Cadira de rodes basada en acceleròmetre per a discapacitats físics: 13 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Al nostre país, amb 1.300 milions de poblacions, encara tenim més de l’1% de la gent gran o amb discapacitat, que necessita suport per a la mobilitat personal. El nostre projecte té com a objectiu satisfer els seus requisits de mobilitat amb tecnologia intel·ligent. El problema és que els ossos de les cames es debiliten o es trenquen a causa d’un accident i causen dolor mentre es mouen, de manera que fem servir moviments de mà o d’inclinació cap per moure una cadira de rodes. La inclinació es detecta mitjançant un acceleròmetre i es desenvolupa una tensió equivalent, que Arduino detecta aquesta tensió i els converteix en un senyal equivalent per al relé. Basat en el senyal Arduino, el relé acciona el motor corresponent. El moviment del motor fa que la cadira de rodes es mogui en una direcció determinada. Això proporciona funcions a l'usuari per controlar el moviment de la cadira de rodes amb la inclinació manual o del cap. Hem utilitzat el sensor intel·ligent d’ultrasons per controlar la frenada de la cadira de rodes en funció de la distància entre la cadira de rodes i els obstacles. Si la distància de diferència és inferior a 20 cm, Arduino envia un senyal de frenada al relé i al motor, això disminueix la velocitat i al cap de 2-3 segons la cadira de rodes finalment s’atura. Això ajuda l'usuari a causa d'un accident major i menor a la carretera, amb l'ajut de tècniques intel·ligents. La pantalla LCD mostra la diferència de distància per endavant i cap enrere a la pantalla per a l'usuari. Aquestes funcions fan que la cadira de rodes sigui senzilla, segura i intel·ligent per a l'usuari.

Components necessaris:

Arduino nano, Relleu 5V, Taula de fusta per al muntatge mecànic, 4 motors de corrent continu 24V, 2A, Bateries de 12V, 4A, Placa d'alumini, Guant, Mòduls Adxl 335, Rodes de cadires de rodes, Cadira amb cargols per fixar, CI regulador 12V, 5V.

Pas 1: DIAGRAMA BOCK

El diagrama de blocs consisteix en la unitat de sensor, la font d'alimentació, Arduino, el relé, la pantalla LCD i els motors. Arduino té entrades del mecanisme automàtic del cinturó de seguretat per a la detecció del cinturó de seguretat que l’utilitza o no l’usuari. Quan l’usuari porta cinturó de seguretat, Arduino detecta i engega el sistema. A continuació, es mostrarà el missatge de benvinguda i es demanarà a l'usuari que seleccioni el mode d'operació. Hi ha tres modes de funcionament i es seleccionen mitjançant interruptors manuals. Un cop seleccionat el mode, comença a detectar el canvi en la sortida del sensor de l’acceleròmetre i, en conseqüència, canvia el senyal d’entrada del relé d’Arduino. Basat en el senyal Arduino, el relé condueix el motor en una direcció particular fins que Arduino canvia l’entrada del relé. El sensor d'ultrasons s'utilitza per mesurar la distància d'obstacle prop de la cadira de rodes, aquesta informació es mostra a la pantalla LCD i es guarda a Arduino per frenar-la. Quan la distància és inferior a 20 cm, Arduino genera un senyal de frenada per retransmetre i atura el moviment de la cadira de rodes. Hi ha dues fonts d'alimentació que s'utilitzen per a Arduino i el subministrament de motors, Arduino té una font de 5v i el motor té una font de 24v.

Pas 2: DESENVOLUPAMENT DEL MARC FONS

Desenvolupament de l’inici de la cadira de rodes a partir del muntatge mecànic del marc. Es pot utilitzar un tauler d’acrílic o de fusta per al marc inferior de la cadira de rodes. A continuació, el tauler es talla amb una mida de marc de 24 * 36 polzades, 24 polzades de llargada i 36 polzades són l’amplada del marc.

