Las personas con movilidad reducida o nula en las piernas a menudo requieren dispositivos de movilidad capaces de desplazarse por terrenos con superficies irregulares, escaleras pequeñas, escalones individuales y nieve. Si bien existen soluciones para sillas de ruedas en el mercado, a menudo no abordan adecuadamente estos desafíos o son demasiado caras para muchos usuarios que necesitan soluciones asequibles. El proyecto CMD (Dispositivo Móvil Plegable) busca proporcionar a los usuarios de sillas de ruedas soluciones de movilidad esenciales a un precio asequible mediante el desarrollo de un accesorio para silla de ruedas inspirado en las motos de nieve contemporáneas. En este artículo, abordaremos los aspectos más destacados del proyecto de silla de ruedas sube escaleras del equipo CMD, que utiliza nuestro actuador PA-17-POT.
Desafíos del uso de sillas de ruedas
Arshak Petrosyan conversó detalladamente con Aaron y Emmanuel, los participantes, centrándose en los desafíos diarios que enfrentan como estudiantes universitarios. Estos desafíos principales incluyen la dificultad de operar sillas de ruedas en condiciones climáticas adversas, sortear baches y escaleras, y el costo prohibitivo de estos dispositivos. Cabe destacar que las sillas de ruedas de alta gama pueden superar los $8,000 CAD, mientras que las versiones existentes para subir escaleras pueden costar más de $50,000 CAD. Para abordar estos desafíos, la solución ideal incluiría:
- Capacidad para subir escaleras para superar los obstáculos más comunes a los que se enfrentan los usuarios de sillas de ruedas.
- Autoequilibrio para garantizar que el asiento de la silla de ruedas se equilibre y se ajuste automáticamente según el ángulo de la escalera para mayor comodidad y seguridad.
- Funcionalidad de clima invernal para manejar condiciones como el clima canadiense.
- Precios asequibles que reducen las barreras financieras y promueven una mayor accesibilidad.
Formación del equipo CMD
Para abordar los problemas descritos por las partes interesadas, un grupo de estudiantes de Ingeniería de la Universidad de Waterloo formó el Equipo CMD. El CMD (Dispositivo Móvil Plegable) es un proyecto de diseño de cuarto año dirigido por estudiantes cuyo objetivo es brindar a los usuarios de sillas de ruedas un futuro asequible que les brinde la libertad y la comodidad necesarias para desplazarse por cualquier terreno.
Nigel Fernandes - Director Ejecutivo y Gerente del Departamento Comercial
Abhi Gupta - Director de Tecnología y Gerente del Departamento Eléctrico y de Controles
Mohamed Moustafa - Gerente del Departamento de Software
Arshak Petrosyan - Director de Marketing y Gerente del Departamento de Tren Motriz
Avinash Yarram - Gerente del Departamento de Chasis y Dinámica
Juntos, se comprometen a revolucionar el concepto de silla de ruedas, convirtiéndola de una barrera en un símbolo de libertad, independencia e inclusión.
Diseño y fabricación del proyecto CMD
El CMD funciona como complemento para sillas de ruedas tradicionales, permitiendo a los usuarios superar terrenos difíciles, pequeños baches y escaleras en invierno. Mantiene al usuario seguro y cómodo durante un día completo con una sola carga, sin necesidad de salir de la silla de ruedas. Las funciones del dispositivo permiten a los usuarios conectarlo y desconectarlo según sea necesario para superar obstáculos en el exterior. Esto evita la necesidad de comprar una nueva silla de ruedas y ayuda a minimizar el tamaño y el peso. El chasis se construyó con tubos cuadrados de aluminio como una solución resistente pero ligera, con un exhaustivo análisis de fuerza y movimiento para garantizar un diseño eficaz y la integridad estructural.
Diseños y esquemas CAD
El software más utilizado y útil durante el proceso de diseño fue Solidworks para todos los diseños mecánicos y el análisis de elementos finitos (FEA). Para el trabajo eléctrico, el software RapidHarness ayudó a organizar toda la electrónica y a diseñar un arnés eléctrico para el edificio, mientras que KiCad se utilizó para todos los esquemas eléctricos.
