Indivíduos com mobilidade limitada ou inexistente nas pernas frequentemente precisam de dispositivos de mobilidade capazes de transitar por terrenos com superfícies irregulares, pequenos lances de escada, degraus isolados e condições de neve. Embora existam soluções de cadeira de rodas no mercado, elas muitas vezes não tratam adequadamente esses desafios ou são caras demais para muitos usuários que precisam de opções acessíveis. O projeto CMD (Collapsible Mobile Device) tem como objetivo oferecer aos usuários de cadeira de rodas soluções de mobilidade essenciais por um preço acessível, desenvolvendo um acessório para cadeira de rodas fortemente inspirado nas motos de neve contemporâneas. Neste artigo, apresentaremos os destaques do projeto de cadeira de rodas sobe-escadas da Team CMD que utiliza nosso atuador PA-17-POT!
Desafios do uso de cadeiras de rodas
Arshak Petrosyan manteve uma discussão detalhada com as partes interessadas Aaron e Emmanuel, focando nos desafios diários que eles enfrentam como estudantes universitários. Entre os principais desafios estão a dificuldade de operar cadeiras de rodas em condições climáticas adversas, navegar por lombadas e escadas e o custo proibitivo desses dispositivos. Notavelmente, cadeiras de rodas de alto padrão podem ultrapassar $8,000 CAD, enquanto variantes sobe-escadas existentes podem custar mais de $50,000 CAD. Para abordar esses desafios, a solução ideal incluiria:
- Capacidade de subir escadas para superar os obstáculos mais comuns enfrentados por usuários de cadeira de rodas.
- Autoequilíbrio para garantir que o assento da cadeira se nivele e se ajuste automaticamente com base no ângulo da escada, proporcionando conforto e segurança.
- Funcionalidade para clima de inverno, capaz de lidar com condições como as do clima canadense.
- Preços acessíveis que reduzam barreiras financeiras e promovam maior acessibilidade.
Formação da Team CMD
Para enfrentar os problemas descritos pelas partes interessadas, um grupo de estudantes de Engenharia da University of Waterloo formou a Team CMD. O CMD (Collapsible Mobile Device) é um projeto de design de quarto ano liderado por estudantes, com o objetivo de oferecer aos usuários de cadeira de rodas um futuro acessível que proporcione liberdade e conforto para transitar por qualquer terreno.
Nigel Fernandes - CEO e gerente do Departamento de Negócios
Abhi Gupta - CTO e gerente do Departamento de Elétrica e Controles
Mohamed Moustafa - Gerente do Departamento de Software
Arshak Petrosyan - CMO e gerente do Departamento de Trem de Força
Avinash Yarram - Gerente do Departamento de Chassi e Dinâmica
Juntos, estão comprometidos em revolucionar o conceito de cadeira de rodas, transformando-a de uma barreira em um símbolo de liberdade, independência e inclusão.
Projeto e fabricação do CMD
O CMD funciona como um acessório para cadeiras de rodas tradicionais, permitindo aos usuários lidar com terrenos irregulares, pequenas lombadas e escadas em condições de inverno. Ele mantém o usuário seguro e confortável por um dia inteiro com uma única carga, sem a necessidade de sair da cadeira. As funções do dispositivo permitem acoplá-lo e desacoplá-lo conforme necessário para superar obstáculos externos. Isso evita a necessidade de comprar uma nova cadeira de rodas e ajuda a manter o tamanho e o peso no mínimo. O chassi foi construído com tubos de alumínio quadrados como uma solução resistente, porém leve, e foi realizada uma ampla análise de forças e movimento para garantir um design eficaz e integridade estrutural.
Projetos CAD e esquemas
O software mais utilizado e útil durante o processo de design foi o SolidWorks para todos os projetos mecânicos e análise de elementos finitos (FEA). Para o trabalho elétrico, um software chamado RapidHarness ajudou a organizar toda a eletrônica e a desenvolver um chicote elétrico para a construção, enquanto o KiCad foi utilizado para todos os esquemas elétricos.
