Les personnes à mobilité réduite ou nulle des jambes ont souvent besoin d'aides à la mobilité capables de se déplacer sur des terrains accidentés, avec des escaliers, des marches et même en conditions enneigées. Bien que des fauteuils roulants existent sur le marché, ils ne répondent souvent pas à ces besoins spécifiques ou sont trop onéreux pour de nombreux utilisateurs recherchant des solutions abordables. Le projet CMD (Collapsible Mobile Device) vise à fournir aux utilisateurs de fauteuils roulants des solutions de mobilité essentielles à un prix accessible, grâce au développement d'un accessoire inspiré des motoneiges modernes. Cet article présente les points forts du projet de fauteuil roulant monte-escaliers développé par l'équipe CMD, qui utilise notre actionneur PA-17-POT.
Les difficultés liées à l'utilisation des fauteuils roulants
Arshak Petrosyan a eu une discussion approfondie avec Aaron et Emmanuel, deux étudiants, au sujet des difficultés qu'ils rencontrent au quotidien. Parmi ces difficultés figurent l'utilisation des fauteuils roulants par mauvais temps, la marche sur les bosses et dans les escaliers, ainsi que le coût prohibitif de ces appareils. Notamment, les fauteuils roulants haut de gamme peuvent coûter plus de 8 000 $ CA, tandis que les modèles équipés d'un monte-escalier peuvent dépasser les 50 000 $ CA. Pour remédier à ces difficultés, la solution idéale comprendrait :
- Capacité à franchir les escaliers pour surmonter les obstacles les plus courants rencontrés par les utilisateurs de fauteuils roulants.
- Système d'auto-équilibrage pour garantir que le siège du fauteuil roulant s'équilibre et s'ajuste automatiquement en fonction de l'angle de la marche, pour plus de confort et de sécurité.
- Fonctionnalités liées aux conditions météorologiques hivernales pour gérer des conditions telles que le climat canadien.
- Des prix abordables qui réduisent les barrières financières et favorisent une plus grande accessibilité.
Formation de l'équipe CMD
Pour répondre aux problématiques soulevées par les parties prenantes, un groupe d'étudiants en génie de l'Université de Waterloo a formé l'équipe CMD. Le CMD (Dispositif Mobile Pliable) est un projet de conception étudiant de quatrième année visant à offrir aux utilisateurs de fauteuils roulants un avenir abordable leur permettant de se déplacer librement et confortablement sur tous les terrains.
Nigel Fernandes - PDG et directeur du département commercial
Abhi Gupta - Directeur technique et responsable du département Électricité et Contrôle
Mohamed Moustafa - Responsable du département logiciel
Arshak Petrosyan - Directeur marketing et responsable du département des groupes motopropulseurs
Avinash Yarram - Responsable du département Châssis et Dynamique
Ensemble, ils sont déterminés à révolutionner le concept de fauteuil roulant, à le transformer d'un obstacle en un symbole de liberté, d'indépendance et d'inclusion.
Conception et fabrication du projet CMD
Le CMD s'adapte aux fauteuils roulants traditionnels et permet aux utilisateurs de se déplacer sur des terrains accidentés, de franchir de petites bosses et de monter des escaliers en hiver. Il assure confort et sécurité à l'utilisateur pendant toute une journée avec une seule charge, sans qu'il ait besoin de quitter son fauteuil. Le dispositif est facile à installer et à retirer pour franchir les obstacles extérieurs. Cela évite l'achat d'un nouveau fauteuil roulant et permet de minimiser son encombrement et son poids. Le châssis, fabriqué en tubes d'aluminium carrés, offre une solution à la fois robuste et légère. Une analyse approfondie des forces et des mouvements a été réalisée afin de garantir une conception efficace et une intégrité structurelle optimale.
Conceptions et schémas CAO
Le logiciel le plus utilisé et le plus utile lors de la conception a été SolidWorks pour tous les calculs mécaniques et l'analyse par éléments finis (FEA). Pour les travaux électriques, RapidHarness a permis d'organiser l'ensemble des composants électroniques et de concevoir le câblage du bâtiment, tandis que KiCad a été utilisé pour tous les schémas électriques.
