Les personnes à mobilité réduite ou inexistante ont souvent besoin d'aides à la mobilité capables de se déplacer sur des terrains accidentés, avec de petits escaliers, des marches individuelles et dans la neige. Bien que des solutions pour fauteuils roulants soient disponibles sur le marché, elles ne répondent souvent pas adéquatement à ces défis ou sont trop coûteuses pour de nombreux utilisateurs qui recherchent 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 abordable en développant un accessoire pour fauteuil roulant fortement inspiré des motoneiges contemporaines. Dans cet article, nous présenterons les points forts du projet de fauteuil roulant monte-escaliers de l'équipe CMD, utilisant notre actionneur PA-17-POT !
Les défis de l'utilisation des fauteuils roulants
Arshak Petrosyan a discuté en détail avec Aaron et Emmanuel, les parties prenantes, en se concentrant sur les défis quotidiens qu'ils rencontrent en tant qu'étudiants universitaires. Ces principaux défis incluent la difficulté d'utiliser un fauteuil roulant par mauvais temps, de franchir les obstacles et les escaliers, et le coût prohibitif de ces appareils. À noter que les fauteuils roulants haut de gamme peuvent coûter plus de 8 000 $ CA, tandis que les modèles monte-escaliers existants peuvent coûter plus de 50 000 $ CA. Pour relever ces défis, la solution idéale comprendrait :
- Capacités de montée d'escaliers pour surmonter les obstacles les plus courants rencontrés par les utilisateurs de fauteuils roulants.
- Auto-équilibrage pour garantir que le siège du fauteuil roulant s'équilibre et s'ajuste automatiquement en fonction de l'angle de l'escalier pour plus de confort et de sécurité.
- Fonctionnalité de météo hivernale pour gérer des conditions telles que la météo canadienne.
- Des prix abordables qui réduisent les barrières financières et favorisent une plus grande accessibilité.
Formation de l'équipe CMD
Pour répondre aux enjeux décrits par les parties prenantes, un groupe d'étudiants en génie de l'Université de Waterloo a formé l'équipe CMD. Le CMD (Collapsible Mobile Device) est un projet de conception de quatrième année mené par des étudiants. Son objectif est d'offrir aux utilisateurs de fauteuils roulants un avenir abordable, offrant la liberté et le confort nécessaires pour se déplacer sur tous les terrains.
Nigel Fernandes - PDG et responsable du département commercial
Abhi Gupta - Directeur technique et responsable du département électrique et contrôle
Mohamed Moustafa - Responsable du département logiciel
Arshak Petrosyan - Directeur marketing et responsable du département Powertrain
Avinash Yarram - Responsable du département Châssis et Dynamique
Ensemble, ils s’engagent à révolutionner le concept de fauteuil roulant, en le transformant d’une barrière en un symbole de liberté, d’indépendance et d’inclusion.
Conception et fabrication du projet CMD
Le CMD s'intègre parfaitement aux fauteuils roulants traditionnels et permet aux utilisateurs d'affronter les terrains accidentés, les petites bosses et les escaliers en hiver. Il assure la sécurité et le confort de l'utilisateur pendant une journée entière, sans avoir à sortir de son fauteuil. Ses fonctions permettent de l'attacher et de le détacher selon les besoins pour franchir les obstacles extérieurs. Cela évite l'achat d'un nouveau fauteuil roulant et contribue à minimiser l'encombrement et le poids. Le châssis, construit en tubes d'aluminium carrés, offre une solution robuste et légère. Des analyses approfondies de force et de mouvement ont été réalisées pour garantir une conception efficace et une intégrité structurelle.
Conceptions et schémas CAO
Le logiciel le plus utilisé et le plus utile pendant le processus de conception a été Solidworks pour toutes les conceptions mécaniques et l'analyse par éléments finis (AEF). Pour les travaux électriques, RapidHarness a permis d'organiser l'électronique et de concevoir le faisceau électrique du bâtiment, tandis que KiCad a été utilisé pour tous les schémas électriques.
