Usar o banheiro faz parte do dia a dia de todos; no entanto, usuários com limitações de mobilidade, lesões ou deficiências podem achar desafiador usar o banheiro padrão. No máximo, banheiros padrão podem, ocasionalmente, contar com corrimãos ou cabines mais largas; porém, isso ainda não é uma solução completa para todos os usuários com problemas de mobilidade. A ajustabilidade da altura do vaso sanitário e a acessibilidade são áreas específicas que ambientes públicos maiores poderiam aprimorar. Essas soluções existem hoje; contudo, são usadas principalmente em ambientes residenciais privados e não são acessíveis para uso prático em ambientes públicos. Neste artigo, apresentamos a jornada da equipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand para criar soluções acessíveis, rápidas e simples de instalar para vasos sanitários ajustáveis que podem ajudar pessoas com desafios de mobilidade.
Apresentação da equipe
Também conhecido como “Um vaso sanitário em movimento!”, o Universal Lavatory Test Stand é um projeto em equipe de estudantes do Rochester Institute of Technology, de várias áreas da engenharia:
Robert Cho – Engenheiro Mecânico e de Sistemas
Aubrey Figoras – Engenheiro Mecânico e Designer CAD
Chloe Cattadoris – Engenheira de Produção e Gerente de Projetos
John Lowenhaupt – Engenheiro Eletricista e Facilitador
Zach Flickinger – Engenheiro Eletricista e de Sistemas
Manny Pizarro – Engenheiro Mecânico e Comprador
A proposta original do projeto foi apresentada por Daniel Phillips e Stan Rickel do RIT LiveAbility Lab, que buscavam criar um lavatório acessível que pudesse acomodar usuários com problemas de mobilidade. O objetivo era desenvolver um vaso sanitário móvel que atendesse às normas da ADA quando em posição doméstica, mas que também pudesse ser ajustado (tanto manual quanto automaticamente) em altura para atender às necessidades de qualquer usuário. Sob a orientação do programa Multidisciplinary Senior Design da RIT, a equipe passou o primeiro semestre identificando os requisitos do cliente, comparando produtos existentes e desenvolvendo um projeto preliminar do sistema.
Planejamento e projeto do sistema
O sistema mecânico foi projetado usando o SolidWorks, enquanto os esquemas elétricos foram projetados no Altium. Como base do projeto mecânico, eles optaram por usar o Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier, que podia suportar um vaso sanitário de parede da American Standard e era classificado para capacidade de 500 lbs. A carga total estimada incluía o suporte do vaso de 77 lbs, aproximadamente 50 lbs para o vaso sanitário e até 350 lbs para acomodar uma pessoa do 99º percentil.
Como a carga estava em balanço, o projeto exigia trilhos-guia para ajudar a contrabalançar o momento induzido. Uma análise de tensões realizada pela equipe ajudou a determinar que dois trilhos‑guia de aço carbono 1566 com 1-1/2" de diâmetro seriam suficientes para suportar a carga sem escoar devido à flexão ou fadiga.
Corte das peças de madeira
Grande parte da construção foi concluída no makerspace The Construct, localizado no campus da RIT e dedicado a apoiar estudantes da RIT em projetos pessoais e acadêmicos. Todas as peças de madeira ao redor do suporte do vaso, bem como a travessa superior e a travessa inferior da estrutura, foram fabricadas em uma roteadora CNC ShopSabre, devido à precisão e à complexidade dos furos necessários.
A equipe projetou um conjunto de pranchas de madeira às quais o suporte do vaso sanitário poderia ser fixado. Essas pranchas de madeira também precisavam incorporar quatro rolamentos lineares de esferas robustos para deslizar nos trilhos‑guia e oferecer uma área para a montagem de atuadores. O material selecionado para isso foi uma tábua de pinho de 1" de espessura da Lowe's. Usando uma roteadora CNC, a equipe conseguiu cortar um painel de projeto em pinho de 1" de espessura nas peças necessárias para o sistema do suporte do vaso sanitário.
A estrutura do sistema foi feita com madeira dimensional 2x12, com os montantes laterais da estrutura duplicados para maior resistência. Como parte dessa estrutura, a equipe projetou travessas superior e inferior personalizadas, nas quais os trilhos‑guia seriam montados. Essas peças usinadas em CNC para a parte inferior e superior da estrutura do Universal Lavatory Test Stand podem ser vistas na imagem abaixo, em que a peça superior é a travessa superior da estrutura na qual os atuadores lineares serão montados.
