Αναπηρική καρέκλα βασισμένη σε επιταχυνσιόμετρο για άτομα με ειδικές ανάγκες: 13 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Στη χώρα μας με 1,3 δισεκατομμύρια πληθυσμούς, εξακολουθούμε να έχουμε περισσότερο από 1% πληθυσμό ηλικιωμένων ή ατόμων με ειδικές ανάγκες, οι οποίοι χρειάζονται υποστήριξη για προσωπική κινητικότητα. Το πρότζεκτ μας έχει στόχο να ικανοποιήσει την απαίτησή τους για κινητικότητα με έξυπνη τεχνολογία. Το πρόβλημα με αυτά είναι ότι τα οστά των ποδιών τους εξασθενούν ή κάνουν διάλειμμα λόγω ατυχήματος και προκαλούν πόνο κατά την κίνηση, οπότε χρησιμοποιούμε κινήσεις χεριών ή κεκλιμένων κεφαλών για να μετακινήσουμε αναπηρικό αμαξίδιο. Η κλίση ανιχνεύεται με επιταχυνσιόμετρο και αναπτύσσεται ισοδύναμη τάση, η τάση αυτή ανιχνεύεται από το Arduino και τα μετατρέπει σε ισοδύναμο σήμα για το ρελέ. Με βάση το σήμα Arduino, το ρελέ κινεί τον αντίστοιχο κινητήρα. Η κίνηση του κινητήρα προκαλεί την αναπηρική καρέκλα να κινηθεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αυτό δίνει δυνατότητες στον χρήστη να ελέγχει την κίνηση της αναπηρικής πολυθρόνας με το χέρι ή την κλίση του κεφαλιού. Χρησιμοποιήσαμε τον έξυπνο αισθητήρα υπερήχων για να ελέγξουμε το φρενάρισμα της αναπηρικής πολυθρόνας με βάση την απόσταση μεταξύ της αναπηρικής πολυθρόνας και των εμποδίων. Εάν η απόσταση διαφοράς είναι μικρότερη από 20 cm, τότε το Arduino στέλνει σήμα φρεναρίσματος στο ρελέ και ο κινητήρας σταματά, αυτό μειώνει την ταχύτητα και μετά από 2-3 δευτερόλεπτα η αναπηρική καρέκλα σταματά επιτέλους. Αυτό βοηθά τον χρήστη από ένα μεγάλο και μικρό ατύχημα στο δρόμο, με τη βοήθεια έξυπνων τεχνικών. Η οθόνη LCD δείχνει τη διαφορά της απόστασης προς τα εμπρός και προς τα πίσω στην οθόνη για τον χρήστη. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν το αναπηρικό αμαξίδιο απλό, ασφαλές και έξυπνο για τον χρήστη.

Απαιτούμενα εξαρτήματα:

Arduino nano, Ρελέ 5V, Ξύλινη σανίδα για μηχανική συναρμολόγηση, Κινητήρας 4 σχέσεων DC 24V, 2A, Μπαταρίες 12V, 4A, Πλάκα αλουμινίου, Γάντι, Adxl 335 ενότητες, Τροχοί αναπηρικών αμαξιδίων, Καρέκλα με βίδες για στερέωση, 12V, 5V ρυθμιστικό IC.

Βήμα 1: BOCK DIAGRAM

Το μπλοκ διάγραμμα αποτελείται από τη μονάδα αισθητήρα, την τροφοδοσία, το Arduino, το ρελέ, την οθόνη LCD και τους κινητήρες. Το Arduino έχει εισόδους από τον αυτόματο μηχανισμό ζώνης ασφαλείας για ανίχνευση της ζώνης ασφαλείας που φορά ο χρήστης ή όχι. Όταν ο χρήστης φορά ζώνη ασφαλείας, το Arduino αντιλαμβάνεται και ενεργοποιεί το σύστημα. Στη συνέχεια εμφανίζεται το μήνυμα καλωσορίσματος και ο χρήστης καλείται να επιλέξει τον τρόπο λειτουργίας. Υπάρχουν τρεις τρόποι λειτουργίας και επιλέγονται με χειροκίνητους διακόπτες. Μόλις επιλεγεί η λειτουργία τότε αρχίζει να ανιχνεύει την αλλαγή στην έξοδο του αισθητήρα επιταχυνσιόμετρου και αντίστοιχα αλλάζει το σήμα εισόδου για ρελέ από το Arduino. Με βάση το σήμα Arduino, το ρελέ οδηγεί τον κινητήρα σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση έως ότου το Arduino αλλάξει την είσοδο του ρελέ. Ο αισθητήρας υπερήχων χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της απόστασης εμποδίου κοντά στην αναπηρική καρέκλα, οι πληροφορίες αυτές εμφανίζονται στην οθόνη LCD και αποθηκεύονται στο Arduino για φρενάρισμα. Όταν η απόσταση είναι μικρότερη από 20 cm, το Arduino δημιουργεί σήμα φρεναρίσματος στο ρελέ και σταματά την κίνηση του αναπηρικού αμαξιδίου. Υπάρχουν δύο τροφοδοτικά που χρησιμοποιούνται για Arduino και τροφοδοσία κινητήρα, το Arduino έχει παροχή 5v και ο κινητήρας έχει παροχή 24v.