Trouver le bon actionneur linéaire
Étant donné que le CMD requiert des indices de protection contre les infiltrations d'air extérieur, des capacités de charge élevées et un retour de position, l'actionneur linéaire industriel PA-17-8-2000-POT s'est avéré le plus adapté à cette application. Ce modèle est équipé d'un moteur CC à balais fonctionnant à 12 V CC, d'un retour de potentiomètre et d'une course de 20 cm (8") capable de supporter une force de 907 kg (2000 lb).
Notre support de montage robuste BRK-17 assure une fixation sûre lors de l'installation. L' actionneur permet d'incliner le siège du fauteuil roulant afin que l'utilisateur puisse être parallèle au sol lors de la montée des escaliers. Pour ce faire, un mécanisme de camion-benne, comme illustré ci-dessous, a été mis en œuvre.
Sélection et programmation du microcontrôleur
L'équipe avait initialement prévu d'utiliser la carte Nucleo STM32 comme microcontrôleur. Cependant, elle a finalement opté pour l'Arduino Mega 2560, la prise en charge d'Arduino étant nettement plus étendue et adaptée à ses compétences. Le logiciel a été développé en langage C pour permettre aux utilisateurs de contrôler facilement l'appareil avec deux joysticks analogiques. Cela libère les mains de l'utilisateur pour piloter le mécanisme de direction intuitif et garantit la sécurité et l'équilibre de l'utilisateur lors de la montée des escaliers grâce au retour des capteurs. Ces derniers ont été connectés au microcontrôleur avec une alimentation électrique et des ports GPIO suffisants.
Protection du système électrique et fusibles
Les calculs de capacité de batterie effectués par l'équipe ont conduit au choix d'une batterie 35 Ah, 12 V de Fortress Scooters, fournissant une puissance supérieure à celle nécessaire pour une utilisation prolongée. Le fait d'être connectées en parallèle a augmenté l'autonomie globale de l'appareil.
Étant donné la puissance élevée du CMD et son intensité de courant élevée provenant des batteries au plomb, les surtensions risquent d'endommager les composants électriques essentiels. Par conséquent, chaque composant électrique important relié aux batteries est d'abord connecté à un fusible adapté à la valeur de courant appropriée. De plus, un interrupteur d'arrêt d'urgence a été installé par mesure de sécurité, permettant à l'utilisateur de couper immédiatement le courant vers l'ensemble du CMD.
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Composant électrique |
Calibre du fusible |
Nombre de composants |
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Moteur CIM |
70 A (à action rapide) |
2 |
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Actionneur linéaire PA-17-POT |
20 A (à action rapide) |
1 |
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Arduino Mega |
1 A (à action rapide) |
1 |
Tests et résultats finaux du CMD
Le projet CMD a non seulement été une expérience enrichissante, mais a également permis d'identifier des axes d'amélioration de la conception. Certaines décisions de conception ont été motivées par des contraintes de temps, tandis que d'autres ont été influencées par un budget restreint. Au final, le montant réel dépensé s'est élevé à 2 611,44 $, soit 940,90 $ de moins que le coût initialement prévu pour le CMD.
Le prototype CMD actuel ne permet pas de franchir des escaliers courbes. Cependant, grâce à un développement continu, la prochaine version de l'équipe CMD remédiera à cette limitation en intégrant deux chenilles plus petites, améliorant ainsi sa capacité à manœuvrer des escaliers et à contourner des obstacles. Pour plus de détails sur le projet CMD, consultez le rapport de synthèse au format PDF et le lien vers le site web de l'équipe CMD ci-dessous :
Fauteuil monte-escaliers Waterloo - Rapport final de synthèse.pdf
https://cmd-business.webflow.io/
EN RÉSUMÉ
Notre PA-17-POT offre des capacités robustes avec un retour de position adapté à de nombreuses applications, notamment le réglage de l'inclinaison des fauteuils roulants monte-escaliers. Merci à l'équipe CMD de l'Université de Waterloo pour le partage de ses formidables projets !
Nous espérons que vous avez trouvé ce guide aussi instructif et intéressant que nous, surtout si vous cherchez des idées inspirantes pour améliorer vos fauteuils roulants. Pour toute question ou pour discuter plus en détail de nos produits, n'hésitez pas à nous contacter ! Experts dans notre domaine, nous serons ravis de vous aider.
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