Trouver le bon actionneur linéaire
Le CMD nécessitant une protection contre les infiltrations adaptée à une utilisation extérieure, une grande robustesse et un retour d'information de position, l'actionneur linéaire industriel PA-17-8-2000-POT s'est avéré être la solution idéale. Ce modèle est équipé d'un moteur à courant continu à balais fonctionnant sous 12 Vcc, d'un potentiomètre de retour d'information et d'une course de 8 po supportant une force de 2 000 lb.
Notre support de montage renforcé BRK-17 assure une fixation sécurisée lors de l'installation. L' actionneur permet d'incliner le siège du fauteuil roulant afin que l'utilisateur soit parallèle au sol lors de la montée et de la descente d'escaliers. Pour ce faire, un mécanisme de type « benne », illustré ci-dessous, a été mis en œuvre.
Sélection et programmation du microcontrôleur
L'équipe avait initialement prévu d'utiliser la carte STM32 Nucleo comme microcontrôleur, mais elle a finalement opté pour l'Arduino Mega 2560, car le support Arduino est beaucoup plus répandu et correspond mieux aux compétences de l'équipe. Le logiciel a été développé en langage C afin de permettre aux utilisateurs de contrôler facilement l'appareil à l'aide de deux joysticks analogiques. Cela libère les mains de l'utilisateur pour piloter le mécanisme de direction intuitif, et garantit sa sécurité et son équilibre lors de la montée d'escaliers grâce aux retours des capteurs. Ces derniers ont été connectés au microcontrôleur avec une alimentation en courant suffisante et des ports GPIO adaptés.
Protection et fusibles du système électrique
Les calculs de capacité de la batterie effectués par l'équipe ont conduit à la sélection d'une batterie 35 Ah, 12 V de Fortress Scooters, offrant une puissance largement suffisante pour une utilisation prolongée. Le branchement en parallèle des batteries a permis d'accroître l'autonomie globale de l'appareil.
Étant donné que le CMD est puissant et consomme un courant important des batteries au plomb, il existe un risque de surtensions susceptibles d'endommager les composants électriques essentiels. Par conséquent, chaque composant électrique important relié aux batteries est protégé par un fusible adapté à l'intensité du courant. De plus, un interrupteur de coupure d'urgence a été installé par mesure de sécurité, permettant à l'utilisateur de couper immédiatement l'alimentation électrique du CMD.
Composant électrique | Calibre du fusible | Nombre de composants |
Moteur CIM | 70 A (souffle rapide) | 2 |
Actionneur linéaire PA-17-POT | 20 A (coup rapide) | 1 |
Arduino Mega | 1 A (coup rapide) | 1 |
Tests et résultats finaux du CMD
Le projet CMD a non seulement été une expérience d'apprentissage enrichissante, mais a également permis d'identifier des axes d'amélioration de la conception. Certaines décisions ont été dictées par des contraintes de temps, tandis que d'autres ont été influencées par un budget limité. Au final, les dépenses réelles se sont élevées à 2 611,44 $, soit 940,90 $ de moins que le coût initialement prévu pour le CMD.
Le prototype actuel du CMD ne peut pas franchir les escaliers courbes. Cependant, grâce à la poursuite de son développement, la prochaine version de l'équipe CMD remédiera à cette limitation en intégrant deux chenilles plus courtes, ce qui améliorera sa capacité à manœuvrer dans les escaliers et à contourner les obstacles. Pour plus de détails sur le projet CMD, consultez le rapport final au format PDF et le lien vers le site web de l'équipe CMD ci-dessous :
Rapport final sur le fauteuil roulant monte-escaliers à Waterloo.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
EN RÉSUMÉ
Notre PA-17-POT offre des performances exceptionnelles et un retour d'information de position adapté à de nombreuses applications, notamment le réglage de l'inclinaison des fauteuils roulants monte-escaliers. Un grand merci à l'équipe CMD de l'Université de Waterloo pour le partage de vos projets remarquables !
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