Fauteuil roulant monte-escaliers avec l’actionneur PA-17-POT

Les personnes ayant une mobilité limitée ou nulle des jambes ont souvent besoin d’aides à la mobilité capables de se déplacer sur des terrains accidentés, de petites volées d’escaliers, des marches isolées et des conditions neigeuses. Bien qu’il existe des solutions de fauteuils roulants sur le marché, elles ne répondent pas toujours adéquatement à ces défis ou sont trop coûteuses pour de nombreux utilisateurs ayant besoin d’options abordables. Le projet CMD (Collapsible Mobile Device) vise à offrir aux utilisateurs de fauteuils roulants des solutions de mobilité essentielles et abordables en développant un accessoire de fauteuil roulant fortement inspiré des motoneiges contemporaines. Dans cet article, nous présentons les points forts du projet de fauteuil roulant monte-escaliers de l’équipe CMD qui utilise notre actionneur PA-17-POT !

Défis liés à l’utilisation des fauteuils roulants

Arshak Petrosyan a mené une discussion approfondie avec les parties prenantes Aaron et Emmanuel, en se concentrant sur les défis quotidiens auxquels ils font face en tant qu’étudiants universitaires. Les principaux défis comprennent la difficulté d’utiliser les fauteuils roulants par mauvais temps, de franchir les bosses et les escaliers, ainsi que le coût prohibitif de ces dispositifs. Notamment, les fauteuils roulants haut de gamme peuvent dépasser 8 000 $ CAD, tandis que les versions monte-escaliers existantes peuvent coûter plus de 50 000 $ CAD. Pour répondre à ces défis, la solution idéale inclurait :

• Des capacités de montée d’escaliers pour surmonter les obstacles les plus courants auxquels sont confrontés les utilisateurs de fauteuils roulants.
• Un auto-équilibrage afin que l’assise du fauteuil se stabilise et s’ajuste automatiquement selon l’angle des marches pour plus de confort et de sécurité.
• Une fonctionnalité adaptée aux conditions hivernales, notamment la météo canadienne.
• Des prix abordables afin de réduire les barrières financières et de favoriser une plus grande accessibilité.

Formation de l’équipe CMD

Pour répondre aux problèmes décrits par les parties prenantes, un groupe d’étudiants en ingénierie de l’Université de Waterloo a formé l’équipe CMD. Le CMD (Collapsible Mobile Device) est un projet de conception de quatrième année dirigé par des étudiants, visant à offrir aux utilisateurs de fauteuils roulants un avenir abordable, avec la liberté et le confort de se déplacer sur tout type de terrain.

Nigel Fernandes - PDG et responsable du département commercial

Abhi Gupta - CTO et responsable du département électrique & commandes

Mohamed Moustafa - Responsable du département logiciel

Arshak Petrosyan - CMO et responsable du département groupe motopropulseur

Avinash Yarram - Responsable du département châssis & dynamique

Ensemble, ils s’engagent à révolutionner le concept du fauteuil roulant, en le transformant d’un obstacle en un symbole de liberté, d’indépendance et d’inclusion. 

Conception et fabrication du projet CMD

Le CMD fonctionne comme un accessoire pour les fauteuils roulants traditionnels, permettant aux utilisateurs de gérer les terrains accidentés, les petites bosses et les escaliers en conditions hivernales. Il garde l’utilisateur en sécurité et confortable toute une journée avec une seule charge, sans devoir quitter son fauteuil. Les fonctionnalités de l’appareil permettent de l’attacher et de le détacher au besoin pour surmonter les obstacles extérieurs. Cela évite d’avoir à acheter un nouveau fauteuil roulant et contribue à limiter la taille et le poids. Le châssis a été construit en tubes d’aluminium carrés pour une solution à la fois solide et légère, avec des analyses approfondies de forces et de mouvements afin d’assurer une conception efficace et une intégrité structurelle.

Conceptions et schémas CAO

Le logiciel le plus utilisé et le plus utile durant la phase de conception a été Solidworks, pour toutes les conceptions mécaniques et l’analyse par éléments finis (FEA). Pour l’électrique, un logiciel nommé RapidHarness a aidé à organiser toute l’électronique et à concevoir un faisceau électrique pour l’assemblage, tandis que KiCad a été utilisé pour tous les schémas électriques.

