Používanie toalety je bežnou súčasťou každého dňa; pre ľudí s obmedzenou mobilitou, zraneniami či zdravotným postihnutím však môže byť štandardná kúpeľňa náročná. V lepšom prípade majú štandardné toalety občas madlá alebo širšie kabínky, no ani to nie je úplné riešenie pre všetkých používateľov s problémami mobility. Nastaviteľná výška toalety a jej prístupnosť sú konkrétne oblasti, v ktorých by väčšie verejné priestory mohli urobiť pokrok. Tieto riešenia dnes existujú; využívajú sa však najmä v súkromí domácností a nie sú cenovo dostupné pre praktické použitie vo verejnom prostredí. V tomto článku prinášame cestu tímu RIT MSD Universal Lavatory Test Stand za vytvorením cenovo dostupných, rýchlych a jednoduchých „drop‑in“ riešení pre výškovo nastaviteľné toalety, ktoré môžu pomôcť ľuďom s obmedzenou pohyblivosťou.
Predstavenie tímu
Známy aj ako „Toaleta v pohybe!“, Universal Lavatory Test Stand je tímový projekt študentov z Rochester Institute of Technology z rôznych technických odborov:
Robert Cho – strojár a systémový inžinier
Aubrey Figoras – strojár a CAD dizajnér
Chloe Cattadoris – priemyselná inžinierka a projektová manažérka
John Lowenhaupt – elektrotechnik a koordinátor
Zach Flickinger – elektrotechnik a systémový inžinier
Manny Pizarro – strojár a nákupca
Pôvodný podnet na projekt priniesli Daniel Phillips a Stan Rickel z RIT LiveAbility Lab, ktorí chceli vytvoriť prístupnú toaletu pre používateľov s obmedzenou mobilitou. Cieľom bolo vyvinúť pohyblivú toaletu, ktorá v domácej polohe spĺňa štandardy ADA, no zároveň ju možno (manuálne aj automaticky) výškovo prispôsobiť potrebám každého používateľa. S vedením programu RIT Multidisciplinary Senior Design strávil tím prvý semester určovaním požiadaviek zákazníkov, porovnávaním existujúcich produktov a prípravou predbežného návrhu systému.
Plánovanie a návrh systému
Mechanický systém bol navrhnutý v SolidWorks, zatiaľ čo elektroschémy vznikli v Altium. Ako základ mechanického návrhu si zvolili Watts ISCA-101-R IS Cast Iron Single Closet Carrier, ktorý dokáže niesť na stenu montovanú toaletu American Standard a je hodnotený na kapacitu 500 lbs. Odhadované celkové zaťaženie zahŕňalo 77 lbs nosič toalety, približne 50 lbs pre toaletu a až 350 lbs na pokrytie 99. percentilu ľudskej hmotnosti.
Keďže zaťaženie bolo vyložené, návrh vyžadoval vodiace koľajnice na kompenzáciu vzniknutého momentu. Napäťová analýza, ktorú vykonal tím, ukázala, že dve vodiace koľajnice z uhlíkovej ocele 1566 s priemerom 1-1/2" budú postačovať na nesenie zaťaženia bez prekročenia medze klzu vplyvom ohybu alebo únavy.
Rezanie drevených dielov
Väčšina zostavy bola dokončená v makerspace The Construct na kampuse RIT, ktorý podporuje študentov RIT pri osobných aj školských projektoch. Všetky drevené diely okolo nosiča toalety, rovnako ako horný a spodný diel rámu, sa vyrábali na ShopSabre CNC fréze pre požadovanú presnosť a zložitosť otvorov.
Tím navrhol súpravu drevených líšt, na ktoré sa dal nosič toalety uchytiť. Tieto lišty museli tiež pojať štyri ťažkoodné lineárne guľkové ložiská na pojazd po vodiacich koľajniciach a poskytnúť miesto na montáž aktuátorov. Zvoleným materiálom bola borovicová doska hrúbky 1" od Lowe's. Pomocou CNC frézy dokázal tím rozrezať borovicový projektový panel hrúbky 1" na požadované časti pre systém nosiča toalety.
Rám systému bol z rozmerového reziva 2x12, pričom bočné stojky rámu boli kvôli pevnosti zdvojené. Ako súčasť tohto rámu tím navrhol vlastný horný a spodný diel, na ktoré sa pripevnia vodiace koľajnice. Tieto CNC obrábané diely spodnej a hornej časti rámu Universal Lavatory Test Stand vidno na obrázku nižšie; horný diel je horná priečka rámu, z ktorej sa budú montovať lineárne aktuátory.
