Wózek inwalidzki z akcelerometrem dla osoby niepełnosprawnej fizycznie: 13 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

W naszym kraju, liczącym 1,3 miliarda populacji, nadal mamy ponad 1% populacji osób starszych lub niepełnosprawnych, które potrzebują wsparcia dla mobilności osobistej. Nasz projekt ma na celu spełnienie ich wymagań dotyczących mobilności dzięki inteligentnej technologii. Problem z nimi polega na tym, że ich kości nóg stają się słabsze lub pękają w wyniku wypadku i powodują ból podczas poruszania się, dlatego do poruszania wózkiem inwalidzkim używamy ruchów ręki lub pochylania głowy. Nachylenie jest wykrywane przez akcelerometr i opracowywane jest napięcie zastępcze, które jest wykrywane przez Arduino i przekształca je na sygnał zastępczy dla przekaźnika. Na podstawie sygnału Arduino przekaźnik steruje odpowiednim silnikiem. Ruch silnika powoduje, że wózek porusza się w określonym kierunku. Daje to użytkownikowi możliwość kontrolowania ruchu wózka za pomocą ręki lub pochylenia głowy. Wykorzystaliśmy inteligentny czujnik ultradźwiękowy do kontroli hamowania wózka na podstawie odległości między wózkiem a przeszkodami. Jeśli różnica odległości jest mniejsza niż 20 cm, Arduino wysyła sygnał hamowania do przekaźnika i zatrzymania silnika, co zmniejsza prędkość i po 2-3 sekundach wózek w końcu się zatrzymuje. Pomaga to użytkownikowi w przypadku poważnego i drobnego wypadku na drodze za pomocą inteligentnych technik. LCD pokazuje różnicę odległości do przodu i do tyłu na wyświetlaczu dla użytkownika. Te cechy sprawiają, że wózek inwalidzki jest prosty, bezpieczny i inteligentny dla użytkownika.

Wymagane komponenty:

Arduino nano, Przekaźnik 5V, Deska drewniana do montażu mechanicznego, 4 motoreduktor DC 24V, 2A, Akumulatory 12V, 4A, Aluminiowa płyta, Rękawica, Moduły Adxl 335, Koła do wózków inwalidzkich, Krzesło ze śrubami do mocowania, Układ scalony regulatora 12V, 5V.

Krok 1: SCHEMAT BOCK

Schemat blokowy składa się z jednostki czujnika, zasilacza, Arduino, przekaźnika, wyświetlacza LCD i silników. Arduino posiada wejścia z mechanizmu automatycznego pasa bezpieczeństwa do wykrywania czy pas bezpieczeństwa jest założony czy nie. Gdy użytkownik zapina pas bezpieczeństwa, Arduino wyczuwa i włącza system. Następnie wyświetla się komunikat powitalny, a użytkownik proszony jest o wybranie trybu działania. Istnieją trzy tryby pracy i są wybierane za pomocą przełączników ręcznych. Po wybraniu trybu zaczyna wykrywać zmianę na wyjściu czujnika akcelerometru i odpowiednio zmienia sygnał wejściowy przekaźnika przez Arduino. Na podstawie sygnału Arduino przekaźnik steruje silnikiem w określonym kierunku, dopóki Arduino nie zmieni wejścia przekaźnika. Czujnik ultradźwiękowy służy do pomiaru odległości przeszkody w pobliżu wózka, informacja ta jest wyświetlana na wyświetlaczu LCD i przechowywana w Arduino do hamowania. Gdy odległość jest mniejsza niż 20 cm, Arduino generuje sygnał hamowania do przekaźnika i zatrzymuje ruch wózka inwalidzkiego. Do Arduino i silnika wykorzystywane są dwa zasilacze, Arduino ma zasilanie 5V, a silnik ma zasilanie 24V.

