Ľudia s obmedzenou alebo žiadnou pohyblivosťou nôh často potrebujú mobilné zariadenia, ktoré si poradia s nerovným terénom, menšími schodiskami, jednotlivými schodmi a zasneženými podmienkami. Hoci sú na trhu dostupné riešenia pre invalidné vozíky, často tieto výzvy dostatočne neriešia alebo sú príliš drahé pre mnohých používateľov, ktorí potrebujú cenovo dostupné možnosti. Projekt CMD (Collapsible Mobile Device – skladateľné mobilné zariadenie) si kladie za cieľ ponúknuť používateľom invalidných vozíkov zásadné riešenia mobility za dostupnú cenu tým, že vyvíja nadstavbu na vozík inšpirovanú modernými snežnými skútrami. V tomto článku predstavíme hlavné momenty projektu schodoleziaceho vozíka tímu CMD, ktorý používa náš aktuátor PA-17-POT!
Výzvy pri používaní invalidných vozíkov
Arshak Petrosyan viedol detailnú diskusiu so stakeholdermi Aaronom a Emmanuelom, zameranú na každodenné výzvy, ktorým čelia ako vysokoškolskí študenti. Medzi hlavné problémy patria náročná obsluha vozíkov v nepriaznivom počasí, prekonávanie nerovností a schodov a tiež vysoké náklady na tieto zariadenia. Špičkové invalidné vozíky môžu presiahnuť $8,000 CAD a existujúce schodoleziace varianty môžu stáť viac ako $50,000 CAD. Aby sa tieto výzvy riešili, ideálne riešenie by zahŕňalo:
- Schopnosť zdolávať schody, aby sa prekonali najčastejšie prekážky, ktorým používatelia invalidných vozíkov čelia.
- Samovyvažovanie, aby sa sedadlo vozíka samo vyrovnávalo a automaticky prispôsobovalo podľa uhla schodov pre pohodlie a bezpečnosť.
- Funkčnosť pre zimné podmienky, aby si poradila s podmienkami, ako je kanadské počasie.
- Dostupné cenové hladiny, ktoré znižujú finančné bariéry a zlepšujú prístupnosť.
Vznik tímu CMD
Aby sa riešili problémy, ktoré opísali stakeholderi, skupina študentov inžinierstva z University of Waterloo vytvorila tím CMD. CMD (Collapsible Mobile Device) je študentský dizajnový projekt štvrtého ročníka s cieľom poskytnúť používateľom invalidných vozíkov cenovo dostupnú budúcnosť, ktorá ponúka slobodu a komfort pri pohybe v akomkoľvek teréne.
Nigel Fernandes – CEO a manažér oddelenia obchodu
Abhi Gupta – CTO a manažér oddelenia elektro a riadenia
Mohamed Moustafa – manažér softvérového oddelenia
Arshak Petrosyan – CMO a manažér oddelenia pohonného ústrojenstva
Avinash Yarram – manažér oddelenia podvozku a dynamiky
Spoločne sa snažia zrevolučniť koncept invalidného vozíka a zmeniť ho z bariéry na symbol slobody, nezávislosti a inkluzívnosti.
Návrh a výroba projektu CMD
CMD funguje ako nadstavba k tradičným invalidným vozíkom a umožňuje používateľom zvládať nerovný terén, menšie nerovnosti a schody aj v zimných podmienkach. Udržuje používateľa v bezpečí a pohodlí počas celého dňa na jedno nabitie bez potreby opustiť vozík. Funkcie zariadenia umožňujú podľa potreby jednoduché pripojenie a odpojenie, aby sa dali prekonávať vonkajšie prekážky. Tým odpadá potreba kupovať nový vozík a pomáha to udržať rozmery a hmotnosť na minime. Rám bol vyrobený zo štvorcových hliníkových profilov ako pevné, no ľahké riešenie; prebiehali rozsiahle analýzy síl a pohybu, aby sa zabezpečil efektívny návrh a štrukturálna integrita.
CAD návrhy a schémy
Najčastejšie používaným a najužitočnejším softvérom počas návrhového procesu bol Solidworks pre všetky mechanické návrhy a metódu konečných prvkov (FEA). Na elektropráce pomohol softvér RapidHarness zorganizovať všetku elektroniku a navrhnúť elektrický zväzok pre zostavu, zatiaľ čo KiCad sa použil na všetky elektrické schémy.
