Sedia a rotelle con accelerometro per portatori di handicap: 13 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Nel nostro Paese di 1,3 miliardi di abitanti, abbiamo ancora più dell'1% di popolazione di anziani o disabili, che necessitano di supporto per la mobilità personale. Il nostro progetto ha l'obiettivo di soddisfare la loro esigenza di mobilità con la tecnologia intelligente. Il problema con loro è che le loro ossa delle gambe si indeboliscono o si rompono a causa di un incidente e causano dolore durante il movimento, quindi usiamo movimenti delle mani o della testa per spostare una sedia a rotelle. L'inclinazione viene rilevata dall'accelerometro e viene sviluppata una tensione equivalente, tale tensione viene rilevata da Arduino e la converte in un segnale equivalente per il relè. In base al segnale Arduino, il relè aziona il motore corrispondente. Il movimento del motore fa muovere la carrozzina in una certa direzione. Ciò offre all'utente la possibilità di controllare il movimento della sedia a rotelle manualmente o inclinando la testa. Abbiamo utilizzato il sensore intelligente ad ultrasuoni per controllare la frenata della sedia a rotelle in base alla distanza tra la sedia a rotelle e gli ostacoli. Se la differenza di distanza è inferiore a 20 cm, Arduino invia un segnale di frenata al relè e l'arresto del motore, questo diminuisce la velocità e dopo 2-3 secondi la carrozzina si ferma. Questo aiuta l'utente da un incidente maggiore e minore sulla strada, con l'aiuto di tecniche intelligenti. Il display LCD mostra la differenza di distanza per avanti e indietro sul display per l'utente. Queste caratteristiche rendono la sedia a rotelle semplice, sicura e intelligente per l'utente.

Componenti richiesti:

Arduino nano, Relè 5V, Tavola in legno per montaggio meccanico, 4 motoriduttore DC 24V, 2A, Batterie 12V, 4A, Piatto di alluminio, Guanto, Moduli Adxl 335, Ruote per sedie a rotelle, Sedia con viti per il fissaggio, IC regolatore 12V, 5V.

Fase 1: DIAGRAMMA BOCK

Lo schema a blocchi è costituito da unità sensore, alimentatore, Arduino, relè, LCD e motori. Arduino ha ingressi dal meccanismo automatico della cintura di sicurezza per il rilevamento della cintura di sicurezza indossata dall'utente o meno. Quando l'utente indossa la cintura di sicurezza, Arduino rileva e accende il sistema. Quindi viene visualizzato il messaggio di benvenuto e l'utente ha chiesto di selezionare la modalità di funzionamento. Ci sono tre modalità di funzionamento e sono selezionate da interruttori manuali. Una volta selezionata la modalità, inizia a rilevare il cambiamento nell'uscita del sensore dell'accelerometro e di conseguenza cambia il segnale di ingresso per il relè di Arduino. In base al segnale Arduino, il relè guida il motore in una particolare direzione finché Arduino non cambia l'ingresso del relè. Il sensore ad ultrasuoni viene utilizzato per misurare la distanza dell'ostacolo vicino alla carrozzina, questa informazione viene visualizzata su LCD e memorizzata in Arduino per la frenata. Quando la distanza è inferiore a 20 cm, Arduino genera un segnale di frenata a relè e interrompe il movimento della carrozzina. Ci sono due alimentatori utilizzati per Arduino e l'alimentazione del motore, Arduino ha un'alimentazione di 5v e il motore ha un'alimentazione di 24v.

Passaggio 2: SVILUPPO DEL TELAIO INFERIORE

Lo sviluppo della carrozzina inizia dall'assemblaggio meccanico del telaio. Per il telaio inferiore della carrozzina è possibile utilizzare una tavola in acrilico o in legno. Quindi la tavola viene tagliata in una dimensione del telaio di 24 * 36 pollici, 24 pollici è la lunghezza e 36 pollici sono la larghezza del telaio.

