Sedia a rotelle saliscale con Attuatore PA-17-POT

Le persone con mobilità ridotta o assente agli arti inferiori necessitano spesso di dispositivi in grado di affrontare terreni con superfici irregolari, piccole rampe, gradini singoli e condizioni di neve. Sebbene soluzioni con sedia a rotelle siano disponibili sul mercato, spesso non rispondono adeguatamente a queste sfide oppure risultano troppo costose per molti utenti che necessitano di alternative accessibili. Il progetto CMD (Collapsible Mobile Device) mira a offrire agli utenti su sedia a rotelle soluzioni di mobilità essenziali a un prezzo accessibile, sviluppando un accessorio per sedia a rotelle fortemente ispirato alle motoslitte contemporanee. In questo articolo presenteremo i punti salienti del progetto di sedia a rotelle arrampica-scale del Team CMD che utilizza il nostro attuatore PA-17-POT!

Le sfide nell'uso delle sedie a rotelle

Arshak Petrosyan ha condotto un confronto approfondito con gli stakeholder Aaron ed Emmanuel, concentrandosi sulle sfide quotidiane che incontrano come studenti universitari. Le principali difficoltà includono l'uso delle sedie a rotelle in condizioni meteo avverse, il superamento di dossi e scale, e il costo proibitivo di questi dispositivi. Le sedie a rotelle di fascia alta possono superare gli $8.000 CAD, mentre le varianti arrampica-scale esistenti possono costare oltre $50.000 CAD. Per affrontare queste sfide, la soluzione ideale dovrebbe includere:

• Capacità di salire le scale per superare gli ostacoli più comuni affrontati dagli utenti su sedia a rotelle.
• Autobilanciamento per garantire che il sedile della sedia a rotelle si bilanci e si adatti automaticamente in base all'angolo della scala, per comfort e sicurezza.
• Funzionalità per l'inverno per gestire condizioni come quelle canadesi.
• Prezzi accessibili che riducano le barriere economiche e favoriscano una maggiore accessibilità.

La nascita del Team CMD

Per affrontare i problemi descritti dagli stakeholder, un gruppo di studenti di Ingegneria dell'Università di Waterloo ha formato il Team CMD. Il CMD (Collapsible Mobile Device) è un progetto di design del quarto anno guidato dagli studenti con l'obiettivo di offrire agli utenti su sedia a rotelle un futuro accessibile che consenta libertà e comfort su qualsiasi terreno.

Nigel Fernandes - CEO e Responsabile del Dipartimento Business

Abhi Gupta - CTO e Responsabile del Dipartimento Elettrico e Controlli

Mohamed Moustafa - Responsabile del Dipartimento Software

Arshak Petrosyan - CMO e Responsabile del Dipartimento Gruppo Motopropulsore

Avinash Yarram - Responsabile del Dipartimento Telaio e Dinamica

Insieme, sono impegnati a rivoluzionare il concetto di sedia a rotelle, trasformandola da barriera a simbolo di libertà, indipendenza e inclusione. 

Progettazione e realizzazione del progetto CMD

Il CMD funziona come un accessorio per le sedie a rotelle tradizionali, consentendo agli utenti di affrontare terreni accidentati, piccoli dossi e scale in condizioni invernali. Mantiene l'utente sicuro e comodo per un'intera giornata con una singola carica, senza dover scendere dalla sedia a rotelle. Le funzioni del dispositivo consentono di agganciarlo e sganciarlo all'occorrenza per superare gli ostacoli all'aperto. Questo evita la necessità di acquistare una nuova sedia a rotelle e aiuta a mantenere al minimo dimensioni e peso. Il telaio è stato realizzato con tubolari di alluminio a sezione quadrata, una soluzione robusta ma leggera; sono state eseguite approfondite analisi delle forze e del moto per garantire un design efficace e l'integrità strutturale.

Modelli CAD e schemi

Il software più utilizzato e utile durante il processo di progettazione è stato Solidworks per tutti i progetti meccanici e l'analisi agli elementi finiti (FEA). Per la parte elettrica, un software chiamato RapidHarness ha aiutato a organizzare tutta l'elettronica e a predisporre un cablaggio elettrico per la costruzione, mentre KiCad è stato utilizzato per tutti gli schemi elettrici.

