Portaita nouseva pyörätuoli PA-17-POT -toimilaitteella

Henkilöt, joilla on rajoittunut tai olematon jalkojen liikuntakyky, tarvitsevat usein liikkumisen apuvälineitä, jotka selviytyvät epätasaisista pinnoista, pienistä portaikoista, yksittäisistä askelmista ja lumisista olosuhteista. Vaikka markkinoilla on pyörätuoliratkaisuja, ne eivät usein riittävästi ratkaise näitä haasteita tai ovat liian kalliita käyttäjille, jotka tarvitsevat edullisia vaihtoehtoja. CMD (Collapsible Mobile Device) -projekti pyrkii tarjoamaan pyörätuolin käyttäjille välttämättömiä liikkumisratkaisuja kohtuuhintaan kehittämällä pyörätuolilisälaitteen, joka on vahvasti saanut vaikutteita nykyaikaisista moottorikelkoista. Tässä artikkelissa esittelemme tiimi CMD:n portaita nousevan pyörätuoliprojektin kohokohdat – siinä käytetään PA-17-POT -toimilaitettamme!

Pyörätuolin käytön haasteet

Arshak Petrosyan kävi perusteellisen keskustelun sidosryhmien Aaronin ja Emmanuellin kanssa keskittyen päivittäisiin haasteisiin, joita he kohtaavat yliopisto-opiskelijoina. Keskeisiä haasteita ovat pyörätuolin käyttäminen huonoissa sääolosuhteissa, töyssyjen ja portaiden ylittäminen sekä laitteiden korkea hinta. Huomionarvoista on, että huippuluokan pyörätuolit voivat maksaa yli 8 000 CAD, ja portaita nousevat mallit jopa yli 50 000 CAD. Näihin haasteisiin vastaava ihanneratkaisu sisältäisi:

• Portaannousukyky, jotta voidaan ylittää pyörätuolin käyttäjien yleisimmät esteet.
• Itsestasapainotus, jotta pyörätuolin istuin tasapainottaa itsensä ja säätää automaattisesti kulmaa portaiden kaltevuuden mukaan mukavuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi.
• Talviolosuhteisiin soveltuva toiminta, jotta pärjätään esimerkiksi Kanadan säässä.
• Edullinen hinta, joka madaltaa taloudellisia esteitä ja parantaa saavutettavuutta.

Team CMD:n muodostaminen

Sidosryhmien kuvaamiin ongelmiin tarttui ryhmä Waterloon yliopiston konetekniikan opiskelijoita muodostamalla Team CMD:n. CMD (Collapsible Mobile Device) on opiskelijavetoinen neljännen vuoden suunnitteluprojekti, jonka tavoitteena on tarjota pyörätuolin käyttäjille edullinen tulevaisuus – vapaus ja mukavuus liikkua maastossa kuin maastossa.

Nigel Fernandes – toimitusjohtaja & liiketoimintaosaston vetäjä

Abhi Gupta – teknologiajohtaja & sähkö- ja ohjausosaston vetäjä

Mohamed Moustafa – ohjelmisto-osaston vetäjä

Arshak Petrosyan – markkinointijohtaja & voimansiirto-osaston vetäjä

Avinash Yarram – runko- ja dynamiikkaosaston vetäjä

Yhdessä he ovat sitoutuneet mullistamaan pyörätuolin käsitteen – esteestä vapauden, itsenäisyyden ja osallisuuden symboliksi. 

CMD-projektin suunnittelu ja valmistus

CMD toimii perinteisen pyörätuolin lisälaitteena mahdollistaen epätasaisen maaston, pienien töyssyjen ja portaiden selvittämisen talviolosuhteissa. Se pitää käyttäjän turvallisena ja mukavana koko päivän yhdellä latauksella ilman, että pyörätuolista tarvitsee nousta. Laitteen toiminnot mahdollistavat sen kiinnittämisen ja irrottamisen tarpeen mukaan ulkoesteiden ylittämiseksi. Tämä eliminoi uuden pyörätuolin hankinnan ja auttaa pitämään koon ja painon minimissä. Runko rakennettiin neliöalumiiniputkesta vahvaksi mutta kevyeksi ratkaisuksi, ja laajat voima- ja liikeanalyysit varmistivat toimivan suunnittelun ja rakenteellisen eheyden.

CAD-suunnitelmat ja kytkentäkaaviot

Suunnitteluprosessin käytetyin ja hyödyllisin ohjelmisto oli Solidworks kaikille mekaanisille suunnitelmille ja FEM-analyyseille (FEA). Sähköpuolella RapidHarness auttoi organisoimaan elektroniikan ja suunnittelemaan johtosarjan, kun taas KiCadilla tehtiin kaikki sähkökytkentäkaaviot.