Encontrando o atuador linear ideal
Como o CMD exigirá graus de proteção IP adequados para uso externo, capacidades de alta resistência e Feedback posicional, o PA-17-8-2000-POT Atuador linear industrial foi considerado a melhor opção para a aplicação. Esse modelo possui um motor DC com escovas que opera a 12 VDC, inclui Feedback por potenciômetro e vem com um Recorrido de 8" classificado para lidar com 2000 lb de força.
Nosso BRK-17 suporte de montagem de alta resistência permite uma fixação segura durante a instalação. O atuador é utilizado para inclinar o assento da cadeira de rodas, de modo que o usuário possa ficar paralelo ao chão ao transpor escadas. Para isso, foi implementado um mecanismo de caminhão basculante, como ilustrado abaixo.
Seleção e programação do microcontrolador
A equipe planejou inicialmente usar a placa STM32 Nucleo como microcontrolador; porém, acabou utilizando o Arduino Mega 2560, já que o suporte do Arduino é significativamente mais disponível e alinhado ao conjunto de habilidades da equipe. O software foi desenvolvido na linguagem de programação C para permitir que os usuários controlem facilmente o dispositivo com dois joysticks analógicos. Isso libera as mãos do usuário para pilotar o mecanismo de direção intuitivo e, além disso, garante que o usuário permaneça seguro e equilibrado ao subir escadas por meio do Feedback dos sensores. Os sensores foram conectados ao microcontrolador com fornecimento de corrente adequado e portas GPIO suficientes para acomodá-los.
Proteção do sistema elétrico e fusíveis
Os cálculos de capacidade da bateria da equipe levaram à escolha de uma bateria de 35Ah e 12V da Fortress Scooters, fornecendo mais do que a potência necessária para uso prolongado. Por estarem conectadas em paralelo entre si, o tempo total de operação do dispositivo foi aumentado.
Considerando que o CMD é de alta potência e consome alta corrente das baterias de chumbo-ácido, há risco de picos de corrente danificarem componentes elétricos essenciais. Portanto, cada componente elétrico principal ligado às baterias é conectado primeiro a um fusível calibrado para o valor de corrente correto. Além disso, foi instalado um interruptor de desligamento de emergência como recurso de segurança, permitindo ao usuário interromper imediatamente o fluxo de corrente para todo o CMD.
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Componente elétrico |
Classificação do fusível |
Número de componentes |
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Motor CIM |
70 A (ação rápida) |
2 |
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Atuador linear PA-17-POT |
20 A (ação rápida) |
1 |
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Arduino Mega |
1 A (ação rápida) |
1 |
Testes e resultados finais do CMD
O projeto CMD não foi apenas uma experiência de aprendizado significativa, mas também um gatilho para identificar áreas de melhorias no design. Algumas decisões de design foram motivadas por limitações de tempo, enquanto outras foram influenciadas por um orçamento restrito. No fim, o valor real gasto foi de $2611.44, ou $940.90 a menos do que o custo inicialmente projetado para o CMD.
O protótipo atual do CMD não consegue navegar por escadas curvas. No entanto, com o desenvolvimento contínuo, a próxima versão da Team CMD abordará essa limitação incorporando duas esteiras menores, aprimorando sua capacidade de manobrar em escadas e contornar obstáculos. Para mais detalhes sobre o projeto CMD, confira o relatório final em PDF e o link para o site da Team CMD abaixo:
Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
EM RESUMO
Nosso PA-17-POT oferece capacidades de alta resistência com Feedback posicional, adequado para muitas aplicações, incluindo os ajustes de inclinação de cadeiras de rodas sobe-escadas. Obrigado à Team CMD da University of Waterloo por compartilhar seus projetos incríveis!
Esperamos que você tenha achado isto tão informativo e interessante quanto nós, especialmente se procurava ideias inspiradoras para atualizar cadeiras de rodas. Se tiver qualquer dúvida ou quiser falar mais sobre nossos produtos, não hesite em entrar em contato! Somos especialistas no que fazemos e teremos prazer em ajudar no que for possível.
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