Personer med begränsad eller ingen rörlighet i benen behöver ofta hjälpmedel för att navigera i terräng med ojämna ytor, mindre trappor, individuella trappsteg och snöiga förhållanden. Även om rullstolslösningar finns tillgängliga på marknaden, hanterar de ofta inte dessa utmaningar tillräckligt eller är för dyra för många användare som behöver prisvärda lösningar. CMD-projektet (Collapsible Mobile Device) syftar till att förse rullstolsanvändare med viktiga mobilitetslösningar till ett överkomligt pris genom att utveckla ett rullstolsfäste starkt inspirerat av moderna snöskotrar. I den här artikeln kommer vi att ta upp höjdpunkter från Team CMD:s rullstolsprojekt för trappklättring, som använder vårt PA-17-POT-ställdon!
Utmaningar med att använda rullstolar
Arshak Petrosyan förde en detaljerad diskussion med intressenterna Aaron och Emmanuel, med fokus på de dagliga utmaningar de möter som universitetsstudenter. Dessa primära utmaningar inkluderar svårigheten att använda rullstolar i dåligt väder, att navigera gupp och trappor, och den oöverkomliga kostnaden för dessa anordningar. Det är värt att notera att exklusiva rullstolar kan kosta över 8 000 kanadensiska dollar, medan befintliga trappstegsvarianter kan kosta över 50 000 kanadensiska dollar. För att hantera dessa utmaningar skulle den ideala lösningen inkludera:
- Trappklättringsmöjligheter för att övervinna de vanligaste hindren som rullstolsburna möter.
- Självbalanserande för att säkerställa att rullstolssitsen balanserar sig själv och justerar sig automatiskt baserat på trappvinkeln för komfort och säkerhet.
- Vintervädersfunktionalitet för att hantera förhållanden som det kanadensiska vädret.
- Överkomliga prispunkter som minskar ekonomiska hinder och främjar ökad tillgänglighet.
Bildande av team CMD
För att ta itu med de problem som beskrivits av intressenterna bildade en grupp ingenjörsstudenter från University of Waterloo Team CMD. CMD (Collapsible Mobile Device) är ett studentlett designprojekt på fjärde året med målet att ge rullstolsburna en prisvärd framtid som erbjuder friheten och komforten att navigera i vilken terräng som helst.
Nigel Fernandes - VD och chef för affärsavdelningen
Abhi Gupta - teknisk chef och chef för el- och styravdelningen
Mohamed Moustafa - Chef för programvaruavdelningen
Arshak Petrosyan - marknadschef och chef för drivlinan
Avinash Yarram - Avdelningschef för chassi och dynamik
Tillsammans är de fast beslutna att revolutionera konceptet rullstol och förvandla den från en barriär till en symbol för frihet, självständighet och inkludering.
Design och tillverkning av CMD-projektet
CMD fungerar som ett tillägg till traditionella rullstolar, vilket gör det möjligt för användare att hantera ojämn terräng, små gupp och trappor under vinterförhållanden. Den håller användaren säker och bekväm en hel dag på en enda laddning utan att behöva sticka ut ur rullstolen. Enhetens funktioner gör det möjligt för användare att fästa och ta loss den efter behov för att övervinna hinder utomhus. Detta förhindrar behovet av att köpa en ny rullstol och hjälper till att hålla storleken och vikten till ett minimum. Chassit konstruerades av fyrkantiga aluminiumrör som en stark men lätt lösning, med omfattande kraft- och rörelseanalyser utförda för att säkerställa effektiv design och strukturell integritet.
CAD-ritningar och scheman
Den programvara som användes mest och var mest hjälpsam under designprocessen var Solidworks för alla mekaniska konstruktioner och finita elementanalys (FEA). För elarbetet hjälpte en programvara som heter RapidHarness till att organisera all elektronik och utforma en elkablage för byggnaden, medan KiCad användes för alla elscheman.