Βήμα 2: ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΤΩ ΠΛΑΙΣΙΟΥ

Η ανάπτυξη της αναπηρικής πολυθρόνας ξεκινά από τη συναρμολόγηση μηχανικού πλαισίου. Μια ακρυλική ή ξύλινη σανίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το κάτω πλαίσιο του αναπηρικού αμαξιδίου. Στη συνέχεια, ο πίνακας κόβεται σε μέγεθος πλαισίου 24 * 36 ίντσες, 24 ίντσες είναι μήκος και 36 ίντσες είναι το πλάτος του πλαισίου.

Βήμα 3: ΣΤΟΙΧΗΣΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΣΕ ΠΛΑΙΣΙΟ

Ο κινητήρας είναι τοποθετημένος στον πίνακα πλαισίου με τη βοήθεια του βραχίονα L. Αφήνοντας χώρο 2 ίντσες στην πλευρά του μήκους και τρύπα για την τοποθέτηση του κινητήρα. Όταν τελειώσει η διάτρηση, τοποθετούμε το βραχίονα L και αρχίζουμε να βάζουμε μια βίδα και στη συνέχεια στερεώνουμε τον κινητήρα από το βιδωτό του άξονα. Στη συνέχεια, τα καλώδια επεκτείνονται ενώνοντας άλλο καλώδιο προέκτασης και συνδέοντάς το στην έξοδο ρελέ.

Βήμα 4: ΣΤΟΙΧΗΣΗ ΚΑΡΕΚΛΑΣ ΣΕ ΠΛΑΙΣΙΟ

Μια καρέκλα τεσσάρων ποδιών χρησιμοποιείται για να κάνει το σύστημα πιο σταθερό κατά τη λειτουργία στο δρόμο. Αυτά τα άκρα των ποδιών τρυπιούνται με τρύπα και τοποθετούνται στο πλαίσιο και η διάτρηση γίνεται επίσης στο πλαίσιο. Στη συνέχεια, η καρέκλα στερεώνεται σε ένα πλαίσιο με βίδα.

Βήμα 5: ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΚΑΙ ΟΘΟΝΗΣ ΣΤΟ ΧΕΡΙ ΚΑΡΕΚΛΑΣ ΥΠΟΔΕΙΞΗΣ

Ένας διακόπτης τροφοδοσίας χρησιμοποιείται για να παρέχει τροφοδοσία στον κινητήρα και εάν συμβεί βραχυκύκλωμα, απενεργοποιήστε την παροχή συστήματος από αυτόν τον διακόπτη. Αυτοί οι διακόπτες και η LCD στερεώνονται πρώτα σε μια ξύλινη σανίδα και στη συνέχεια στερεώνονται στο υπόλοιπο μαξιλάρι της καρέκλας ανοίγοντας τρύπα και στη συνέχεια στερεώνοντάς την με ένα κοχλία.

Βήμα 6: ΣΤΑΣΗ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ΖΩΝΗΣ ΚΑΘΙΣΜΑΤΟΣ

Για την κατασκευή μηχανισμού ζώνης ασφαλείας, χρησιμοποιείται τμήμα λαβής αλουμινίου και λυγίζει πάνω από μια άκρη. Χρησιμοποιούνται δύο λαβές και χρησιμοποιείται νάιλον ζώνη και στερεώνεται στη θέση των ώμων της καρέκλας. Η λαβή είναι στερεωμένη στην άκρη του καθίσματος της καρέκλας.

Βήμα 7: Τοποθέτηση υπερηχητικού αισθητήρα

Δύο αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται για προώθηση και μέτρηση απόστασης προς τα πίσω. Είναι στερεωμένα στο κεντρικό άκρο μιας αναπηρικής πολυθρόνας με βίδα.

Βήμα 8: ΣΤΟΙΧΩΣΗ ΤΟΥ ΛΑΔΙΟΥ REST PAD

Δύο ξύλινες σανίδες μεγέθους 2 * 6 ίντσες χρησιμοποιούνται για μαξιλάρι στήριξης ποδιών. Αυτά στερεώνονται στην άκρη του αναπηρικού αμαξιδίου σε θέση σχήματος v.

