Utiliser les toilettes fait partie du quotidien de chacun ; toutefois, les personnes ayant des limitations de mobilité, des blessures ou des handicaps peuvent trouver les toilettes standard difficiles à utiliser. Au mieux, les toilettes standard proposent parfois des rampes ou des cabines plus larges ; cependant, cela ne constitue toujours pas une solution complète pour tous les utilisateurs ayant des problèmes de mobilité. L’ajustement de la hauteur des toilettes et l’accessibilité sont des aspects spécifiques que les grands lieux publics pourraient améliorer. Ces solutions existent aujourd’hui ; néanmoins, elles sont principalement utilisées dans des environnements privés à domicile et ne sont pas abordables pour une utilisation pratique dans des espaces publics. Dans cet article, nous retraçons le parcours de l’équipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand pour créer des solutions d’intégration rapides, simples et abordables pour des toilettes réglables en hauteur, afin d’aider les personnes ayant des difficultés de mobilité.
Présentation de l’équipe
Également connu sous le nom « Une toilette en mouvement ! », l’Universal Lavatory Test Stand est un projet d’équipe d’étudiants du Rochester Institute of Technology issus de divers domaines de l’ingénierie :
Robert Cho – Ingénieur en mécanique et en systèmes
Aubrey Figoras – Ingénieure en mécanique et conceptrice CAO
Chloe Cattadoris – Ingénieure industrielle et cheffe de projet
John Lowenhaupt – Ingénieur électricien et coordinateur
Zach Flickinger – Ingénieur en électricité et en systèmes
Manny Pizarro – Ingénieur mécanicien et acheteur
Le point de départ du projet a été proposé par Daniel Phillips et Stan Rickel du RIT LiveAbility Lab, qui souhaitaient créer des toilettes accessibles pouvant accueillir des utilisateurs ayant des problèmes de mobilité. L’objectif était de développer une toilette mobile qui respecte les normes ADA lorsqu’elle est en position domestique, mais puisse également être ajustée (manuellement et automatiquement) en hauteur pour s’adapter aux besoins de tout utilisateur. Sous la direction du programme RIT Multidisciplinary Senior Design, l’équipe a passé le premier semestre à identifier les exigences des clients, analyser des produits existants et élaborer une conception préliminaire du système.
Planification et conception du système
Le système mécanique a été conçu avec SolidWorks, tandis que les schémas électriques ont été élaborés avec Altium. Comme base du design mécanique, ils ont choisi d’utiliser le Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier, capable de supporter une toilette murale American Standard et donné pour une capacité de 500 lbs. La charge totale estimée incluait le support de toilette de 77 lbs, environ 50 lbs pour la toilette, et jusqu’à 350 lbs pour accueillir une personne au 99e percentile.
Comme la charge était en porte-à-faux, la conception nécessitait des rails de guidage pour contrebalancer le moment induit. Une analyse de contraintes réalisée par l’équipe a permis de déterminer que deux rails de guidage en acier au carbone 1566 de diamètre 1-1/2" suffiraient à supporter la charge sans limite d’élasticité due à la flexion ou à la fatigue.
Découpe des pièces en bois
La majeure partie de la construction a été réalisée dans l’atelier de fabrication The Construct situé sur le campus du RIT, dédié à l’accompagnement des étudiants du RIT dans leurs projets personnels et de cours. Toutes les pièces en bois entourant le support de toilette, ainsi que la traverse supérieure (tête) et la traverse inférieure (pied) du cadre, ont été fabriquées sur une fraiseuse CNC ShopSabre, en raison de la précision et de la complexité des perçages requis.
L’équipe a conçu un ensemble de planches en bois sur lesquelles le support de toilette pouvait être monté. Ces planches devaient également intégrer quatre roulements à billes linéaires robustes pour rouler sur les rails de guidage et prévoir une zone pour y monter les vérins. Le matériau retenu était une planche de pin de 1" d’épaisseur de chez Lowe’s. À l’aide d’une fraiseuse CNC, l’équipe a pu découper un panneau de projet en pin de 1" d’épaisseur en pièces nécessaires au système de support de toilette.
Le cadre du système a été réalisé en bois d’œuvre 2x12, les montants latéraux du cadre étant doublés pour plus de résistance. Dans le cadre de cette structure, l’équipe a conçu une traverse supérieure (tête) et une traverse inférieure (pied) sur lesquelles les rails de guidage seraient montés. Ces pièces usinées CNC pour le bas et le haut du cadre de l’Universal Lavatory Test Stand sont visibles sur l’image ci‑dessous, où la pièce supérieure est la traverse de tête à partir de laquelle les vérins linéaires seront montés.