Výber vhodných lineárnych aktuátorov
Pre tento projekt boli lineárne aktuátory starostlivo vybrané na základe troch hlavných faktorov:
- rýchlosť pohybu
- dynamická kapacita zaťaženia
- dĺžka zdvihu
Tím potreboval rýchlosť, ktorá je relatívne vysoká, no zároveň bezpečná pre ľudí, a rozsah pohybu približne 24". Po rozsiahlej analýze našli PA-17-24-850 ako najlepšiu voľbu pre svoje požiadavky. Hoci by jeden aktuátor bol úplne schopný uniesť celé zaťaženie 500 lbs, kvôli redundancii zvolili dva aktuátory.
Proces montáže
Keď boli všetky diely vyrobené a zrezané na vhodné dĺžky, tím zmontoval systém nosiča toalety. Zatlačením ložísk do drevených líšt a zoskrutkovaním adaptérov ložísk dokázali ložiská „zachytiť“ tak, aby zostali vo vnútri líšt frézovaných na CNC.
Zvyšok rámu sa rezal pomocou radiálnej ramenovej píly a montoval ručnou vŕtačkou a skrutkami. Všetky dodatočné montáže boli dokončené pomocou skrutiek s priemerom 1/2", nylock matíc a nástavcových kľúčov.
Následne bol medzi obe CNC obrábané drevené lišty upevnený COTS (commercial‑off‑the‑shelf, bežne dostupný) nosič toalety, čím vznikol zostavený systém nosiča toalety.
Odtiaľ sa vodiace koľajnice pretlačili cez ložiská a na ich konce sa pripevnili príruby. Tím potom zmontoval rám okolo nosiča toalety, pričom príruby vodiacich koľajníc boli uložené do horného a spodného dielu rámu. Po dokončení tohto kroku na podlahe dokázali celý systém postaviť a pripevniť k stene oceľovými uholníkmi a montážnymi držiakmi BRK-17.
Dva aktuátory PA-17 boli namontované ako posledné: ich montážne otvory sa pripevnili k montážnym držiakom na hornej priečke rámu, aktuátory sa vysunuli na plnú dĺžku a pripevnili k základni systému nosiča toalety. Po dôkladnej konzultácii s profesorom tímu a mentorom z programu RIT Multidisciplinary Senior Design sa iná elektronika než kolískový vypínač považovala za zbytočnú, keďže padlo konečné rozhodnutie neimplementovať pôvodne plánovaný riadiaci systém. Zostavený Universal Lavatory Test Stand, teraz s aktuátormi PA‑17 zapojenými na kolískový vypínač, vidno nižšie.
Záverečné testy a výsledky
Napokon sa tímu nepodarilo včas implementovať regulátory rýchlosti AC-26-30, keďže nesprávne pochopili ich fungovanie. Predtým sa pokúšali tieto regulátory prevádzkovať s prepínacími prvkami na vstupe, avšak prepínacie prvky musia byť na výstupe, aby pracovali správne. Kvôli tomu ich regulátory rýchlosti fungovali bezchybne jedným smerom, ale pri zmene polarity nepracovali. Keďže nebolo dosť času na ladenie a prepracovanie systému, musel tím túto funkciu vynechať a na ovládanie používateľa použiť jediný kolískový vypínač.
Časové obmedzenia tiež spôsobili, že elektrický systém obsahujúci Arduino Uno a RFID pre prednastavené výšky nebol do zostavy implementovaný a zatiaľ zostal čisto teoretickou prácou. Tím však úspešne vykonal záťažové a pohybové testy dokončeného Universal Lavatory Test Stand s aplikovaným zaťažením 350 lbs na overenie správnej prevádzky.
ZHRNUTIE
Napriek výzvam, ako je nedostatok financií, špecifických znalostí a priemyselnej praxe, sa tímu RIT MSD Universal Lavatory Test Stand napokon podarilo dokončiť montáž projektu. Tím je zároveň vďačný za príležitosť oživiť myšlienky LiveAbility Lab a ďakuje Markovi Minunnimu za vedenie projektu a praktické rady do budúcnosti.
Ďakujeme tímu RIT MSD Universal Lavatory Test Stand za zdieľanie projektu a ukážku, aké dôležité sú v reálnych projektoch čas a peniaze! Ak chcete vidieť viac z Rochester Institute of Technology, pozrite si ich na Youtube, Facebook a Instagram! Ak máte otázky k našim elektrickým lineárnym aktuátorom alebo sa chcete porozprávať o ďalších produktoch, neváhajte nás kontaktovať! Sme odborníci v tom, čo robíme, a radi vám pomôžeme, ako len vieme.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123