Βήμα 9: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΚΛΗΡΟΥ ΑΝΑΠΛΟΝΤΙΚΟΥ ΚΑΡΕΚΛΑ

Αυτόματο κουμπί με ζώνη ασφαλείας και γάντι που χρησιμοποιεί έννοια βραχυκυκλώματος και συνδέεται με 5v. Η οθόνη LCD συνδέεται με το Arduino Nano σε λειτουργία διασύνδεσης 4 bit και θα εμφανίσει ένα μήνυμα καλωσορίσματος στην εκκίνηση ενός αναπηρικού αμαξιδίου. Στη συνέχεια, η επιλογή αναπηρικού αμαξιδίου γίνεται χρησιμοποιώντας το κουμπί γαντιών. Τα γάντια συνδέονται με 0, 1, 2, 3 ακίδες του Arduino και το επιταχυνσιόμετρο συνδέεται με τα Α0, Α1 του Arduino. Όταν το επιταχυνσιόμετρο έχει κλίση, η επιτάχυνση μετατρέπεται σε τάσεις του άξονα Χ και του άξονα Υ. Με βάση αυτό γίνεται η κίνηση ενός αναπηρικού αμαξιδίου. Η κατεύθυνση της επιτάχυνσης μετατρέπεται σε κίνηση αναπηρικού αμαξιδίου με τη βοήθεια ρελέ που συνδέεται με 4, 5, 6, 7 καρφίτσες του Arduino και συνδέεται με τρόπο που το σήμα μετατρέπεται σε κίνηση 4 κατευθύνσεων του αμαξιδίου όπως εμπρός, πίσω, αριστερά, σωστά. Ο κινητήρας DC συνδέεται απευθείας στο ρελέ χωρίς σύνδεση, ανοικτή σύνδεση, κοινό τερματικό. Ο ακροδέκτης υπερηχητικής σκανδάλης συνδέεται με τον πείρο αριθ. 13 του Arduino και ο ηχώ συνδέεται με τον ακροδέκτη 10, 11 του Arduino. Χρησιμοποιείται για αυτόματο φρενάρισμα όταν εντοπίζεται εμπόδιο σε απόσταση 20 cm και εμφανίζει την απόσταση στην οθόνη LCD. Οι ακίδες δεδομένων LCD είναι συνδεδεμένες με A2, A3, A4, A5 και η ενεργοποίηση του pin είναι συνδεδεμένη με 9 pin, η επιλογή καταχωρητή είναι συνδεδεμένη με τον pin 10

Βήμα 10: ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ

Η λειτουργία ροής αλγορίθμου της αναπηρικής πολυθρόνας γίνεται με τον ακόλουθο τρόπο

1. Ξεκινήστε συνδέοντας την τροφοδοσία 24 V και 5 V.

2. Συνδέστε τη ζώνη ασφαλείας, εάν δεν είναι συνδεδεμένη, μεταβείτε στο 16.

3. Ελέγξτε εάν το επιταχυνσιόμετρο είναι σε σταθερή κατάσταση;

4. Ενεργοποιήστε τον διακόπτη παροχής κινητήρα.

5. Επιλέξτε τον τρόπο λειτουργίας με το κουμπί γάντι, ο επεξεργαστής εκτελείται στις 6, 9, 12 και αν δεν έχει επιλεγεί, μεταβείτε στο 16.

6. Επιλέξτε τη λειτουργία 1 και, στη συνέχεια

7. Μετακινήστε το επιταχυνσιόμετρο προς την κατεύθυνση που θέλουμε να μετακινήσουμε το αναπηρικό αμαξίδιο.

8. Το επιταχυνσιόμετρο μετακινεί ή γέρνει τη θέση του δίνοντας έτσι το αναλογικό σήμα στο Arduino και το μετατρέπει ακατάλληλο

ψηφιακό επίπεδο, έτσι ώστε να κινούνται οι κινητήρες του αναπηρικού αμαξιδίου.

9. Επιλέχθηκε η λειτουργία 2 και, στη συνέχεια

10. Με βάση το γάντι το κουμπί πιέζεται προς την κατεύθυνση, θέλουμε να μετακινήσουμε το αναπηρικό αμαξίδιο.

11. Το Arduino αισθάνεται ότι αλλάζει ή απενεργοποιείται η λειτουργία διακόπτη γαντιών και το μετατρέπει σε ακατάλληλο ψηφιακό επίπεδο, έτσι ώστε να κινούνται οι κινητήρες του αναπηρικού αμαξιδίου.

12. Επιλέχθηκε η λειτουργία 3 και, στη συνέχεια

13. Μετακινήστε το επιταχυνσιόμετρο προς την κατεύθυνση που θέλουμε να μετακινήσουμε το αναπηρικό αμαξίδιο.