Sopivan lineaaritoimilaitteen löytäminen

Koska CMD tarvitsee ulkokäyttöön sopivat IP-luokitukset, raskaan käytön kyvykkyyden ja sijaintipalautteen, PA-17-8-2000-POT teollisuustason lineaarinen toimilaite todettiin parhaaksi vaihtoehdoksi tähän sovellukseen. Tässä mallissa on harjallinen tasavirtamoottori, joka toimii 12 VDC:llä, mukana on potentiometripalaute, ja se toimitetaan iskun pituudella 8", joka on mitoitettu kestämään 2000 lbs voimaa.

Meidän BRK-17 raskaaseen käyttöön tarkoitettu kiinnityskannake mahdollistaa varman kiinnityksen asennuksen aikana. Toimilaitetta käytetään pyörätuolin istuimen kallistamiseen niin, että käyttäjä on portaissa liikuttaessa mahdollisimman vaakasuorassa. Tätä varten toteutettiin alla kuvattu kippiauton kaltainen mekanismi.

Mikrokontrollerin valinta ja ohjelmointi

Alun perin tiimi suunnitteli käyttävänsä STM32 Nucleo -korttia mikrokontrollerina, mutta päätyi lopulta Arduino Mega 2560:een, sillä Arduinon tuki on huomattavasti paremmin saatavilla ja vastaa tiimin osaamista. Ohjelmisto kehitettiin C-kielellä, jotta käyttäjät voivat ohjata laitetta helposti kahdella analogisella ohjainsauvalla. Tämä vapauttaa käyttäjän kädet intuitiiviseen ohjaukseen ja varmistaa lisäksi käyttäjän turvallisuuden ja tasapainon portaissa – antureiden palaute on ohjauksen tukena. Anturit liitettiin mikrokontrolleriin riittävällä virransyötöllä ja tarvittavilla GPIO-porteilla.

Sähköjärjestelmän suojaus ja sulakkeet

Tiimin akku­kapasiteettilaskelmat johtivat 35 Ah, 12 V -akun valintaan (Fortress Scooters), mikä tarjoaa enemmän kuin riittävästi tehoa pitkään käyttöön. Akut kytkettiin rinnan, mikä kasvatti laitteen kokonaiskäyttöaikaa. 

Koska CMD on tehokas ja ottaa paljon virtaa lyijyakulta, virtapiikit voivat vahingoittaa tärkeitä sähkökomponentteja. Siksi jokainen akkuun liitetty pääkomponentti kytketään ensin sulakkeeseen, jonka arvo on mitoitettu oikein. Lisäksi turvallisuutta varten asennettiin hätäkytkin, jolla käyttäjä voi välittömästi katkaista virran koko CMD:stä.

CMD:n testaus ja lopputulokset

CMD-projekti on ollut merkittävä oppimiskokemus ja samalla sysäys tunnistaa suunnittelun kehityskohteita. Osa päätöksistä tehtiin aikarajoitteiden, osa budjettirajoitusten ohjaamina. Lopulta kulut olivat 2 611,44 USD – eli 940,90 USD vähemmän kuin CMD:lle alun perin arvioitu kustannus.  

Nykyinen CMD-prototyyppi ei kykene kulkemaan kaarevia portaita. Kehityksen jatkuessa seuraava Team CMD:n versio korjaa rajoitteen lisäämällä kaksi pienempää telastoa, mikä parantaa portaissa liikkumista ja esteiden ohittamista. Saat lisätietoja CMD-projektista lukemalla alla olevan PDF-päättöraportin ja tutustumalla tiimin sivustoon:

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

YHTEENVETO

Meidän PA-17-POT tarjoaa raskaan käytön kyvykkyyden ja sijaintipalautteen, jotka sopivat moniin sovelluksiin – mukaan lukien portaita nousevien pyörätuolien istuimen kallistuksen säätö. Kiitos Team CMD:lle Waterloon yliopistosta upeiden projektienne jakamisesta!

Toivomme, että tämä oli yhtä informatiivista ja inspiroivaa kuin meistä, erityisesti jos etsit ideoita pyörätuolien kehittämiseen. Jos sinulla on kysyttävää tai haluat keskustella tuotteistamme tarkemmin, ota meihin rohkeasti yhteyttä! Olemme alamme asiantuntijoita ja autamme mielellämme parhaamme mukaan.

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