Att hitta rätt linjär ställdon
Eftersom CMD:n kräver lämpliga utomhusförhållanden klassificering av intrångsskydd, tunga kapaciteter och positionsåterkoppling, den PA-17-8-2000-POT Industriell linjär aktuator visade sig vara bäst lämpad för tillämpningen. Denna modell har en borstad likströmsmotor som arbetar vid 12 VDC, inkluderar potentiometeråterkoppling och levereras med en 8-varvs slaglängd klassad för att hantera 2000 lb kraft.
Vår BRK-17 Tung belastning Monteringsfäste möjliggör säker montering under installationsprocessen. ställdon används för att luta rullstolssitsen så att användaren kan vara parallell med marken vid förflyttning i trappor. För att göra detta implementerades en dumptruckmekanism som illustreras nedan.
Val och programmering av mikrokontroller
Teamet planerade ursprungligen att använda STM32 Nucleo-kortet som mikrokontroller, men de använde slutligen Arduino Mega 2560 eftersom Arduino-stöd är betydligt mer tillgänglig och anpassad till teamets kompetens. Programvaran utvecklades med programmeringsspråket C för att användarna enkelt ska kunna styra enheten med två analoga spakar. Detta frigör användarens händer för att styra den intuitiva styrmekanismen, samt för att säkerställa att användaren förblev säker och balanserad under trappgång med hjälp av sensoråterkoppling. Sensorerna anslöts till mikrokontrollern med tillräcklig strömförsörjning och GPIO-portar för att hantera dem.
Skydd och säkringar för elsystemet
Teamets beräkningar av batterikapaciteten ledde till att man valde ett 35Ah, 12V-batteri från Fortress Scooters, vilket gav mer än nödvändig kraft för längre tids användning. Att de var parallellt anslutna ökade enhetens totala driftstid.
Eftersom CMD:n är högpresterande och drar hög ström från blybatterierna finns det risk för att strömstötar skadar viktiga elektriska komponenter. Därför ansluts först varje större elektrisk komponent som är kopplad till batterierna till en säkring klassad för korrekt strömvärde. Dessutom installerades en nödbrytare som en säkerhetsfunktion, vilket gör det möjligt för användaren att omedelbart stoppa strömflödet till alla CMD:er.
|
Elektrisk komponent |
Säkringsklassificering |
Antal komponenter |
|
CIM-motor |
70 A (snabbt blåsande) |
2 |
|
PA-17-POT linjär ställdon |
20 A (snabbt blåsande) |
1 |
|
Arduino Mega |
1 A (snabbt blåsande) |
1 |
Testning och slutresultat av CMD
CMD-projektet har inte bara varit en betydande lärandeupplevelse, utan också en utlösande faktor för att identifiera områden för designförbättringar. Vissa designbeslut drevs av tidsbegränsningar, medan andra påverkades av en begränsad budget. I slutändan blev det faktiska beloppet som spenderades 2 611,44 dollar, vilket är 940,90 dollar mindre än den ursprungligen beräknade kostnaden för CMD.
Den nuvarande CMD-prototypen kan inte navigera i svängda trappor. Med fortsatt utveckling kommer dock nästa version från Team CMD att åtgärda denna begränsning genom att införliva två mindre spår, vilket förbättrar dess förmåga att manövrera trappor och kringgå hinder. För mer information om CMD-projektet, se PDF-kapittelrapporten och webbplatslänken till Team CMD nedan:
Trappklättringsrullstol Waterloo slutrapport Capstone.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
I SAMMANFATTNING
Vår PA-17-POT erbjuder kraftiga funktioner med positionsåterkoppling lämplig för många tillämpningar, inklusive lutningsjustering av rullstolar för trappor. Tack till Team CMD från University of Waterloo för att ni delar med er av era fantastiska projekt!
Vi hoppas att du tyckte att detta var lika informativt och intressant som vi gjorde, särskilt om du letade efter inspirerande idéer för att uppgradera rullstolar. Om du har några frågor eller vill diskutera våra produkter vidare, tveka inte att kontakta oss! Vi är experter på det vi gör och hjälper dig gärna på alla sätt vi kan.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123