14. Το επιταχυνσιόμετρο μετακινεί ή γέρνει τη θέση του, δίνοντας έτσι ένα αναλογικό σήμα στο Arduino και μετατρέποντάς το

κατάλληλο ψηφιακό επίπεδο και ελέγξτε για απόσταση υπερηχητικής διαφοράς.

15. Οι αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του εμποδίου. Εάν εντοπιστεί κάποιο εμπόδιο, τότε αυτό

δίνει το σήμα στο Arduino και εφαρμόζει τη λειτουργία πέδησης και θα σταματήσει τους κινητήρες.

16. Το αναπηρικό αμαξίδιο βρίσκεται στη θέση ανάπαυσης.

17. Αφαιρέστε τη ζώνη ασφαλείας.

Βήμα 11: Κωδικός

Βήμα 12: Τελική δοκιμή

Έγιναν προσπάθειες για να γίνει το σύστημα συμπαγές και φορετό, έχουν χρησιμοποιηθεί ελάχιστα καλώδια και αυτό μειώνει την πολυπλοκότητα του συστήματος. Το Arduino είναι η καρδιά του συστήματος και ως εκ τούτου πρέπει να προγραμματιστεί σωστά. Δοκιμάστηκαν διάφορες χειρονομίες και μελετήθηκαν οι έξοδοι για να ελεγχθεί εάν το σωστό σήμα αποστέλλεται στο ρελέ. Το μοντέλο του αναπηρικού αμαξιδίου λειτουργεί στα ρελέ & τους κινητήρες με έναν αισθητήρα επιταχυνσιόμετρου τοποθετημένο στο χέρι του ασθενούς. Το Arduino με το επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιείται για την αποστολή σήματος κλίσης στην αναπηρική καρέκλα όσον αφορά την κίνηση, δηλαδή, αριστερά ή δεξιά, εμπρός ή πίσω. Εδώ το ρελέ λειτουργεί ως κύκλωμα μεταγωγής. Σύμφωνα με τη λειτουργία του ρελέ, το αναπηρικό αμαξίδιο θα κινηθεί προς την αντίστοιχη κατεύθυνση. Η σωστή διασύνδεση όλων των εξαρτημάτων σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος μας δίνει κυκλώματα υλικού για πρωτότυπο αναπηρικό αμαξίδιο με χειρονομίες χειρός και χειρισμό χειρός με αυτόματο φρενάρισμα για την ασφάλεια των ασθενών.

Βήμα 13: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Είχαμε εφαρμόσει ένα αυτόματο αναπηρικό αμαξίδιο, το οποίο έχει διάφορα πλεονεκτήματα. Λειτουργεί σε τρεις διαφορετικούς τρόπους, δηλαδή χειροκίνητη λειτουργία, επιταχυνσιόμετρο και επιταχυνσιόμετρο με λειτουργία πέδησης. Επίσης, υπάρχουν δύο αισθητήρες υπερήχων που αυξάνουν την ακρίβεια του αναπηρικού αμαξιδίου και παρέχουν αυτόματο φρενάρισμα. Αυτή η αναπηρική καρέκλα είναι οικονομική και μπορεί να είναι προσιτή σε κοινούς ανθρώπους. Με την ανάπτυξη αυτού του έργου, μπορεί να εφαρμοστεί με επιτυχία σε μεγαλύτερη κλίμακα για άτομα με ειδικές ανάγκες. Το χαμηλό κόστος της συνέλευσης το καθιστά πραγματικά μπόνους για το ευρύ κοινό. Μπορούμε επίσης να προσθέσουμε νέα τεχνολογία σε αυτό το αναπηρικό αμαξίδιο. Από τα παραπάνω αποτελέσματα, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ανάπτυξη και των τριών τρόπων ελέγχου μιας αναπηρικής πολυθρόνας δοκιμάζεται και λειτουργεί ικανοποιητικά σε εσωτερικό χώρο με ελάχιστη βοήθεια στο άτομο με σωματική αναπηρία. Έχει καλή απόκριση στο επιταχυνσιόμετρο που ενεργοποιεί τους κινητήρες που συνδέονται με τους τροχούς της καρέκλας. Η ταχύτητα και η απόσταση που καλύπτει ένα αναπηρικό αμαξίδιο μπορούν να βελτιωθούν περαιτέρω εάν το σύστημα μετάδοσης που συνδέεται με τους κινητήρες αντικατασταθεί από έναν στροφαλοφόρο σύνδεσμο που έχει λιγότερη τριβή και μηχανική φθορά. Το κόστος λειτουργίας αυτού του συστήματος είναι πολύ χαμηλότερο σε σύγκριση με άλλα συστήματα που χρησιμοποιούνται για τον ίδιο σκοπό.