Pas 3: MONTAGE DEL MOTOR AL MARC

El motor es munta al tauler del marc amb l'ajut del suport L. Deixant espai de 2 polzades de costat i perforant el forat per muntar el motor. Quan acabi la perforació, col·loquem el suport L i comencem a posar un cargol i després fixem el motor mitjançant el cos de l’eix cargolat. Després d'això, els cables s'estenen unint un altre cable d'extensió i connectant-lo a la sortida del relé.

Pas 4: MONTAGE DE LA CADIRA A MARC

Es fa servir una cadira de quatre potes per fer el sistema més estable durant el funcionament a la carretera. Aquestes potes es taladren amb el forat i es col·loquen al marc i la perforació també es fa al marc. Després d'aquesta cadira es fixa en un marc mitjançant un cargol.

Pas 5: MUNTATGE DE L'INTERRUPTOR D'ALIMENTACIÓ I DEL LCD A LA PANIGA DE RESTA DE LA CADIRA

S’utilitza un interruptor d’alimentació per subministrar el motor i, si es produeix un curtcircuit, desactiveu l’alimentació del sistema mitjançant aquest interruptor. Aquests interruptors i LCD es fixen primer en un tauler de fusta i després es fixen a la plataforma de descans de la cadira mitjançant un forat i després es fixen mitjançant un cargol.

Pas 6: MONTAGE DEL MECANISME DE LA CINTURÓ DE SEGURETAT

Per construir un mecanisme de cinturó de seguretat, s’utilitza una secció de mànec d’alumini que es doblega sobre una vora. S'utilitzen dues nanses i s'utilitza un cinturó de niló que es fixa a la posició de l'espatlla de la cadira. El mànec es fixa a la vora de la cadira.

Pas 7: MONTAGE DEL SENSOR ULTRASONNIC

S'utilitzen dos sensors d'ultrasons per avançar i mesurar la distància cap enrere. Es fixen a la vora central d’una cadira de rodes amb cargol.

Pas 8: MONTAJE DE LA COIXINA DE RESTA DE POTES

S’utilitzen dues taules de fusta de mida 2 * 6 polzades per al coixinet de descans de cames. Aquests es fixen a la vora de la cadira de rodes en posició en forma de V.

Pas 9: IMPLEMENTACIÓ DE MATERIAL DE FONS DE CADIRA DE RODES

El botó basat en cinturó de seguretat i guant automàtic utilitza un concepte de curtcircuit i està connectat a 5v. La pantalla LCD està connectada a Arduino Nano en mode d’interfície de 4 bits i mostrarà un missatge de benvinguda a l’inici d’una cadira de rodes. Després d'aquest mode, la selecció de la cadira de rodes es fa amb el botó dels guants. Els guants estan connectats a 0, 1, 2, 3 pins d'Arduino i l'acceleròmetre està connectat a A0, A1 d'Arduino. Quan l’acceleròmetre s’inclina, l’acceleració es converteix en tensions de l’eix X i de l’eix Y. A partir d’això es realitza el moviment d’una cadira de rodes. La direcció d’acceleració es converteix en moviment de la cadira de rodes amb l’ajut d’un relé connectat a 4, 5, 6, 7 pins d’Arduino i es connecta de manera que el senyal es converteixi en moviment de 4 direccions de la cadira de rodes com endavant, enrere, esquerre, dret. El motor CC està connectat directament al relé sense connexió, connexió oberta, terminal comú. El pin de gatet ultrasònic està connectat al pin no 13 d'Arduino i l'eco es connecta a 10, 11 pin d'Arduino. S'utilitza per a la frenada automàtica quan es detecta un obstacle dins d'un rang de 20 cm i mostra la distància a la pantalla LCD. Els pins de dades LCD estan connectats a A2, A3, A4, A5 i el pin d’activació està connectat a 9 pin, el registre de selecció està connectat al pin no 10

Pas 10: ALGORITME

L'operació de flux d'algorisme de la cadira de rodes es realitza de la manera següent

1. Comenceu per connectar l’alimentació de 24 V i 5 V.

2. Connecteu el cinturó de seguretat, si no està connectat, aneu al 16.

3. Comprovar si l’acceleròmetre es troba en condicions estables?

4. Engegueu l'interruptor d'alimentació del motor.

5. Seleccioneu el mode d'operació mitjançant el botó de guant, el processador s'executarà els dies 6, 9, 12 i, si no està seleccionat, aneu a 16.

