Wózek inwalidzki do pokonywania schodów z użyciem Siłownika PA-17-POT

Osoby z ograniczoną mobilnością nóg lub jej brakiem często potrzebują urządzeń mobilnych zdolnych poruszać się po nierównym terenie, niewielkich schodach, pojedynczych stopniach i w warunkach śnieżnych. Chociaż na rynku dostępne są rozwiązania dla wózków inwalidzkich, często nie odpowiadają one w pełni tym wyzwaniom lub są zbyt kosztowne dla wielu użytkowników potrzebujących przystępnych cenowo opcji. Projekt CMD (Collapsible Mobile Device – Składane Urządzenie Mobilne) ma na celu zapewnienie użytkownikom wózków niezbędnej mobilności w przystępnej cenie poprzez opracowanie nakładki na wózek mocno inspirowanej współczesnymi skuterami śnieżnymi. W tym artykule omawiamy najważniejsze elementy projektu wózka pokonującego schody, stworzonego przez Team CMD, który wykorzystuje nasz Siłownik PA-17-POT!

Wyzwania korzystania z wózków inwalidzkich

Arshak Petrosyan odbył szczegółową rozmowę z interesariuszami, Aaronem i Emmanuelem, koncentrując się na codziennych wyzwaniach, z jakimi mierzą się jako studenci. Do najważniejszych należą trudności w obsłudze wózków w niekorzystnych warunkach pogodowych, pokonywanie nierówności i schodów oraz wysoki koszt tych urządzeń. Co istotne, wózki z wyższej półki potrafią kosztować ponad 8 000 CAD, a istniejące modele do pokonywania schodów nawet ponad 50 000 CAD. Aby sprostać tym wyzwaniom, idealne rozwiązanie powinno zapewniać:

• Możliwość pokonywania schodów, aby poradzić sobie z najczęstszymi przeszkodami napotykanymi przez użytkowników wózków.
• Samopoziomowanie, aby siedzisko wózka samo się równoważyło i automatycznie dostosowywało do kąta schodów dla komfortu i bezpieczeństwa.
• Funkcjonalność zimową, by radzić sobie w warunkach takich jak kanadyjska pogoda.
• Przystępne ceny, które obniżają bariery finansowe i zwiększają dostępność.

Powstanie Team CMD

Aby rozwiązać problemy opisane przez interesariuszy, grupa studentów inżynierii z University of Waterloo utworzyła Team CMD. CMD (Collapsible Mobile Device) to projekt dyplomowy studentów ostatniego roku, którego celem jest zapewnienie użytkownikom wózków przystępnej cenowo przyszłości z wolnością i komfortem poruszania się po każdym terenie.

Nigel Fernandes – CEO i menedżer działu biznesowego

Abhi Gupta – CTO i menedżer działu elektryki i sterowania

Mohamed Moustafa – menedżer działu oprogramowania

Arshak Petrosyan – CMO i menedżer działu układu napędowego

Avinash Yarram – menedżer działu podwozia i dynamiki

Razem dążą do zrewolucjonizowania pojęcia wózka – z bariery ma stać się symbolem wolności, niezależności i inkluzywności. 

Projektowanie i budowa projektu CMD

CMD działa jako nakładka do tradycyjnych wózków, pozwalając użytkownikom radzić sobie z nierównym terenem, niewielkimi przeszkodami i schodami w warunkach zimowych. Zapewnia bezpieczeństwo i komfort użytkownika przez cały dzień na jednym ładowaniu, bez konieczności opuszczania wózka. Urządzenie można w razie potrzeby łatwo podłączać i odłączać, aby pokonać przeszkody na zewnątrz. Dzięki temu nie ma potrzeby kupowania nowego wózka, a rozmiar i masa dodatku pozostają minimalne. Rama została wykonana z kwadratowych profili aluminiowych – to mocne, a zarazem lekkie rozwiązanie; przeprowadzono szerokie analizy siłowe i ruchowe, aby zapewnić skuteczny projekt i integralność strukturalną.

Projekty CAD i schematy

Najczęściej używanym i najbardziej pomocnym oprogramowaniem w procesie projektowym był Solidworks – do wszystkich projektów mechanicznych i analizy MES (FEA). Do prac elektrycznych program RapidHarness pomógł uporządkować całą elektronikę i zaprojektować wiązkę elektryczną, a KiCad posłużył do tworzenia schematów elektrycznych.