Escolhendo atuadores lineares adequados
Para este projeto, os atuadores lineares foram selecionados cuidadosamente com base em três fatores principais:
- Velocidade de deslocamento
- capacidade de carga dinâmica
- comprimento do Recorrido
A equipe precisava de uma Velocidade relativamente alta, mas também segura para uso humano, e de uma faixa de movimento de aproximadamente 24". Após muita pesquisa, eles concluíram que o PA-17-24-850 era a melhor opção para atender aos requisitos. Embora um atuador fosse perfeitamente capaz de suportar toda a carga de 500 lbs, dois atuadores foram escolhidos para garantir redundância.
O processo de montagem
Quando todas as peças foram fabricadas e cortadas nos comprimentos apropriados, a equipe montou o sistema do suporte do vaso sanitário. Ao pressionar os rolamentos nas pranchas de madeira e aparafusar os adaptadores de rolamento, a equipe conseguiu deixar seus rolamentos “presos” dentro das pranchas fresadas em CNC.
O restante da estrutura foi cortado com uma serra de braço radial e montado com uma furadeira manual e parafusos. Quaisquer montagens adicionais foram concluídas usando parafusos de 1/2" de diâmetro, porcas Nyloc e chaves de soquete.
Em seguida, um suporte de vaso sanitário COTS (commercial-off-the-shelf) foi fixado entre as duas pranchas de madeira usinadas em CNC para formar um sistema de suporte de vaso sanitário montado.
A partir daqui, os trilhos‑guia lineares foram passados pelos rolamentos e receberam flanges em cada extremidade. A equipe então montou a estrutura ao redor do suporte do vaso sanitário, com as flanges dos trilhos‑guia fixadas na travessa superior e na travessa inferior da estrutura. Concluída essa etapa no chão, foi possível erguer todo o sistema e fixá‑lo à parede com suportes em ângulo de aço e suportes de montagem BRK-17.
Os dois atuadores PA-17 foram instalados por último, fixando seus orifícios de montagem aos suportes de montagem na travessa superior da estrutura, estendendo-os até seu comprimento máximo e prendendo-os à base do sistema do suporte do vaso sanitário. Após ampla discussão com o professor da equipe e mentor do programa Multidisciplinary Senior Design da RIT, considerou-se desnecessária a instalação de outros eletrônicos além do interruptor basculante, devido à decisão final de não implementar o sistema de controle originalmente planejado. O Universal Lavatory Test Stand montado, agora com atuadores PA-17 conectados a um interruptor basculante, pode ser visto abaixo.
Testes finais e resultados
No fim, a equipe não conseguiu implementar a tempo os controladores de Velocidade AC-26-30, pois entendeu incorretamente como os controladores de Velocidade funcionam. Anteriormente, a equipe tentou operar esses controladores de Velocidade com seus dispositivos de comutação no lado de entrada; no entanto, os dispositivos de comutação precisam estar no lado de saída para funcionar corretamente. Por isso, seus controladores de Velocidade funcionaram perfeitamente em uma direção, mas a inversão da polaridade não funcionou. Sem tempo suficiente para depurar e redesenhar o sistema, a equipe teve que deixar esse recurso de lado e trabalhar com um único interruptor basculante para o controle do usuário.
As restrições de tempo também fizeram com que o sistema elétrico contendo o Arduino Uno e RFID para alturas predefinidas não fosse implementado no sistema e, por ora, ficasse apenas como trabalho totalmente teórico. A equipe conseguiu realizar com sucesso testes de peso e movimento do Universal Lavatory Test Stand concluído com 350 lbs de Carga aplicada para verificar o funcionamento adequado.
EM RESUMO
Apesar de desafios como falta de financiamento suficiente, conhecimento específico e experiência na indústria, a equipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand conseguiu concluir a montagem do projeto. A equipe também é grata por ter tido a oportunidade de dar vida às ideias do LiveAbility Lab e agradece a Mark Minunni por toda a orientação no projeto e conselhos práticos para o futuro.
Obrigado à equipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand por compartilhar seu projeto e mostrar o quanto tempo e dinheiro são realmente importantes em projetos do mundo real! Para ver mais do Rochester Institute of Technology, confira no Youtube, Facebook e Instagram! Se você tiver qualquer dúvida sobre nossos atuadores lineares elétricos ou desejar conversar mais sobre nossos outros produtos, não hesite em entrar em contato conosco! Somos especialistas no que fazemos e teremos prazer em ajudar no que for possível.
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