Posamezniki z omejeno ali brez gibljivosti nog pogosto potrebujejo pripomočke za mobilnost, ki zmorejo premagovati neravne terene, manjša stopnišča, posamične stopnice in zasnežene razmere. Čeprav so rešitve z invalidskimi vozički na voljo na trgu, pogosto ne naslavljajo ustrezno teh izzivov ali pa so za mnoge uporabnike, ki potrebujejo cenovno dostopne rešitve, preprosto predrage. Projekt CMD (Collapsible Mobile Device – zložljiva mobilna naprava) si prizadeva invalidskim vozičkarjem zagotoviti ključne rešitve mobilnosti po dostopni ceni z razvojem nastavka za voziček, močno navdihnjenega s sodobnimi snežnimi sanmi. V tem članku predstavljamo ključne poudarke projekta invalidskega vozička za vzpenjanje po stopnicah ekipe CMD, ki uporablja naš aktuator PA-17-POT!
Izzivi uporabe invalidskih vozičkov
Arshak Petrosyan se je podrobno pogovoril z deležnikoma Aaronom in Emmanuelom, pri čemer se je osredotočil na vsakodnevne izzive, s katerimi se soočata kot študenta. Med glavne težave sodijo zahtevno upravljanje vozičkov v slabem vremenu, premagovanje neravnin in stopnic ter pretirano visoki stroški teh naprav. Najdražji vozički lahko presegajo 8.000 CAD, obstoječe različice za vzpenjanje po stopnicah pa stanejo več kot 50.000 CAD. Da bi te izzive naslovili, bi morala idealna rešitev vključevati:
- Zmožnost vzpenjanja po stopnicah, da se premagajo najpogostejše ovire, s katerimi se srečujejo uporabniki vozičkov.
- Samo-uravnoteženje, da se sedež vozička uravnoteži in se samodejno prilagaja glede na kot stopnic za udobje in varnost.
- Delovanje v zimskih razmerah, da se spopade s pogoji, kot so kanadske zime.
- Cenovno dostopne cene, ki zmanjšujejo finančne ovire in spodbujajo večjo dostopnost.
Nastanek ekipe CMD
Da bi naslovili težave, ki so jih opisali deležniki, je skupina študentov inženirstva z Univerze Waterloo ustanovila ekipo CMD. CMD (Collapsible Mobile Device) je študentski projekt četrtega letnika, katerega cilj je uporabnikom invalidskih vozičkov ponuditi cenovno ugodno prihodnost, ki prinaša svobodo in udobje pri navigaciji po vsakem terenu.
Nigel Fernandes – izvršni direktor (CEO) in vodja poslovnega oddelka
Abhi Gupta – tehnični direktor (CTO) in vodja oddelka za elektrotehniko in krmiljenje
Mohamed Moustafa – vodja programskega oddelka
Arshak Petrosyan – direktor marketinga (CMO) in vodja oddelka za pogonski sklop
Avinash Yarram – vodja oddelka za šasijo in dinamiko
Skupaj so zavezani k revoluciji koncepta invalidskega vozička – iz ovire želijo ustvariti simbol svobode, neodvisnosti in vključevanja.
Načrtovanje in izdelava projekta CMD
CMD deluje kot dodatek k tradicionalnim invalidskim vozičkom, ki uporabnikom omogoča premagovanje neravnega terena, manjših neravnin in stopnic v zimskih razmerah. Uporabnika ohranja varnega in udobnega cel dan z eno samo polnitvijo, brez potrebe po izstopu iz vozička. Funkcije naprave omogočajo uporabnikom, da jo po potrebi pritrdijo in odstranijo ter tako premagajo ovire na prostem. To preprečuje potrebo po nakupu novega vozička ter pomaga ohranjati velikost in težo na minimumu. Šasija je bila izdelana iz kvadratnih aluminijastih cevi kot močna, a lahka rešitev, pri čemer so bile izvedene obsežne analize sil in gibanja za zagotovitev učinkovitega načrta in strukturne celovitosti.
CAD zasnove in sheme
Najpogosteje uporabljena in najbolj uporabna programska oprema med postopkom načrtovanja je bila Solidworks za vse mehanske zasnove in končnoelementno analizo (FEA). Za električni del je programska oprema RapidHarness pomagala organizirati vso elektroniko in zasnovati električni kabelski snop naprave, medtem ko je bil KiCad uporabljen za vse električne sheme.