Fase 3: MONTAGGIO DEL MOTORE SUL TELAIO

Il motore è montato sulla scheda del telaio con l'aiuto della staffa a L. Lasciando uno spazio di 2 pollici sul lato della lunghezza e praticare un foro per il montaggio del motore. Quando la perforazione è terminata, posizioniamo la staffa a L e iniziamo a mettere una vite e quindi fissiamo il motore tramite il suo corpo dell'albero avvitato. Dopodiché i fili vengono estesi unendo un altro filo di prolunga e collegandolo all'uscita del relè.

Fase 4: MONTAGGIO DELLA SEDIA SUL TELAIO

Una sedia a quattro gambe viene utilizzata per rendere il sistema più stabile durante il funzionamento su strada. Il bordo di queste gambe viene forato e posizionato sul telaio e anche la foratura viene eseguita sul telaio. Dopo che la sedia è fissata su un telaio tramite bullone a vite.

Passaggio 5: MONTAGGIO DELL'INTERRUTTORE DI ALIMENTAZIONE E DEL LCD SUL PASTIGLIA DI APPOGGIO PER LE MANI DELLA SEDIA

Un interruttore di alimentazione viene utilizzato per fornire alimentazione al motore e, in caso di cortocircuito, disattivare l'alimentazione del sistema tramite questo interruttore. Questi interruttori e LCD vengono prima fissati su una tavola di legno e quindi fissati sul cuscino di appoggio della sedia praticando un foro e quindi fissandolo con un bullone a vite.

Passaggio 6: MONTAGGIO DEL MECCANISMO DELLA CINTURA DI SICUREZZA

Per costruire un meccanismo per cintura di sicurezza, viene utilizzata la sezione della maniglia in alluminio e piegata su un bordo. Vengono utilizzate due maniglie e viene utilizzata una cintura di nylon fissata alla posizione della spalla della sedia. La maniglia è fissata al bordo di seduta della sedia.

Step 7: MONTAGGIO DEL SENSORE A ULTRASUONI

Per la misurazione della distanza in avanti e all'indietro vengono utilizzati due sensori a ultrasuoni. Sono fissati al bordo centrale di una sedia a rotelle con vite.

Step 8: MONTAGGIO DEL GAMBE PAD

Due assi di legno di dimensioni 2 * 6 pollici vengono utilizzate per il poggiagambe. Questi sono fissati sul bordo della sedia a rotelle in posizione a forma di v.

Fase 9: IMPLEMENTAZIONE DELL'HARDWARE DELLA SEDIA A ROTELLE

La cintura di sicurezza automatica e il pulsante basato sul guanto hanno utilizzato il concetto di cortocircuito e sono stati collegati a 5v. Il display LCD è collegato ad Arduino Nano in modalità interfacciamento a 4 bit e visualizzerà un messaggio di benvenuto all'avvio di una sedia a rotelle. Dopo tale modalità, la selezione della sedia a rotelle viene effettuata utilizzando il pulsante dei guanti. I guanti sono collegati ai pin 0, 1, 2, 3 di Arduino e l'accelerometro è collegato a A0, A1 di Arduino. Quando l'accelerometro è inclinato, l'accelerazione viene convertita nelle tensioni dell'asse X e dell'asse Y. Sulla base di esso viene eseguito il movimento di una sedia a rotelle. La direzione dell'accelerazione viene convertita nel movimento della sedia a rotelle con l'aiuto di un relè collegato ai pin 4, 5, 6, 7 di Arduino ed è collegato in modo che il segnale venga convertito in un movimento in 4 direzioni della sedia a rotelle come avanti, indietro, sinistra, Giusto. Il motore CC è collegato direttamente al relè senza connessione, connessione aperta, terminale comune. Il pin del trigger ad ultrasuoni è collegato al pin n. 13 di Arduino e l'eco è collegato al pin 10, 11 di Arduino. Viene utilizzato per la frenata automatica quando viene rilevato un ostacolo entro un raggio di 20 cm e visualizza la distanza su LCD. I pin dei dati LCD sono collegati a A2, A3, A4, A5 e il pin di abilitazione è collegato al pin 9, la selezione del registro è collegata al pin n. 10

Fase 10: ALGORITMO

L'operazione di flusso dell'algoritmo della sedia a rotelle viene eseguita nel modo seguente

1. Iniziare collegando l'alimentazione di 24 V e 5 V.

2. Allacciare la cintura di sicurezza, se non è collegata andare al punto 16.

3. Controllare se l'accelerometro è in condizioni stabili?

4. Accendere l'interruttore di alimentazione del motore.

5. Selezionare la modalità di funzionamento tramite il pulsante del guanto, il processore esegue il 6, 9, 12 e se non selezionato passa al 16.