Trouver le bon vérin linéaire

Étant donné que le CMD nécessitera des indices de protection (IP) adaptés à l’extérieur, des capacités robustes et une rétroaction de position, le PA-17-8-2000-POT vérin linéaire industriel s’est avéré le meilleur choix pour l’application. Ce modèle dispose d’un moteur CC à balais fonctionnant en 12 V c.c., inclut une rétroaction par potentiomètre et offre une course de 8", dimensionnée pour supporter 2000 lb de force.

Notre BRK-17 support de montage robuste permet une fixation sûre lors de l’installation. L’actionneur est utilisé pour incliner l’assise du fauteuil roulant afin que l’utilisateur soit parallèle au sol lors de la traversée des escaliers. Pour ce faire, un mécanisme de camion-benne, comme illustré ci-dessous, a été mis en œuvre.

Sélection et programmation du microcontrôleur

L’équipe prévoyait initialement d’utiliser la carte STM32 Nucleo comme microcontrôleur, mais elle a finalement opté pour l’Arduino Mega 2560, car le support Arduino est nettement plus accessible et en adéquation avec les compétences de l’équipe. Le logiciel a été développé en langage C pour permettre aux utilisateurs de piloter facilement l’appareil avec deux joysticks analogiques. Cela libère les mains de l’utilisateur pour manœuvrer le mécanisme de direction intuitif, tout en s’assurant qu’il reste en sécurité et en équilibre lors de la montée des escaliers grâce à la rétroaction des capteurs. Les capteurs ont été connectés au microcontrôleur avec une alimentation en courant suffisante et des ports GPIO pour les accueillir.

Protection du système électrique et fusibles

Les calculs de capacité de batterie de l’équipe ont conduit au choix d’une batterie 35 Ah, 12 V de Fortress Scooters, fournissant plus que l’énergie nécessaire pour une utilisation prolongée. Le fait d’être connectées en parallèle a augmenté la durée de fonctionnement globale de l’appareil. 

Étant donné que le CMD est puissant et consomme un courant élevé depuis les batteries au plomb-acide, il existe un risque que des surtensions de courant endommagent des composants électriques essentiels. Par conséquent, chaque composant électrique majeur relié aux batteries est d’abord connecté à un fusible calibré pour la valeur de courant correcte. De plus, un interrupteur d’arrêt d’urgence a été installé comme dispositif de sécurité, permettant à l’utilisateur d’arrêter immédiatement le flux de courant vers l’ensemble du CMD.

Tests et résultats finaux du CMD

Le projet CMD a été non seulement une expérience d’apprentissage majeure, mais aussi un déclencheur pour identifier des axes d’amélioration de la conception. Certaines décisions de conception ont été dictées par des contraintes de temps, tandis que d’autres ont été influencées par un budget limité. Au final, la dépense réelle s’est élevée à 2 611,44 $, soit 940,90 $ de moins que le coût initialement estimé pour le CMD.  

Le prototype actuel du CMD ne peut pas franchir les escaliers courbes. Cependant, avec la poursuite du développement, la prochaine version de l’équipe CMD corrigera cette limitation en intégrant deux chenilles plus petites, améliorant sa capacité à manœuvrer dans les escaliers et à contourner les obstacles. Pour plus de détails sur le projet CMD, consultez le rapport final au format PDF et le lien vers le site de l’équipe CMD ci-dessous :

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

EN RÉSUMÉ

Notre PA-17-POT offre des capacités robustes avec une rétroaction de position, adaptées à de nombreuses applications, y compris les réglages d’inclinaison des fauteuils roulants monte-escaliers. Merci à l’équipe CMD de l’Université de Waterloo d’avoir partagé vos projets remarquables !

Nous espérons que cet article vous a été aussi instructif qu’intéressant, surtout si vous recherchez des idées inspirantes pour améliorer les fauteuils roulants. Si vous avez des questions ou souhaitez discuter davantage de nos produits, n’hésitez pas à nous contacter ! Nous sommes experts dans notre domaine et serons ravis de vous aider.

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