Korzystanie z łazienki to codzienność, jednak osoby z ograniczoną mobilnością, urazami lub niepełnosprawnościami mogą mieć trudności ze standardowymi łazienkami. Co najwyżej standardowe łazienki sporadycznie mają poręcze lub szersze kabiny, ale to wciąż nie jest pełne rozwiązanie dla wszystkich użytkowników z problemami ruchowymi. Regulacja wysokości toalety oraz dostępność to konkretne obszary, które w większych przestrzeniach publicznych można by poprawić. Takie rozwiązania istnieją już dziś, jednak są stosowane głównie w prywatnych domach i nie są na tyle przystępne cenowo, by praktycznie wdrażać je w miejscach publicznych. W tym artykule opisujemy drogę zespołu RIT MSD Universal Lavatory Test Stand do stworzenia przystępnych cenowo, szybkich i łatwych w instalacji rozwiązań typu drop‑in dla regulowanych toalet, które mogą pomóc osobom z wyzwaniami w zakresie mobilności.
Przedstawienie zespołu
Znany także jako „A Toilet in Motion!”, Universal Lavatory Test Stand to projekt zespołowy studentów z Rochester Institute of Technology z różnych dziedzin inżynierii:
Robert Cho – inżynier mechanik i systemów
Aubrey Figoras – inżynier mechanik i projektant CAD
Chloe Cattadoris – inżynier produkcji i kierownik projektu
John Lowenhaupt – inżynier elektryk i koordynator
Zach Flickinger – inżynier elektryk i systemów
Manny Pizarro – inżynier mechanik i specjalista ds. zakupów
Pierwotne założenia projektu przedstawili Daniel Phillips i Stan Rickel z RIT LiveAbility Lab, którzy chcieli stworzyć dostępną toaletę dostosowaną do użytkowników z problemami ruchowymi. Celem było opracowanie ruchomej toalety, która w pozycji domyślnej spełniałaby standardy ADA, a jednocześnie mogłaby być regulowana (ręcznie i automatycznie) na wysokość, aby odpowiadać potrzebom każdego użytkownika. Dzięki wsparciu programu RIT Multidisciplinary Senior Design zespół spędził pierwszy semestr na identyfikacji wymagań klientów, analizie rozwiązań dostępnych na rynku i opracowaniu wstępnego projektu systemu.
Planowanie i projektowanie systemu
System mechaniczny zaprojektowano w SolidWorks, a schematy elektryczne w Altium. Jako bazę projektu mechanicznego wybrano Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier, który mógł wspierać wiszącą toaletę American Standard i miał udźwig 500 lbs. Szacowane łączne obciążenie obejmowało stelaż toalety o masie 77 lbs, około 50 lbs dla samej toalety oraz do 350 lbs, aby uwzględnić osobę z 99. centyla.
Ponieważ obciążenie było wspornikowe, projekt wymagał prowadnic, które pomogą skompensować powstający moment. Analiza wytrzymałościowa przeprowadzona przez zespół wykazała, że dwie prowadnice z węglowej stali 1566 o średnicy 1-1/2" wystarczą, by przenieść obciążenie bez uplastycznienia wskutek zginania lub zmęczenia materiału.
Wycinanie drewnianych elementów
Większość prac wykonano w przestrzeni makerspace The Construct na kampusie RIT, wspierającej studentów RIT w projektach własnych i zajęciowych. Wszystkie drewniane elementy otaczające stelaż toalety, a także górna i dolna belka ramy, zostały wykonane na frezarce CNC ShopSabre ze względu na wymaganą precyzję i złożoność otworów.
Zespół zaprojektował zestaw drewnianych desek, do których można było zamocować stelaż toalety. Deski te musiały również pomieścić cztery wytrzymałe liniowe łożyska kulkowe poruszające się po prowadnicach oraz zapewnić miejsce do montażu siłowników. Jako materiał wybrano sosnową deskę o grubości 1" z Lowe's. Dzięki frezarce CNC zespół mógł wyciąć z panelu sosnowego o grubości 1" wymagane części systemu stelaża toalety.
Rama systemu została wykonana z tarcicy 2x12, a boczne słupki podwojone dla zwiększenia wytrzymałości. W ramach tej konstrukcji zespół zaprojektował niestandardowe górną i dolną belkę, do których miały być mocowane prowadnice. Te części wykonane na CNC dla dołu i góry ramy Universal Lavatory Test Stand widać na poniższym zdjęciu; górny element to nadbelka ramy, do której zostaną zamontowane siłowniki liniowe.