6. Seleccioneu el mode 1 i, a continuació

7. Mou l’acceleròmetre en la direcció que volem per moure la cadira de rodes.

8. L’acceleròmetre mou o inclina la seva posició donant així el senyal analògic a Arduino i convertint-lo inadequat

nivell digital, per moure els motors de la cadira de rodes.

9. Mode 2 seleccionat, llavors

10. Basat en el guant es prem el botó en la direcció, volem moure la cadira de rodes.

11. Arduino detecta que el mode d’interruptor de guants s’activa / desactiva i el converteix en un nivell digital inadequat per moure els motors de la cadira de rodes.

12. Seleccionat el mode 3

13. Mou l’acceleròmetre en la direcció en què volem moure la cadira de rodes.

14. L’acceleròmetre mou o inclina la seva posició donant així un senyal analògic a Arduino i convertint-lo en

nivell digital adequat i comproveu si hi ha una distància diferencial per ultrasons.

15. Els sensors d’ultrasons s’utilitzen per detectar l’obstacle. Si es detecta algun obstacle, llavors

dóna el senyal a Arduino i aplica una frenada i atura els motors.

16. La cadira de rodes està en posició de descans.

17. Traieu el cinturó de seguretat.

Pas 11: Codi

Pas 12: proves finals

Es van fer esforços per fer el sistema compacte i usable, s’han utilitzat cables mínims i això redueix la complexitat del sistema. L'Arduino és el cor del sistema i, per tant, cal programar-lo correctament. Es van provar diversos gestos i es van estudiar les sortides per comprovar si el senyal correcte s’envia al relé. El model de cadira de rodes funciona als relés i motors de commutació amb un sensor d’acceleròmetre situat a la mà del pacient. Arduino amb l’acceleròmetre s’utilitza per enviar senyal d’inclinació a la cadira de rodes en termes de moviment, és a dir, esquerra o dreta, davantera o posterior. Aquí el relé actua com un circuit de commutació. Segons l’operació del relé, la cadira de rodes es mourà en la direcció corresponent. La correcta interfície de tots els components segons el diagrama del circuit ens proporciona circuits de maquinari per a prototips de cadira de rodes amb gest basat en la mà i control basat en guants amb frenada automàtica per a la seguretat dels pacients.

Pas 13: CONCLUSIÓ

Havíem implementat una cadira de rodes automàtica, que té diversos avantatges. Funciona en tres modes diferents, és a dir, mode manual, acceleròmetre i acceleròmetre amb mode de frenada. A més, hi ha dos sensors d’ultrasons que augmenten la precisió de la cadira de rodes i proporcionen una frenada automàtica. Aquesta cadira de rodes és econòmica i pot ser assequible per a la gent comuna. Amb el desenvolupament d’aquest projecte, es pot implementar amb èxit a una escala més gran per a les persones amb discapacitat. El baix cost del muntatge el converteix realment en un avantatge per al públic en general. També podem afegir nova tecnologia en aquesta cadira de rodes. A partir dels resultats obtinguts anteriorment, arribem a la conclusió que el desenvolupament dels tres modes de control d’una cadira de rodes es prova i funciona de manera satisfactòria en un entorn interior amb l’assistència mínima a la persona amb discapacitat física. Té una bona resposta a l’acceleròmetre que activa els motors connectats a les rodes de la cadira. La velocitat i la distància cobertes per una cadira de rodes es poden millorar encara més si el sistema d'engranatges connectat als motors és substituït per una junta de maneta i pinyó que té menys fricció i desgast mecànic. El cost de funcionament d’aquest sistema és molt inferior en comparació amb altres sistemes utilitzats amb el mateix propòsit.