Cómo encontrar el actuador lineal adecuado
Dado que el CMD requiere índices de protección de entrada adecuados para exteriores, capacidad de servicio pesado y retroalimentación de posición, el actuador lineal industrial PA-17-8-2000-POT resultó ser la mejor opción para esta aplicación. Este modelo cuenta con un motor de CC con escobillas que opera a 12 VCC, incluye retroalimentación de potenciómetro y una carrera de 8" con capacidad para soportar 2000 lb de fuerza.
Nuestro soporte de montaje de alta resistencia BRK-17 permite un montaje seguro durante la instalación. El actuador inclina el asiento de la silla de ruedas para que el usuario quede paralelo al suelo al subir y bajar escaleras. Para ello, se implementó un mecanismo de camión volquete, como se ilustra a continuación.
Selección y programación de microcontroladores
El equipo inicialmente planeó usar la placa STM32 Nucleo como microcontrolador; sin embargo, terminaron usando el Arduino Mega 2560, ya que la compatibilidad con Arduino es mucho más accesible y se ajusta a las habilidades del equipo. El software se desarrolló en lenguaje de programación C para que los usuarios puedan controlar fácilmente el dispositivo con dos joysticks analógicos. Esto permite al usuario tener las manos libres para controlar el mecanismo de dirección intuitivo, además de garantizar la seguridad y el equilibrio al subir escaleras mediante la retroalimentación de los sensores. Los sensores se conectaron al microcontrolador con suficiente suministro de corriente y puertos GPIO para su instalación.
Protección del sistema eléctrico y fusibles
Los cálculos de capacidad de la batería del equipo llevaron a elegir una batería de 35 Ah y 12 V de Fortress Scooters, que proporciona más energía de la necesaria para un uso prolongado. Al estar conectadas en paralelo, el dispositivo aumentó su autonomía.
Dado que el CMD es de alta potencia y consume mucha corriente de las baterías de plomo-ácido, existe el riesgo de que las sobretensiones dañen componentes eléctricos esenciales. Por lo tanto, cada componente eléctrico principal conectado a las baterías se conecta primero a un fusible con la corriente adecuada. Además, se instaló un interruptor de desconexión de emergencia como medida de seguridad, que permite al usuario detener inmediatamente el flujo de corriente a todo el CMD.
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Componente eléctrico |
Clasificación del fusible |
Número de componentes |
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Motor CIM |
70 A (acción rápida) |
2 |
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Actuador lineal PA-17-POT |
20 A (acción rápida) |
1 |
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Arduino Mega |
1 A (golpe rápido) |
1 |
Pruebas y resultados finales del CMD
El proyecto CMD no solo ha sido una experiencia de aprendizaje significativa, sino también un detonante para identificar áreas de mejora en el diseño. Algunas decisiones de diseño se debieron a limitaciones de tiempo, mientras que otras se vieron influenciadas por un presupuesto limitado. Finalmente, el gasto real fue de $2611.44, $940.90 menos que el costo inicialmente proyectado para el CMD.
El prototipo actual de CMD no puede subir escaleras curvas. Sin embargo, gracias al desarrollo continuo, la próxima versión del Equipo CMD solucionará esta limitación incorporando dos pistas más pequeñas, lo que mejorará su capacidad para maniobrar escaleras y sortear obstáculos. Para más detalles sobre el proyecto CMD, consulte el informe final en PDF y el enlace al sitio web del Equipo CMD a continuación:
Informe final del proyecto Waterloo sobre silla de ruedas para subir escaleras.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
EN RESUMEN
Nuestro PA-17-POT ofrece capacidades de alta resistencia con retroalimentación posicional, ideal para diversas aplicaciones, incluyendo el ajuste de inclinación de sillas de ruedas para subir escaleras. ¡Gracias al equipo CMD de la Universidad de Waterloo por compartir sus increíbles proyectos!
Esperamos que esta información le haya resultado tan informativa e interesante como a nosotros, especialmente si busca ideas inspiradoras para mejorar su silla de ruedas. Si tiene alguna pregunta o desea hablar más sobre nuestros productos, ¡no dude en contactarnos! Somos expertos en lo que hacemos y estaremos encantados de ayudarle en todo lo posible.
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