Choisir des vérins linéaires adaptés
Pour ce projet, les vérins linéaires ont été soigneusement sélectionnés selon trois critères principaux :
- vitesse de déplacement
- capacité de charge dynamique
- longueur de course
L’équipe avait besoin d’une vitesse relativement élevée tout en restant sûre pour l’usage humain, ainsi que d’une plage de mouvement d’environ 24". Après de nombreuses recherches, elle a retenu le PA-17-24-850 comme meilleure option répondant à ses exigences. Bien qu’un seul vérin aurait été parfaitement capable de supporter la charge totale de 500 lbs, deux vérins ont été choisis pour la redondance.
Le processus d’assemblage
Une fois toutes les pièces fabriquées et coupées aux bonnes longueurs, l’équipe a assemblé le système de support de toilette. En pressant les roulements dans les planches en bois et en vissant les adaptateurs de roulement, l’équipe a pu « piéger » ses roulements à l’intérieur des planches usinées CNC.
Le reste du cadre a été découpé à l’aide d’une scie à bras radial et assemblé avec une perceuse manuelle et des vis. Les opérations d’assemblage supplémentaires ont été réalisées à l’aide de boulons de diamètre 1/2", d’écrous Nyloc et de clés à douille.
Ensuite, un support de toilette COTS (Commercial-Off-The-Shelf) a été fixé entre les deux planches en bois usinées CNC pour former un système de support de toilette assemblé.
À partir de là, les rails de guidage linéaires ont été passés à travers les roulements et des brides ont été fixées à chaque extrémité. L’équipe a ensuite assemblé le cadre autour du support de toilette, les brides des rails de guidage étant montées dans la traverse supérieure et inférieure du cadre. Une fois cette étape terminée au sol, ils ont pu redresser l’ensemble du système et le fixer au mur avec des équerres d’angle en acier et des équerres de montage BRK-17.
Les deux vérins PA-17 ont été installés en dernier en fixant leurs trous de montage aux équerres de montage sur la traverse supérieure du cadre, en les déployant jusqu’à leur longueur maximale, puis en les fixant à la base du système de support de toilette. Après une discussion approfondie avec le professeur et mentor de l’équipe du programme RIT Multidisciplinary Senior Design, il a été jugé inutile d’installer d’autres composants électroniques que l’interrupteur à bascule, en raison de la décision finale de ne pas implémenter le système de commande initialement prévu. Le banc d’essai universel de toilettes assemblé, désormais avec des vérins PA-17 câblés à un interrupteur à bascule, est visible ci‑dessous.
Tests finaux et résultats
Au final, l’équipe n’a pas pu mettre en œuvre les régulateurs de vitesse AC-26-30 à temps, car elle avait mal compris le fonctionnement des régulateurs de vitesse. Auparavant, l’équipe avait tenté de faire fonctionner ces régulateurs de vitesse avec leurs dispositifs de commutation côté entrée ; toutefois, les dispositifs de commutation doivent être placés côté sortie pour fonctionner correctement. À cause de cela, leurs régulateurs de vitesse fonctionnaient parfaitement dans un sens, mais l’inversion de la polarité ne fonctionnait pas. Faute de temps pour dépanner et repenser le système, l’équipe a dû laisser de côté cette fonctionnalité et utiliser un seul interrupteur à bascule pour le contrôle utilisateur.
Les contraintes de temps ont également empêché l’intégration au système du dispositif électrique comprenant l’Arduino Uno et la RFID pour des hauteurs préréglées, et cela est resté, pour l’instant, un travail entièrement théorique. L’équipe a toutefois pu mener avec succès des essais de charge et de mouvement du banc d’essai universel de toilettes terminé, avec une charge appliquée de 350 lbs, afin de vérifier le bon fonctionnement.
EN RÉSUMÉ
Malgré des défis tels qu’un financement insuffisant, un manque de connaissances thématiques et d’expérience industrielle, l’équipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand a tout de même réussi à finaliser l’assemblage de son projet. L’équipe est également reconnaissante d’avoir eu l’occasion de donner vie aux idées du LiveAbility Lab et remercie Mark Minunni pour l’ensemble de ses conseils de conduite de projet et ses recommandations concrètes pour leur avenir.
Merci à l’équipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand d’avoir partagé votre projet et d’avoir montré à quel point le temps et l’argent sont réellement essentiels dans les projets du monde réel ! Pour en voir davantage du Rochester Institute of Technology, n’hésitez pas à les découvrir sur YouTube, Facebook et Instagram ! Si vous avez des questions sur nos vérins linéaires électriques ou souhaitez discuter davantage de nos autres produits, n’hésitez pas à nous contacter ! Nous sommes experts dans ce que nous faisons et serons ravis de vous aider de toutes les manières possibles.
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