6. Modalità 1 selezionata, quindi

7. Muovere l'accelerometro nella direzione in cui vogliamo spostare la carrozzina.

8. L'accelerometro si sposta o inclina la sua posizione, quindi fornisce il segnale analogico ad Arduino e lo converte in modo inappropriato

livello digitale, in modo da muovere i motori della carrozzina.

9. Modalità 2 selezionata, quindi

10. In base al pulsante del guanto viene premuto nella direzione in cui vogliamo spostare la sedia a rotelle.

11. Arduino rileva il cambiamento in modalità interruttore a guanti on/off e lo converte in un livello digitale inappropriato, in modo da muovere i motori della sedia a rotelle.

12. Modalità 3 selezionata, quindi

13. Muovere l'accelerometro nella direzione in cui vogliamo spostare la carrozzina.

14. L'accelerometro si sposta o inclina la sua posizione, quindi fornisce un segnale analogico ad Arduino e lo converte in

livello digitale appropriato e controllare la distanza di differenza ultrasonica.

15. I sensori a ultrasuoni vengono utilizzati per rilevare l'ostacolo. Se viene rilevato un ostacolo, allora

dà il segnale ad Arduino e applica l'operazione di frenatura e fermerà i motori.

16. La carrozzina è in posizione di riposo.

17. Rimuovere la cintura di sicurezza.

Passaggio 11: codice

Passaggio 12: test finale

Sono stati fatti sforzi per rendere il sistema compatto e indossabile, sono stati utilizzati cavi minimi e questo riduce la complessità del sistema. L'Arduino è il cuore del sistema e quindi ha bisogno di essere programmato correttamente. Sono stati testati vari gesti e studiate le uscite per verificare se al relè viene inviato il segnale giusto. Il modello di sedia a rotelle funziona sui relè di commutazione e sui motori con un sensore accelerometro posizionato sulla mano del paziente. Arduino con l'accelerometro viene utilizzato per inviare un segnale di inclinazione alla sedia a rotelle in termini di movimento, ad esempio sinistra o destra, davanti o dietro. Qui il relè funge da circuito di commutazione. A seconda del funzionamento del relè, la sedia a rotelle si sposterà nella direzione corrispondente. Il corretto interfacciamento di tutti i componenti secondo lo schema elettrico ci fornisce circuiti hardware per prototipo di carrozzina con gesto basato sulla mano e controllo basato su guanti con frenata automatica per la sicurezza dei pazienti.

Fase 13: CONCLUSIONE

Avevamo implementato una sedia a rotelle automatica, che presenta diversi vantaggi. Funziona in tre diverse modalità, ovvero modalità manuale, accelerometro e accelerometro con modalità di frenata. Inoltre, ci sono due sensori a ultrasuoni che aumentano la precisione della carrozzina e forniscono una frenata automatica. Questa sedia a rotelle è economica e può essere accessibile alla gente comune. Con lo sviluppo di questo progetto, può essere implementato con successo su scala più ampia per i portatori di handicap. Il basso costo del montaggio lo rende davvero un bonus per il grande pubblico. Possiamo anche aggiungere una nuova tecnologia in questa sedia a rotelle. Dai risultati sopra ottenuti, concludiamo che lo sviluppo di tutte e tre le modalità di controllo di una sedia a rotelle è testato e funziona in modo soddisfacente in un ambiente interno con un'assistenza minima alla persona con disabilità fisica. Ha una buona risposta all'accelerometro azionando i motori collegati alle ruote della sedia. La velocità e la distanza percorsa da una sedia a rotelle possono essere ulteriormente migliorate se il sistema di ingranaggi collegato ai motori viene sostituito da un giunto a manovella e pignone che ha meno attrito e usura meccanica. Il costo di esercizio di questo sistema è molto più basso rispetto ad altri sistemi utilizzati per lo stesso scopo.