Uporaba kopalnice je običajen del vsakdanjika, vendar lahko uporabniki z omejeno mobilnostjo, poškodbami ali invalidnostjo naletijo na izzive pri uporabi standardne kopalnice. Standardne kopalnice imajo kvečjemu občasno nameščene ograje ali širše kabine, vendar to še vedno ni popolna rešitev za vse uporabnike z gibalnimi omejitvami. Nastavljiva višina stranišča in dostopnost sta posebni področji, kjer bi lahko večja javna okolja naredila korak naprej. Te rešitve sicer že obstajajo, vendar se večinoma uporabljajo v domačem okolju in niso cenovno dostopne za praktično uporabo v javnih prostorih. V tem članku predstavljamo pot ekipe RIT MSD Universal Lavatory Test Stand pri ustvarjanju cenovno ugodnih, hitrih in enostavnih »drop-in« rešitev za nastavljiva stranišča, ki lahko pomagajo posameznikom z gibalnimi izzivi.
Predstavitev ekipe
Univerzalni preizkusni stoj za sanitarije, znan tudi kot »Stranišče v gibanju!«, je ekipni projekt študentov z Rochester Institute of Technology iz različnih inženirskih področij:
Robert Cho – strojni in sistemski inženir
Aubrey Figoras – strojni inženir in CAD-oblikovalec
Chloe Cattadoris – industrijska inženirka in vodja projekta
John Lowenhaupt – elektroinženir in koordinator
Zach Flickinger – elektro in sistemski inženir
Manny Pizarro – strojni inženir in nabavnik
Začetno pobudo za projekt sta podala Daniel Phillips in Stan Rickel iz RIT LiveAbility Lab, ki sta želela ustvariti dostopno sanitarno rešitev, primerno za uporabnike z gibalnimi težavami. Cilj je bil razviti pomično stranišče, ki v osnovnem (domačem) položaju izpolnjuje standarde ADA, obenem pa ga je mogoče po višini prilagajati (ročno in avtomatsko) glede na potrebe uporabnika. Pod vodstvom programa RIT Multidisciplinary Senior Design je ekipa prvi semester namenila prepoznavanju zahtev strank, primerjanju obstoječih izdelkov in razvoju preliminarne sistemske zasnove.
Načrtovanje in zasnova sistema
Mehanski sistem je bil zasnovan v SolidWorks, električne sheme pa v Altiumu. Za osnovo mehanske zasnove so izbrali Watts ISCA-101-R IS nosilec za stensko stranišče iz litega železa, ki lahko nosi stensko stranišče American Standard in je ocenjen na zmogljivost 500 lbs. Ocenjena skupna obremenitev je vključevala 77 lbs težak nosilec, približno 50 lbs za samo stranišče in do 350 lbs za uporabnika v 99. percentilu.
Ker je bila obremenitev konzolna, je zasnova zahtevala vodilne tirnice, ki bi pomagale uravnotežiti nastali moment. Napetostna analiza, ki jo je izvedla ekipa, je pokazala, da sta dve vodilni tirnici iz 1566 ogljikovega jekla premera 1-1/2" dovolj za nosenje obremenitve brez plastičnega preoblikovanja zaradi upogiba ali utrujanja.
Rezanje lesenih delov
Večino izdelave so zaključili v maker prostoru The Construct na kampusu RIT, ki študentom nudi podporo pri osebnih in študijskih projektih. Vsi leseni deli okrog nosilca stranišča ter zgornji in spodnji prečni nosilec okvirja so bili izdelani na ShopSabre CNC rezkarju zaradi zahtevane natančnosti in kompleksnosti lukenj.
Ekipa je zasnovala komplet lesenih desk, na katere se lahko pritrdi nosilec stranišča. Te deske so morale vključevati tudi štiri robustne linearne kroglične ležaje za drsenje po vodilnih tirnicah ter prostor za montažo aktuatorjev. Izbrani material je bila borova plošča debeline 1" iz trgovine Lowe's. S CNC rezkarjem je ekipa ploščo debeline 1" razrezala na potrebne dele za sistem nosilca stranišča.
Okvir sistema je bil izdelan iz lesa dimenzije 2×12, pri čemer so bili bočni nosilci okvirja podvojeni za dodatno trdnost. Kot del tega okvirja je ekipa zasnovala prilagojena zgornji (header) in spodnji (footer) nosilec, na katera so pritrdili vodilne tirnice. Ti s CNC-jem izdelani deli za spodnji in zgornji del okvirja Universal Lavatory Test Stand so prikazani na spodnji sliki; zgornji kos je zgornji nosilec okvirja, s katerega bodo montirani linearni aktuatorji.
