Silla de ruedas para subir escaleras con actuador PA-17-POT

Las personas con movilidad limitada o nula en las piernas suelen necesitar dispositivos capaces de desplazarse por terrenos con superficies irregulares, pequeños tramos de escaleras, escalones individuales y condiciones de nieve. Aunque existen sillas de ruedas en el mercado, a menudo no abordan adecuadamente estos desafíos o son demasiado costosas para muchos usuarios que necesitan soluciones asequibles. El proyecto CMD (Collapsible Mobile Device) tiene como objetivo ofrecer a los usuarios de sillas de ruedas soluciones de movilidad esenciales a un precio accesible desarrollando un accesorio para silla de ruedas fuertemente inspirado en las motos de nieve contemporáneas. En este artículo, cubriremos los aspectos destacados del proyecto de silla de ruedas trepadora de escaleras del Team CMD que utiliza nuestro actuador PA-17-POT.

Desafíos del uso de sillas de ruedas

Arshak Petrosyan mantuvo una detallada conversación con las partes interesadas Aaron y Emmanuel, centrándose en los desafíos cotidianos que enfrentan como estudiantes universitarios. Entre los principales retos destacan la dificultad de manejar sillas de ruedas con mal clima, superar baches y escaleras, y el alto costo de estos dispositivos. Cabe señalar que las sillas de ruedas de alta gama pueden superar los $8,000 CAD, mientras que las variantes trepadoras de escaleras existentes pueden costar más de $50,000 CAD. Para abordar estos desafíos, la solución ideal incluiría:

• Capacidad para subir escaleras y superar los obstáculos más comunes a los que se enfrentan los usuarios de sillas de ruedas.
• Autoequilibrio para garantizar que el asiento de la silla se nivele y se ajuste automáticamente según el ángulo de la escalera, ofreciendo confort y seguridad.
• Funcionalidad para clima invernal, capaz de manejar condiciones como las del clima canadiense.
• Precios asequibles que reduzcan las barreras económicas y fomenten una mayor accesibilidad.

Formación del equipo CMD

Para abordar los problemas descritos por las partes interesadas, un grupo de estudiantes de Ingeniería de la Universidad de Waterloo formó el Team CMD. El CMD (Collapsible Mobile Device) es un proyecto de diseño de cuarto año liderado por estudiantes con el objetivo de brindar a los usuarios de sillas de ruedas un futuro asequible que ofrezca libertad y comodidad para desplazarse por cualquier terreno.

Nigel Fernandes - CEO y gerente del Departamento de Negocios

Abhi Gupta - CTO y gerente del Departamento de Eléctrica y Control

Mohamed Moustafa - Gerente del Departamento de Software

Arshak Petrosyan - CMO y gerente del Departamento de Tren Motriz

Avinash Yarram - Gerente del Departamento de Chasis y Dinámica

Juntos, están comprometidos a revolucionar el concepto de la silla de ruedas, transformándola de una barrera en un símbolo de libertad, independencia e inclusión. 

Diseño y fabricación del proyecto CMD

El CMD funciona como un accesorio para sillas de ruedas tradicionales, permitiendo a los usuarios afrontar terrenos irregulares, pequeños baches y escaleras en condiciones invernales. Mantiene al usuario seguro y cómodo durante todo un día con una sola carga, sin necesidad de salir de su silla. Las funciones del dispositivo permiten acoplarlo y desacoplarlo según sea necesario para superar obstáculos exteriores. Esto evita tener que comprar una nueva silla de ruedas y ayuda a mantener al mínimo el tamaño y el peso. El chasis se construyó con tubos cuadrados de aluminio como una solución resistente pero ligera, y se realizó un amplio análisis de fuerzas y movimiento para garantizar un diseño eficaz y la integridad estructural.

Diseños CAD y esquemas

El software más utilizado y útil durante el proceso de diseño fue SolidWorks para todos los diseños mecánicos y el análisis de elementos finitos (FEA). Para el trabajo eléctrico, un software llamado RapidHarness ayudó a organizar toda la electrónica y a diseñar un arnés eléctrico para el montaje, mientras que KiCad se utilizó para todos los esquemas eléctricos.