Trovare l'attuatore lineare giusto

Poiché il CMD richiederà gradi di protezione IP adatti all'uso esterno, capacità per impieghi gravosi e Feedback di posizione, l'PA-17-8-2000-POT Attuatore lineare industriale è risultato la scelta migliore per l'applicazione. Questo modello ha un motore DC a spazzole che opera a 12 VDC, include Feedback con potenziometro e offre una Corsa da 8" con capacità di gestire 2000 lb di forza.

La nostra BRK-17 Staffa di Montaggio per impieghi gravosi consente un montaggio sicuro durante l'installazione. L'attuatore viene utilizzato per inclinare il sedile della sedia a rotelle in modo che l'utente possa rimanere parallelo al suolo durante l'attraversamento delle scale. Per farlo, è stato implementato un meccanismo di autocarro ribaltabile, come illustrato di seguito.

Scelta del microcontrollore e programmazione

Il team aveva inizialmente previsto l'uso della scheda STM32 Nucleo come microcontrollore; tuttavia, ha optato per l'Arduino Mega 2560 poiché il supporto Arduino è significativamente più disponibile e in linea con le competenze del team. Il software è stato sviluppato in linguaggio C per consentire agli utenti di controllare facilmente il dispositivo con due joystick analogici. Questo libera le mani dell'utente per pilotare il meccanismo di sterzo intuitivo e garantisce sicurezza ed equilibrio durante la salita delle scale grazie al Feedback dei sensori. I sensori sono stati collegati al microcontrollore con un'adeguata fornitura di corrente e porte GPIO sufficienti per accoglierli.

Protezione del sistema elettrico e fusibili

I calcoli della capacità della batteria del team hanno portato alla scelta di una batteria da 35Ah, 12V di Fortress Scooters, fornendo più della potenza necessaria per un uso prolungato. Essendo collegate in parallelo tra loro, è aumentato il tempo di funzionamento complessivo del dispositivo. 

Dato che il CMD è ad alta potenza e assorbe corrente elevata dalle batterie al piombo, esiste il rischio che sovracorrenti danneggino componenti elettrici essenziali. Pertanto, ogni componente elettrico principale collegato alle batterie è prima connesso a un fusibile tarato per il corretto valore di corrente. Inoltre, è stato installato un interruttore di disconnessione di emergenza come funzione di sicurezza, che consente all'utente di interrompere immediatamente il flusso di corrente a tutto il CMD.

Test e risultati finali del CMD

Il progetto CMD non è stato solo una significativa esperienza di apprendimento, ma anche uno stimolo per identificare aree di miglioramento del design. Alcune decisioni progettuali sono state dettate dai limiti di tempo, mentre altre sono state influenzate da un budget ristretto. In definitiva, la spesa effettiva è stata di $2611.44, ovvero $940.90 in meno rispetto al costo inizialmente previsto per il CMD.  

L'attuale prototipo del CMD non è in grado di affrontare scale curve. Tuttavia, con il proseguimento dello sviluppo, la prossima versione del Team CMD supererà questa limitazione incorporando due cingoli più piccoli, migliorando la capacità di manovrare sulle scale e di aggirare gli ostacoli. Per maggiori dettagli sul progetto CMD, consulta il report PDF del capstone e il link al sito del Team CMD qui sotto:

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

IN SINTESI

Il nostro PA-17-POT offre capacità per impieghi gravosi con Feedback di posizione, adatte a molte applicazioni, inclusa la regolazione dell'inclinazione delle sedie a rotelle arrampica-scale. Grazie al Team CMD dell'Università di Waterloo per aver condiviso i vostri straordinari progetti!

Speriamo che lo abbiate trovato informativo e interessante, soprattutto se stavate cercando idee ispirazionali per aggiornare le sedie a rotelle. Se avete domande o desiderate discutere ulteriormente dei nostri prodotti, non esitate a contattarci! Siamo esperti in ciò che facciamo e saremo felici di aiutare in ogni modo possibile.

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