Ako nájsť správny lineárny aktuátor
Nakoľko CMD bude vyžadovať pre vonkajšie použitie vhodné krytie IP, schopnosti pre ťažkú prevádzku a polohovú spätnú väzbu, PA-17-8-2000-POT priemyselný lineárny aktuátor sa ukázal ako najvhodnejší pre túto aplikáciu. Tento model má kefkový jednosmerný motor, ktorý pracuje na 12 VDC, obsahuje spätnú väzbu z potenciometra a ponúka zdvih 8", dimenzovaný na silu 2000 lbs.
Náš BRK-17 montážny držiak pre ťažké použitie umožňuje bezpečnú montáž počas inštalácie. Aktuátor sa používa na nakláňanie sedadla vozíka tak, aby bol používateľ pri prechádzaní schodov rovnobežný so zemou. Na tento účel bol implementovaný mechanizmus sklápača, ako je znázornené nižšie.
Výber a programovanie mikrokontroléra
Tím pôvodne plánoval použiť ako mikrokontrolér dosku STM32 Nucleo, napokon však zvolil Arduino Mega 2560, keďže podpora pre Arduino je výrazne dostupnejšia a zodpovedá zručnostiam tímu. Softvér bol vyvinutý v programovacom jazyku C, aby používatelia mohli zariadenie jednoducho ovládať dvoma analógovými joystickmi. To umožňuje mať ruky voľné na intuitívne riadenie a zároveň vďaka spätnej väzbe zo senzorov zaistiť bezpečnosť a rovnováhu pri zdolávaní schodov. Senzory boli pripojené k mikrokontroléru s dostatočným napájaním prúdom a portami GPIO.
Ochrana elektrického systému a poistky
Výpočty kapacity batérie tímu viedli k výberu batérie 35 Ah, 12 V od Fortress Scooters, ktorá poskytuje viac než dostatok energie na dlhodobé používanie. Paralelné zapojenie medzi sebou zvýšilo celkový čas prevádzky zariadenia.
Keďže CMD je výkonné zariadenie a odoberá vysoký prúd z olovených akumulátorov, existuje riziko, že prúdové špičky poškodia dôležité elektrické komponenty. Preto je každý dôležitý elektrický komponent pripojený k batériám najprv cez poistku so správnou prúdovou hodnotou. Navyše bol nainštalovaný núdzový odpojovací spínač ako bezpečnostný prvok, ktorý používateľovi umožňuje okamžite zastaviť tok prúdu do všetkých súčastí CMD.
|
Elektrická súčasť |
Menovitá hodnota poistky |
Počet súčastí |
|
Motor CIM |
70 A (rýchlotavná) |
2 |
|
Lineárny aktuátor PA-17-POT |
20 A (rýchlotavná) |
1 |
|
Arduino Mega |
1 A (rýchlotavná) |
1 |
Testovanie a záverečné výsledky CMD
Projekt CMD nebol len významnou skúsenosťou s učením, ale aj impulzom na identifikáciu oblastí pre zlepšenie dizajnu. Niektoré rozhodnutia boli ovplyvnené časovými obmedzeniami, iné zas obmedzeným rozpočtom. Napokon sa reálne výdavky vyšplhali na $2611.44, čo je o $940.90 menej, než bola pôvodne plánovaná cena pre CMD.
Aktuálny prototyp CMD nedokáže prechádzať točité/zakrivené schody. S ďalším vývojom však ďalšia verzia od tímu CMD túto limitáciu odstráni integráciou dvoch menších pásov, čím sa zlepší schopnosť manévrovať na schodoch a obchádzať prekážky. Ďalšie podrobnosti o projekte CMD nájdete v PDF záverečnej správe a v odkaze na webovú stránku tímu CMD nižšie:
Záverečná správa – schodoleziaci invalidný vozík Waterloo.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
ZHRNUTIE
Náš PA-17-POT ponúka schopnosti pre ťažkú prevádzku s polohovou spätnou väzbou, vhodné pre mnohé aplikácie vrátane naklápania sedadiel schodoleziacich vozíkov. Ďakujeme tímu CMD z University of Waterloo za zdieľanie vašich úžasných projektov!
Dúfame, že ste to našli rovnako poučné a zaujímavé ako my, najmä ak hľadáte inšpiratívne nápady na vylepšenie invalidných vozíkov. Ak máte akékoľvek otázky alebo by ste chceli ďalej diskutovať o našich produktoch, neváhajte nás kontaktovať! Sme odborníci v tom, čo robíme, a radi vám pomôžeme, ako len budeme môcť.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123