Encontrar el actuador lineal adecuado

Dado que el CMD requerirá clasificaciones de protección IP adecuadas para uso en exteriores, capacidades de alta resistencia y retroalimentación posicional, se determinó que el PA-17-8-2000-POT Actuador Lineal Industrial era la mejor opción para la aplicación. Este modelo cuenta con un motor DC con escobillas que opera a 12 VDC, incluye retroalimentación por potenciómetro y ofrece una carrera de 8" con capacidad para manejar 2000 lb de fuerza.

Nuestro BRK-17 soporte de montaje de alta resistencia permite una fijación segura durante la instalación. El actuador se utiliza para inclinar el asiento de la silla de ruedas de modo que el usuario pueda quedar paralelo al suelo al subir escaleras. Para ello, se implementó un mecanismo de camión volquete como se ilustra a continuación.

Selección y programación del microcontrolador

El equipo planeaba inicialmente usar la placa STM32 Nucleo como microcontrolador; sin embargo, terminaron utilizando el Arduino Mega 2560, ya que el soporte de Arduino está mucho más disponible y se ajusta mejor a las habilidades del equipo. El software se desarrolló en lenguaje C para permitir a los usuarios controlar fácilmente el dispositivo con dos joysticks analógicos. Esto libera las manos del usuario para pilotar el mecanismo de dirección intuitivo y, además, garantiza que el usuario se mantenga seguro y equilibrado al subir escaleras mediante la retroalimentación de sensores. Los sensores se conectaron al microcontrolador con el suministro de corriente y los puertos GPIO adecuados para acomodarlos.

Protección del sistema eléctrico y fusibles

Los cálculos de capacidad de la batería del equipo llevaron a elegir una batería de 35 Ah y 12 V de Fortress Scooters, que proporciona más potencia de la necesaria para un uso prolongado. Al conectarlas en paralelo entre sí se incrementó el tiempo de funcionamiento general del dispositivo. 

Dado que el CMD es un equipo de alta potencia y consume alta corriente de las baterías de plomo-ácido, existe riesgo de picos de corriente que dañen componentes eléctricos esenciales. Por ello, cada componente eléctrico principal vinculado a las baterías se conecta primero a un fusible calibrado para el valor de corriente correcto. Además, se instaló un interruptor de desconexión de emergencia como función de seguridad, permitiendo al usuario detener de inmediato el flujo de corriente a todo el CMD.

Pruebas y resultados finales del CMD

El proyecto CMD no solo ha sido una importante experiencia de aprendizaje, sino también un detonante para identificar áreas de mejora en el diseño. Algunas decisiones se tomaron por limitaciones de tiempo y otras por un presupuesto restringido. En última instancia, el gasto real fue de $2611.44, lo que supone $940.90 menos que el costo inicialmente proyectado para el CMD.  

El prototipo actual del CMD no puede navegar escaleras curvas. Sin embargo, con el desarrollo continuo, la próxima versión del Team CMD abordará esta limitación incorporando dos orugas más pequeñas, mejorando su capacidad para maniobrar escaleras y sortear obstáculos. Para más detalles sobre el proyecto CMD, consulta el informe final en PDF y el enlace al sitio web del Team CMD a continuación:

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

EN RESUMEN

Nuestro PA-17-POT ofrece capacidades de alta resistencia con retroalimentación posicional, adecuadas para muchas aplicaciones, incluyendo los ajustes de inclinación de sillas de ruedas trepadoras de escaleras. ¡Gracias al Team CMD de la Universidad de Waterloo por compartir sus increíbles proyectos!

Esperamos que te haya resultado tan informativo e interesante como a nosotros, especialmente si buscabas ideas inspiradoras para actualizar sillas de ruedas. Si tienes alguna consulta o deseas hablar más sobre nuestros productos, ¡no dudes en contactarnos! Somos expertos en lo que hacemos y estaremos encantados de ayudar en todo lo que podamos.

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