Izbira ustreznih linearnih aktuatorjev
Za ta projekt so linearne aktuatorje skrbno izbrali na podlagi treh glavnih dejavnikov:
- Hitrost pomika
- Dinamična obremenitvena zmogljivost
- Dolžina hoda
Ekipa je potrebovala hitrost, ki je razmeroma hitra, a hkrati varna za ljudi, ter območje gibanja približno 24". Po obsežnih raziskavah so ugotovili, da je PA-17-24-850 najboljša možnost za njihove zahteve. Čeprav bi en aktuator zlahka nosil celotno obremenitev 500 lbs, so zaradi redundance izbrali dva aktuatorja.
Postopek sestave
Ko so bili vsi deli izdelani in odrezani na ustrezne dolžine, je ekipa sestavila sistem nosilca stranišča. S stiskanjem ležajev v lesene deske in s privijanjem adapterjev ležajev so lahko ležaje »ujeli« znotraj plošč, obdelanih s CNC-jem.
Preostali del okvirja so razrezali z radialno žago z roko ter ga sestavili z ročnim vrtalnikom in vijaki. Vsa dodatna sestava je bila zaključena z vijaki premera 1/2", samozapornimi maticami Nylock in nasadnimi ključi.
Nato so med dve s CNC-jem izdelani leseni plošči pritrdili COTS (komercialno dobavljiv) nosilec stranišča, s čimer je nastal sestavljen sistem nosilca.
Od tu so linearne vodilne tirnice potisnili skozi ležaje in na vsak konec namestili prirobnice. Nato je ekipa okrog nosilca stranišča sestavila okvir, pri čemer so prirobnice vodilnih tirnic pritrdili v zgornji in spodnji nosilec okvirja. Ko je bil ta korak na tleh zaključen, so lahko celoten sistem postavili pokonci in ga s kovinskimi kotniki ter montažnimi nosilci BRK-17 pritrdili na steno.
Dva aktuatorja PA-17 so namestili na koncu tako, da so njihove montažne luknje pritrdili na montažne nosilce na zgornjem nosilcu okvirja, ju izvlekli do polne dolžine in pritrdili na dno sistema nosilca stranišča. Po temeljiti razpravi s profesorjem ekipe in mentorjem iz programa RIT Multidisciplinary Senior Design so se odločili, da razen nihajnega stikala drugih elektronskih komponent ne bodo nameščali, saj so se dokončno odločili, da prvotno načrtovanega krmilnega sistema ne bodo implementirali. Sestavljen Universal Lavatory Test Stand, zdaj z aktuatorji PA-17 ožičenimi na nihajno stikalo, je viden spodaj.
Končni preizkusi in rezultati
Na koncu ekipi ni uspelo pravočasno implementirati krmilnikov hitrosti AC-26-30, saj so napačno razumeli njihovo delovanje. Prej so poskusili te krmilnike hitrosti uporabljati s stikalnimi elementi na vhodni strani, vendar morajo biti stikalni elementi na izhodni strani, da pravilno delujejo. Zaradi tega so krmilniki hitrosti brezhibno delovali v eno smer, obrnitev polaritete pa ni delovala. Ker ni bilo dovolj časa za odpravljanje težav in predelavo sistema, so morali to funkcijo opustiti in za uporabniški nadzor uporabiti eno samo nihajno stikalo.
Časovne omejitve so povzročile tudi, da elektronskega sistema z Arduino Uno in RFID za prednastavljene višine niso implementirali in je zaenkrat ostal le teoretičen. Ekipa je uspešno izvedla testiranja teže in gibanja končanega Universal Lavatory Test Stand z aplicirano obremenitvijo 350 lbs, da bi potrdili pravilno delovanje.
POVZETEK
Kljub izzivom, kot so pomanjkanje zadostnih sredstev, specifičnega znanja in izkušenj iz industrije, je ekipi RIT MSD Universal Lavatory Test Stand uspelo zaključiti sestavo svojega projekta. Hvaležni so tudi za priložnost, da so lahko ideje laboratorija LiveAbility Lab oživili, in se zahvaljujejo Marku Minunniju za vodenje projekta ter praktične nasvete za njihovo prihodnost.
Hvala ekipi RIT MSD Universal Lavatory Test Stand, da ste delili svoj projekt in pokazali, kako pomembna sta čas in denar v resničnih projektih! Če želite izvedeti več o Rochester Institute of Technology, si oglejte njihove profile na Youtube, Facebooku in Instagramu! Če imate vprašanja o naših električnih linearnih aktuatorjih ali želite podrobneje govoriti o drugih izdelkih, nas prosim kontaktirajte! Smo strokovnjaki na svojem področju in z veseljem pomagamo na vsak način.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123