Iskanje pravega linearnega aktuatorja
Ker bo CMD potreboval za zunanjo uporabo primerne razrede zaščite IP, zmogljivosti za težke obremenitve in položajno povratno zvezo, se je Industrijski linearni aktuator PA-17-8-2000-POT izkazal kot najboljša izbira za to aplikacijo. Ta model ima ščetkani enosmerni motor (DC), ki deluje pri 12 VDC, vključuje položajno povratno zvezo prek potenciometra in ima Hod 8", ocenjen za prenašanje 2000 lbs sile.
Naš BRK-17 težko-nosilni montažni nosilec omogoča varno Montažo v postopku namestitve. Aktuator se uporablja za nagib sedeža invalidskega vozička, da je uporabnik pri premagovanju stopnic vzporeden s tlemi. Za to je bil uporabljen mehanizem kiperja, kot je prikazano spodaj.
Izbira in programiranje mikrokrmilnika
Ekipa je sprva načrtovala uporabo plošče STM32 Nucleo kot mikrokrmilnika, vendar je na koncu uporabila Arduino Mega 2560, saj je podpora za Arduino bistveno lažje dostopna in bolj skladna z veščinami ekipe. Programska oprema je bila razvita v programskem jeziku C, da uporabnikom omogoči enostavno upravljanje naprave z dvema analognima palicama. To uporabniku sprosti roke za upravljanje intuitivnega mehanizma krmiljenja ter z uporabo povratne zveze senzorjev zagotavlja varnost in ravnotežje med vzpenjanjem po stopnicah. Senzorji so bili povezani z mikrokrmilnikom z zadostno dobavo toka in GPIO vrati, ki jih naprava zahteva.
Zaščita električnega sistema in varovalke
Izračuni zmogljivosti baterije so ekipo vodili k izbiri baterije 35 Ah, 12 V podjetja Fortress Scooters, ki zagotavlja več kot dovolj energije za daljšo uporabo. Vzporedna povezava baterij je povečala skupni čas delovanja naprave.
Ker je CMD zelo zmogljiv in iz svinčeno-kislinskih baterij črpa visok Tok, obstaja tveganje, da sunki toka poškodujejo ključne električne komponente. Zato je vsaka glavna električna komponenta, povezana z baterijami, najprej priključena na varovalko z ustrezno nazivno vrednostjo toka. Poleg tega je bilo kot varnostni element nameščeno izklopno stikalo v sili, ki uporabniku omogoča, da takoj ustavi pretok toka do vseh delov CMD.
|
Električna komponenta |
Vrednost varovalke |
Število komponent |
|
CIM Motor |
70 A (hitro delujoča) |
2 |
|
PA-17-POT linearni aktuator |
20 A (hitro delujoča) |
1 |
|
Arduino Mega |
1 A (hitro delujoča) |
1 |
Testiranje in končni rezultati projekta CMD
Projekt CMD ni bil le pomembna učna izkušnja, temveč tudi sprožilec za prepoznavanje področij za izboljšave v zasnovi. Na nekatere oblikovne odločitve so vplivale časovne omejitve, na druge pa omejen proračun. Končna poraba je znašala 2.611,44 USD, kar je 940,90 USD manj od prvotno načrtovanih stroškov za CMD.
Trenutni prototip CMD ne zmore premagovati ukrivljenih stopnic. Z nadaljnjim razvojem bo naslednja različica ekipe CMD to omejitev odpravila z vgradnjo dveh manjših gosenic, kar bo izboljšalo sposobnost manevriranja po stopnicah in zaobid obstoječe ovire. Za več podrobnosti o projektu CMD si oglejte zaključni PDF-raziskovalni projekt (capstone) in spodnjo povezavo do spletne strani ekipe CMD:
Stair climbing wheelchair Waterloo Final Capstone Report.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
V POVZETKU
Naš PA-17-POT ponuja zmogljivosti za težke obremenitve s položajno povratno zvezo, primerno za številne aplikacije, med drugim za prilagoditev nagiba invalidskih vozičkov, ki se vzpenjajo po stopnicah. Hvala ekipi CMD z Univerze Waterloo za deljenje vaših izjemnih projektov!
Upamo, da ste to ocenili kot informativno in zanimivo, še posebej, če ste iskali navdihujoče ideje za nadgradnjo invalidskih vozičkov. Če imate kakršna koli vprašanja ali želite podrobneje razpravljati o naših izdelkih, nas prosimo kontaktirajte! Smo strokovnjaki na svojem področju in z veseljem pomagamo, kakor le lahko.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123