Aller aux toilettes est une activité quotidienne courante pour tous. Cependant, les personnes à mobilité réduite, blessées ou en situation de handicap peuvent rencontrer des difficultés d'accès aux toilettes standard. Ces dernières sont parfois équipées de barres d'appui ou de cabines plus larges, mais ces aménagements ne constituent pas une solution complète pour tous les usagers à mobilité réduite. L'accessibilité et le réglage en hauteur des toilettes sont des points essentiels que les grands espaces publics pourraient améliorer. Bien que des solutions existent déjà, elles sont principalement destinées à un usage privé et leur coût reste prohibitif pour une utilisation pratique dans les lieux publics. Cet article présente le travail de l'équipe du banc d'essai universel de toilettes RIT MSD, qui a développé des solutions abordables, rapides et faciles à installer pour des toilettes réglables, afin d'aider les personnes à mobilité réduite.
Présentation de l'équipe
Également connu sous le nom de « Toilettes en mouvement ! », le banc d'essai universel pour toilettes est un projet d'équipe réalisé par des étudiants du Rochester Institute of Technology dans divers domaines de l'ingénierie :
Robert Cho – Ingénieur en mécanique et systèmes
Aubrey Figoras – Ingénieur en mécanique et concepteur CAO
Chloé Cattadoris – Ingénieure industrielle et chef de projet
John Lowenhaupt – Ingénieur électricien et animateur
Zach Flickinger – Ingénieur en électricité et systèmes
Manny Pizarro – Ingénieur mécanicien et acheteur
L'idée originale de ce projet a été proposée par Daniel Phillips et Stan Rickel du RIT LiveAbility Lab, qui souhaitaient créer des toilettes accessibles aux personnes à mobilité réduite. L'objectif était de développer des toilettes mobiles conformes aux normes d'accessibilité en position fixe, mais dont la hauteur pourrait être ajustée (manuellement et automatiquement) pour répondre aux besoins de chaque utilisateur. Encadrés par le programme de conception multidisciplinaire de fin d'études du RIT, l'équipe a consacré le premier semestre à identifier les besoins des utilisateurs, à analyser les produits existants et à élaborer une première conception du système.
Planification et conception du système
Le système mécanique a été conçu avec SolidWorks, tandis que les schémas électriques ont été réalisés avec Altium. Pour la conception mécanique, le support de toilette individuel en fonte Watts ISCA-101-R IS a été choisi. Ce support peut supporter une toilette murale standard américaine et supporte une charge de 227 kg (500 lb). La charge totale estimée comprend le support de toilette de 35 kg (77 lb), la toilette elle-même (environ 23 kg ou 50 lb) et une charge maximale de 159 kg (350 lb) pour une personne de taille moyenne (99e percentile).
Du fait de la configuration en porte-à-faux de la charge, la conception nécessitait des rails de guidage pour compenser le moment induit. Une analyse des contraintes réalisée par l'équipe a permis de déterminer que deux rails de guidage en acier au carbone 1566 de 1-1/2 po de diamètre suffiraient à supporter la charge sans plastification due à la flexion ou à la fatigue.
Découper les pièces en bois
La majeure partie de la construction a été réalisée à l'atelier The Construct, situé sur le campus du RIT et dédié à l'accompagnement des étudiants dans leurs projets personnels et scolaires. Toutes les pièces en bois entourant le support de toilettes, ainsi que le linteau et le pied du cadre, ont été fabriquées sur une fraiseuse CNC ShopSabre, en raison de la précision et de la complexité des perçages nécessaires.
L'équipe a conçu un ensemble de planches de bois sur lesquelles le support de toilettes pourrait être fixé. Ces planches devaient également intégrer quatre roulements à billes linéaires robustes pour guider les rails et servir de support aux actionneurs. Le matériau choisi était une planche de pin de 2,5 cm d'épaisseur, achetée chez Lowe's. À l'aide d'une fraiseuse CNC, l'équipe a pu découper cette planche en pin pour obtenir les pièces nécessaires au système de support de toilettes.
La structure du système a été réalisée en bois de dimensions 2x12, les montants latéraux étant doublés pour une solidité accrue. L'équipe a conçu, pour cette structure, un linteau et un pied sur mesure destinés à recevoir les rails de guidage. Ces pièces usinées CNC, constituant le haut et le bas de la structure du banc d'essai universel pour toilettes, sont visibles sur la photo ci-dessous ; la pièce supérieure est le linteau sur lequel seront fixés les actionneurs linéaires.
