Het toilet gebruiken is een alledaags onderdeel van ieders dag; toch kunnen gebruikers met mobiliteitsbeperkingen, blessures of een handicap een standaardtoilet lastig vinden in het gebruik. Standaardtoiletten bieden hooguit af en toe leuningen of bredere cabines, maar dit is nog steeds geen volledige oplossing voor alle gebruikers met mobiliteitsproblemen. Verstelbaarheid van de toilethoogte en toegankelijkheid zijn specifieke punten waarop grotere openbare omgevingen kunnen verbeteren. Deze oplossingen bestaan al; ze worden echter vooral in de privésfeer thuis gebruikt en zijn niet betaalbaar voor praktisch gebruik in openbare omgevingen. In dit artikel beschrijven we de reis van het RIT MSD Universal Lavatory Test Stand-team om betaalbare, snelle en eenvoudig te installeren oplossingen te maken voor verstelbare toiletten die mensen met mobiliteitsuitdagingen kunnen helpen.
Introductie van het team
Ook bekend als “A Toilet in Motion!”, is de Universal Lavatory Test Stand een teamproject van studenten van het Rochester Institute of Technology uit diverse ingenieursdisciplines:
Robert Cho – Werktuigbouwkundig en systeemingenieur
Aubrey Figoras – Werktuigbouwkundig ingenieur en CAD-ontwerper
Chloe Cattadoris – Industrieel ingenieur en projectmanager
John Lowenhaupt – Elektrotechnisch ingenieur en begeleider
Zach Flickinger – Elektrotechnisch en systeemingenieur
Manny Pizarro – Werktuigbouwkundig ingenieur en inkoper
De oorspronkelijke opdracht voor het project werd ingebracht door Daniel Phillips en Stan Rickel van het RIT LiveAbility Lab, die een toegankelijk toilet wilden creëren dat gebruikers met mobiliteitsproblemen kan accommoderen. Het doel was een verplaatsbaar/verstelbaar toilet te ontwikkelen dat in de home-positie aan de ADA-normen voldoet, maar ook in hoogte kan worden aangepast (zowel handmatig als automatisch) om aan de behoeften van elke gebruiker te voldoen. Onder begeleiding van het RIT Multidisciplinary Senior Design-programma besteedde het team het eerste semester aan het identificeren van klantvereisten, het benchmarken van bestaande producten en het ontwikkelen van een voorlopig systeemontwerp.
Het systeem plannen en ontwerpen
Het mechanische systeem werd ontworpen met SolidWorks, terwijl de elektrische schema’s met Altium werden ontworpen. Als basis voor het mechanische ontwerp kozen ze voor de Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier, die een wandtoilet van American Standard kon dragen en was beoordeeld op een capaciteit van 500 lbs. De totale geschatte Belasting omvatte de 77 lbs toiletdrager, ongeveer 50 lbs voor het toilet, en tot 350 lbs om een persoon in het 99e percentiel te accommoderen.
Omdat de Belasting uitkragend was, had het ontwerp geleiderails nodig om het geïnduceerde moment tegen te gaan. Een spanningsanalyse door het team hielp bepalen dat twee geleiderails van 1-1/2" diameter 1566 koolstofstaal voldoende zouden zijn om de Belasting te dragen zonder te bezwijken door buiging of vermoeiing.
De houten delen uitsnijden
Het grootste deel van de bouw werd voltooid bij The Construct, de makerspace op de RIT-campus die RIT-studenten ondersteunt bij persoonlijke en studieprojecten. Alle houten onderdelen rondom de toiletdrager, evenals het kop- en voetstuk van het frame, zijn vervaardigd op een ShopSabre CNC-router, vanwege de vereiste precisie en complexiteit van de gaten.
Het team ontwierp een set houten planken waarop de toiletdrager gemonteerd kon worden. Deze houten planken moesten ook vier zware lineaire kogellagers omvatten om over de geleiderails te lopen en een zone bieden om actuatoren te monteren. Het gekozen materiaal hiervoor was een 1" dikke grenen plank van Lowe's. Met een CNC-router kon het team een 1" dik grenen projectpaneel uitsnijden tot de benodigde onderdelen voor het toiletdragersysteem.
Het frame van het systeem werd gemaakt van 2x12 dimensionaal hout, waarbij de staanders aan de zijkanten voor extra sterkte dubbel werden uitgevoerd. Als onderdeel van dit frame ontwierp het team een aangepast kop- en voetstuk waarop de geleiderails zouden worden gemonteerd. Deze CNC-gefreesde onderdelen voor de onder- en bovenkant van het frame van de Universal Lavatory Test Stand zijn te zien op de foto hieronder, waarbij het bovenste stuk de framekop is waaraan de lineaire actuatoren worden gemonteerd.