Dobór właściwego Siłownika liniowego

Ponieważ CMD wymaga Klas szczelności IP odpowiednich do pracy na zewnątrz, możliwości heavy duty oraz Sprzężenia zwrotnego położenia, uznano, że PA-17-8-2000-POT – przemysłowy Siłownik liniowy – najlepiej pasuje do tej aplikacji. Model ten ma szczotkowy Silnik DC zasilany 12 VDC, obejmuje Sprzężenie zwrotne z potencjometru i oferuje 8" Skok z siłą znamionową 2000 lbs.

Nasz BRK-17 – ciężki uchwyt Montażowy – umożliwia pewny Montaż podczas instalacji. Siłownik służy do pochylania siedziska wózka, aby użytkownik był równoległy do podłoża podczas pokonywania schodów. W tym celu zastosowano mechanizm wywrotu (dump truck), jak zilustrowano poniżej.

Wybór mikrokontrolera i programowanie

Zespół początkowo planował użyć płytki STM32 Nucleo jako mikrokontrolera, jednak ostatecznie zdecydował się na Arduino Mega 2560, ponieważ wsparcie Arduino jest znacznie łatwiej dostępne i lepiej dopasowane do kompetencji zespołu. Oprogramowanie opracowano w języku C, aby umożliwić użytkownikowi łatwe sterowanie urządzeniem za pomocą dwóch drążków analogowych. Pozwala to uwolnić dłonie do intuicyjnego sterowania oraz zapewnić bezpieczeństwo i równowagę użytkownika podczas wspinania po schodach dzięki Sprzężeniu zwrotnemu z czujników. Czujniki podłączono do mikrokontrolera, zapewniając odpowiedni zapas Prądu i portów GPIO.

Zabezpieczenie układu elektrycznego i bezpieczniki

Obliczenia pojemności baterii doprowadziły zespół do wyboru akumulatora 35 Ah, 12 V od Fortress Scooters, zapewniającego więcej niż wystarczającą moc do dłuższej pracy. Połączenie akumulatorów równolegle zwiększyło całkowity czas działania urządzenia. 

Z uwagi na to, że CMD ma dużą moc i pobiera wysoki Prąd z akumulatorów kwasowo‑ołowiowych, istnieje ryzyko, że skoki Prądu uszkodzą kluczowe elementy elektryczne. Dlatego każdy główny element elektryczny połączony z akumulatorami jest najpierw podłączony do bezpiecznika o odpowiedniej wartości. Dodatkowo zainstalowano awaryjny wyłącznik odcinający jako funkcję bezpieczeństwa, umożliwiający użytkownikowi natychmiastowe zatrzymanie przepływu Prądu do całego CMD.

Testy i rezultaty końcowe CMD

Projekt CMD był nie tylko cennym doświadczeniem edukacyjnym, ale także impulsem do identyfikacji obszarów do ulepszeń projektowych. Niektóre decyzje wymusił ograniczony czas, inne – ograniczony budżet. Ostatecznie rzeczywiste wydatki wyniosły 2611,44 USD, czyli o 940,90 USD mniej niż początkowo zakładano dla CMD.  

Obecny prototyp CMD nie jest w stanie pokonywać krętych schodów. Jednak wraz z dalszym rozwojem kolejna wersja od Team CMD rozwiąże to ograniczenie poprzez zastosowanie dwóch mniejszych gąsienic, zwiększając zdolność do manewrowania po schodach i omijania przeszkód. Więcej szczegółów o projekcie CMD znajdziesz w raporcie PDF i na stronie Team CMD poniżej:

Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf

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

PODSUMOWANIE

Nasz PA-17-POT oferuje możliwości heavy duty ze Sprzężeniem zwrotnym położenia, odpowiednie do wielu zastosowań – w tym regulacji pochylenia siedziska wózków pokonujących schody. Dziękujemy Team CMD z University of Waterloo za podzielenie się Waszym znakomitym projektem!

Mamy nadzieję, że artykuł był dla Ciebie równie ciekawy i inspirujący jak dla nas – zwłaszcza jeśli szukasz pomysłów na modernizację wózków. Jeśli masz pytania lub chcesz porozmawiać o naszych produktach, skontaktuj się z nami! Jesteśmy ekspertami w tym, co robimy, i chętnie pomożemy w każdy możliwy sposób.

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