Choisir des actionneurs linéaires adaptés
Pour ce projet, les actionneurs linéaires ont été soigneusement sélectionnés en fonction de trois facteurs principaux :
- vitesse de déplacement
- capacité de charge dynamique
- longueur de course
L'équipe recherchait un actionneur relativement rapide, mais aussi sûr pour l'utilisateur, avec une amplitude de mouvement d'environ 24°. Après de nombreuses recherches, elle a conclu que le PA-17-24-850 répondait parfaitement à ses besoins. Bien qu'un seul actionneur aurait suffi à supporter la charge totale de 227 kg (500 lb), deux actionneurs ont été choisis par mesure de sécurité.
Le processus d'assemblage
Une fois toutes les pièces fabriquées et coupées aux longueurs appropriées, l'équipe a assemblé le système de support de toilettes. En enfonçant les roulements dans les planches de bois et en vissant les adaptateurs de roulement, l'équipe a pu fixer les roulements à l'intérieur des planches usinées par commande numérique.
Le reste du cadre a été découpé à l'aide d'une scie radiale et assemblé avec une perceuse manuelle et des vis. Tout assemblage supplémentaire a été réalisé à l'aide de boulons de 1/2 pouce de diamètre, d'écrous Nylstop et de clés à douille.
Ensuite, un support de toilette COTS (commercial sur étagère) a été fixé entre les deux planches de bois usinées CNC pour former un système de support de toilette assemblé.
À partir de là, les rails de guidage linéaires ont été insérés dans les roulements et munis de brides à chaque extrémité. L'équipe a ensuite assemblé le cadre autour du support de toilettes, les brides des rails de guidage étant fixées aux traverses supérieure et inférieure du cadre. Une fois cette étape terminée au sol, ils ont pu redresser l'ensemble du système et le fixer au mur à l'aide d'équerres métalliques et de supports de fixation BRK-17.
Les deuxactionneurs PA-17 ont été installés en dernier, en fixant leurs trous de montage auxsupports de fixation du longeron du châssis, en les déployant sur toute leur longueur, puis en les fixant à la base du système de support de toilettes . Après une discussion approfondie avec le professeur et mentor de l'équipe du programme de conception multidisciplinaire de fin d'études du RIT, il a été décidé de ne pas installer d'autres composants électroniques que l' interrupteur à bascule, suite à l'abandon du système de commande initialement prévu. Le banc d'essai universel pour toilettes, désormais équipé des actionneurs PA-17 reliés à un interrupteur à bascule, est visible ci-dessous.
Tests finaux et résultats
Finalement, l'équipe n'a pas pu implémenter les variateurs de vitesse AC-26-30 à temps, faute d'avoir bien compris leur fonctionnement. Auparavant, elle avait tenté de les faire fonctionner avec les interrupteurs en entrée, alors que ces interrupteurs doivent être placés en sortie pour un fonctionnement correct. De ce fait, les variateurs fonctionnaient parfaitement dans un sens, mais l'inversion de polarité provoquait un dysfonctionnement. Faute de temps pour diagnostiquer et repenser le système, l'équipe a dû abandonner cette fonctionnalité et se contenter d'un simple interrupteur à bascule pour la commande utilisateur.
Les contraintes de temps ont également empêché l'intégration du système électrique comprenant l'Arduino Uno et le lecteur RFID pour la préréglage des hauteurs ; ce système est resté pour l'instant purement théorique. L'équipe a néanmoins pu réaliser avec succès des essais de charge et de mouvement du banc d'essai universel pour toilettes, sous une charge appliquée de 159 kg (350 lb), afin de vérifier son bon fonctionnement.
EN RÉSUMÉ
Malgré des difficultés telles que le manque de financement, de connaissances techniques et d'expérience dans le secteur, l'équipe du banc d'essai universel pour toilettes RIT MSD a finalement réussi à mener à bien l'assemblage de son projet. L'équipe est également reconnaissante d'avoir eu l'opportunité de concrétiser les idées du LiveAbility Lab et remercie Mark Minunni pour son précieux accompagnement et ses conseils avisés qui leur seront utiles pour la suite.
Merci à l'équipe du banc d'essai universel pour toilettes MSD du RIT d'avoir partagé son projet et démontré l'importance cruciale du temps et de l'argent dans les projets concrets ! Pour en savoir plus sur le Rochester Institute of Technology, n'hésitez pas à consulter leurs chaînes YouTube, Facebook et Instagram ! Si vous avez des questions concernant nos actionneurs linéaires électriques ou si vous souhaitez discuter plus en détail de nos autres produits, contactez-nous sans hésiter ! Nous sommes experts dans notre domaine et nous serons ravis de vous aider.
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