Geschikte lineaire actuatoren kiezen
Voor dit project zijn lineaire actuatoren zorgvuldig geselecteerd op basis van drie hoofdfactoren:
- snelheid
- dynamische belastingscapaciteit
- slaglengte
Het team had een Snelheid nodig die relatief hoog maar ook veilig voor menselijk gebruik was, en een bewegingsbereik van ongeveer 24". Na uitgebreid onderzoek bleek de PA-17-24-850 de beste optie om aan hun eisen te voldoen. Hoewel één actuator perfect in staat zou zijn geweest om de volledige Belasting van 500 lbs te dragen, kozen ze voor twee actuatoren voor redundantie.
Het montageproces
Toen alle onderdelen vervaardigd en op de juiste lengte gezaagd waren, monteerde het team het toiletdragersysteem. Door de lagers in de houten planken te persen en de lageradapters aan elkaar te schroeven, konden ze de lagers “insluiten” binnen de CNC-gefreesde planken.
De rest van het frame werd gezaagd met een radiaalarmzaag en gemonteerd met een handboormachine en schroeven. Eventuele extra montage werd voltooid met bouten met een diameter van 1/2", nylock-moeren en dopsleutels.
Vervolgens werd een COTS (commercial-off-the-shelf) toiletdrager geklemd tussen de twee CNC-gefreesde houten planken om een gemonteerd toiletdragersysteem te vormen.
Vanaf hier werden de lineaire geleiderails door de lagers geschoven en aan beide uiteinden van flenzen voorzien. Het team monteerde vervolgens het frame rondom de toiletdrager, waarbij de flenzen van de geleiderails in het kop- en voetstuk van het frame werden bevestigd. Nadat deze stap op de vloer was voltooid, konden ze het volledige systeem rechtop zetten en aan de muur bevestigen met stalen hoekbeugels en BRK-17 montagebeugels.
De twee PA-17 actuatoren werden als laatste geplaatst door hun montagegaten aan de montagebeugels op de framekop te bevestigen, ze tot hun volledige lengte uit te schuiven en ze aan de basis van het toiletdragersysteem vast te maken. Na grondig overleg met de professor en mentor van het team uit het RIT Multidisciplinary Senior Design-programma werd besloten dat andere elektronica dan de wipschakelaar niet nodig waren om te installeren, vanwege de definitieve keuze om het oorspronkelijk geplande besturingssysteem niet te implementeren. De gemonteerde Universal Lavatory Test Stand, nu met PA-17 actuatoren aangesloten op een wipschakelaar, is hieronder te zien.
Eindtijden en resultaten
Uiteindelijk kon het team de AC-26-30 snelheidsregelaars niet op tijd implementeren, omdat ze verkeerd hadden begrepen hoe snelheidsregelaars werken. Eerder probeerde het team deze snelheidsregelaars te bedienen met hun schakelapparaten aan de ingangszijde; echter, de schakelapparaten moeten aan de uitgangszijde zitten om correct te functioneren. Hierdoor werkten hun snelheidsregelaars perfect in één richting, maar het omkeren van de polariteit werkte niet. Omdat er niet genoeg tijd was om te troubleshooten en het systeem te herontwerpen, moest het team deze functie weglaten en werken met één enkele wipschakelaar voor de gebruikersbediening.
Tijdgebrek betekende ook dat het elektrische systeem met de Arduino Uno en RFID voor vooraf ingestelde hoogtes niet werd geïmplementeerd en voorlopig volledig theoretisch bleef. Het team heeft wel met succes gewicht- en bewegingstests uitgevoerd op de voltooide Universal Lavatory Test Stand met 350 lbs aangelegde Belasting om de juiste werking te verifiëren.
SAMENVATTING
Ondanks uitdagingen zoals onvoldoende financiering, thematische kennis en branche-ervaring, wist het RIT MSD Universal Lavatory Test Stand-team de montage van hun project uiteindelijk te voltooien. Het team is ook dankbaar voor de mogelijkheid om de ideeën van het LiveAbility Lab tot leven te brengen en bedankt Mark Minunni voor al zijn projectbegeleiding en praktische adviezen voor hun toekomst.
Dank aan het RIT MSD Universal Lavatory Test Stand-team voor het delen van jullie project en het laten zien hoe belangrijk tijd en geld echt zijn voor projecten in de echte wereld! Wil je meer zien van het Rochester Institute of Technology? Kijk dan gerust op Youtube, Facebook en Instagram! Als je vragen hebt over onze elektrische lineaire actuatoren of onze andere producten verder wilt bespreken, neem dan vooral contact met ons op! We zijn experts in wat we doen en helpen je graag op elke mogelijke manier.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123
