αναβάθμιση αναπηρικών αμαξιδίων. Αν έχετε απορίες ή επιθυμείτε να συζητήσουμε περαιτέρω τα προϊόντα μας, μην διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας! Είμαστε ειδικοί σε αυτό που κάνουμε και θα χαρούμε να βοηθήσουμε όπως μπορούμε.

sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123