Wybór odpowiednich siłowników liniowych
Na potrzeby tego projektu siłowniki liniowe dobrano w oparciu o trzy główne czynniki:
- prędkość ruchu
- dynamiczne obciążenie
- długość skoku
Zespół potrzebował prędkości na tyle wysokiej, by praca była szybka, ale jednocześnie bezpiecznej dla ludzi, oraz zakresu ruchu około 24". Po licznych analizach najlepszą opcją spełniającą wymagania okazał się PA-17-24-850. Choć jeden siłownik bez problemu udźwignąłby całe obciążenie 500 lbs, zdecydowano się na zastosowanie dwóch siłowników dla redundancji.
Proces montażu
Gdy wszystkie części zostały wykonane i docięte do odpowiednich długości, zespół zmontował system stelaża toalety. Wprasowując łożyska w drewniane deski i skręcając adaptery łożysk, udało się „uwięzić” łożyska we frezowanych płytach CNC.
Pozostałą część ramy docięto piłą ramieniową i zmontowano przy użyciu wiertarki ręcznej oraz wkrętów. Dodatkowy montaż wykonano za pomocą śrub o średnicy 1/2", nakrętek samohamownych typu Nylock i kluczy nasadowych.
Następnie gotowy (COTS – commercial-off-the-shelf) stelaż toalety zamocowano między dwiema drewnianymi deskami wykonanymi na CNC, tworząc kompletny system stelaża toalety.
Od tego momentu liniowe prowadnice zostały przepchnięte przez łożyska, a na obu końcach zamocowano kołnierze. Następnie zespół złożył ramę wokół stelaża toalety, montując kołnierze prowadnic w górnej i dolnej belce ramy. Po zakończeniu tego etapu na podłodze udało się postawić cały system i przytwierdzić go do ściany za pomocą stalowych kątowników oraz uchwytów montażowych BRK-17.
Dwa siłowniki PA-17 zamontowano na końcu, przykręcając ich otwory montażowe do uchwytów montażowych na górnej belce ramy, wysuwając je do pełnej długości i mocując do podstawy systemu stelaża toalety. Po dokładnych konsultacjach z profesorem i mentorem zespołu z programu RIT Multidisciplinary Senior Design uznano, że poza przełącznikiem kołyskowym pozostała elektronika nie jest konieczna do instalacji, ze względu na ostateczną decyzję o rezygnacji z pierwotnie planowanego systemu sterowania. Zmontowane Universal Lavatory Test Stand, teraz z siłownikami PA-17 okablowanymi do przełącznika kołyskowego, widać poniżej.
Ostateczne testy i wyniki
Ostatecznie zespół nie zdążył wdrożyć regulatorów prędkości AC-26-30, ponieważ błędnie zrozumiał ich działanie. Wcześniej próbowano uruchamiać te regulatory z urządzeniami przełączającymi po stronie wejściowej, jednak aby działały poprawnie, urządzenia przełączające muszą być po stronie wyjściowej. W efekcie regulatory prędkości działały perfekcyjnie w jednym kierunku, ale po odwróceniu polaryzacji już nie. Z powodu braku czasu na diagnozę i przeprojektowanie systemu zespół musiał zrezygnować z tej funkcji i pozostawić użytkownikowi sterowanie pojedynczym przełącznikiem kołyskowym.
Ograniczenia czasowe sprawiły również, że system elektryczny zawierający Arduino Uno i RFID do zaprogramowanych wysokości nie został wdrożony i na razie pozostał jedynie koncepcją teoretyczną. Zespół z powodzeniem przeprowadził testy obciążenia i ruchu ukończonego Universal Lavatory Test Stand przy obciążeniu 350 lbs, potwierdzając prawidłowe działanie.
PODSUMOWANIE
Pomimo wyzwań, takich jak ograniczone finansowanie, wiedza tematyczna i doświadczenie branżowe, zespół RIT MSD Universal Lavatory Test Stand ostatecznie zdołał ukończyć montaż projektu. Zespół jest również wdzięczny za możliwość urzeczywistnienia pomysłów LiveAbility Lab i dziękuje Markowi Minunniemu za wsparcie projektowe oraz cenne, praktyczne wskazówki na przyszłość.
Dziękujemy zespołowi RIT MSD Universal Lavatory Test Stand za podzielenie się projektem i pokazanie, jak ważne w realnych przedsięwzięciach są czas i budżet! Więcej materiałów z Rochester Institute of Technology znajdziesz na Youtube, Facebooku i Instagramie! Jeśli masz pytania dotyczące naszych elektrycznych siłowników liniowych lub chcesz porozmawiać o innych 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