Krok 2: ROZWÓJ RAMY DOLNEJ

Rozwój wózka inwalidzkiego rozpoczyna się od mechanicznego montażu ramy. Do dolnej ramy wózka inwalidzkiego można użyć płyty akrylowej lub drewnianej. Następnie deska jest przycinana w rozmiarze 24 * 36 cali, 24 cale to długość i 36 cali to szerokość ramy.

Krok 3: MONTAŻ SILNIKA NA RAMIE

Silnik montowany jest na płycie ramy za pomocą wspornika L. Pozostawiając 2 cale wolnej przestrzeni z boku i wywiercić otwór do montażu silnika. Po zakończeniu wiercenia umieszczamy wspornik L i zaczynamy wkręcać śrubę, a następnie mocujemy silnik za jego przykręcany korpus wału. Następnie przewody są przedłużane poprzez dołączenie drugiego przedłużacza i podłączenie go do wyjścia przekaźnikowego.

Krok 4: MONTAŻ KRZESŁA NA RAMIE

Krzesło z czterema nogami służy do zwiększenia stabilności systemu podczas pracy na drodze. Krawędź tych nóg jest wiercona z otworem i umieszczana na ramie, a wiercenie odbywa się również na ramie. Następnie krzesło jest mocowane na ramie za pomocą śruby.

Krok 5: MONTAŻ WYŁĄCZNIKA ZASILANIA I LCD NA PODPÓRKĘ FOTELA

Wyłącznik zasilania służy do zapewnienia zasilania silnika i jeśli wystąpi jakiekolwiek zwarcie, wyłącz zasilanie systemu za pomocą tego wyłącznika. Te przełączniki i wyświetlacz LCD są najpierw mocowane na drewnianej desce, a następnie mocowane na podkładce krzesła, wiercąc otwór, a następnie mocując go śrubą.

Krok 6: MONTAŻ MECHANIZMU PASA BEZPIECZEŃSTWA

Do budowy mechanizmu pasa bezpieczeństwa zastosowano aluminiową rękojeść, która wygina się nad krawędzią. Stosowane są dwa uchwyty i nylonowy pas, który jest mocowany w pozycji ramienia krzesła. Uchwyt jest zamocowany na krawędzi siedziska krzesła.

Krok 7: MONTAŻ CZUJNIKA ULTRADŹWIĘKOWEGO

Do pomiaru odległości do przodu i do tyłu wykorzystywane są dwa czujniki ultradźwiękowe. Są mocowane na środkowej krawędzi wózka inwalidzkiego za pomocą śruby.

Krok 8: MONTAŻ PODKŁADKI POD NÓŻKI

Do podkładki pod nogi służą dwie drewniane deski o rozmiarze 2*6 cali. Są one mocowane na krawędzi wózka inwalidzkiego w pozycji w kształcie litery V.

Krok 9: WDROŻENIE SPRZĘTU WÓZKOWEGO

Automatyczny pas bezpieczeństwa i przycisk oparty na rękawicach wykorzystują koncepcję zwarcia i są podłączone do 5V. Wyświetlacz LCD jest połączony z Arduino Nano w trybie interfejsu 4-bitowego i wyświetli komunikat powitalny przy starcie wózka inwalidzkiego. Po tym trybie wybór wózka odbywa się za pomocą przycisku w rękawiczkach. Rękawiczki są podłączone do pinów 0, 1, 2, 3 Arduino, a akcelerometr do A0, A1 Arduino. Gdy akcelerometr jest przechylony, przyspieszenie jest przekształcane na napięcia osi X i Y. Na jej podstawie wykonywany jest ruch wózka inwalidzkiego. Kierunek przyspieszenia jest zamieniany na ruch wózka za pomocą przekaźnika podłączonego do 4, 5, 6, 7 pinów Arduino i jest połączony w taki sposób, że sygnał jest zamieniany na ruch wózka w 4 kierunkach np. do przodu, do tyłu, w lewo, Prawidłowy. Silnik prądu stałego jest podłączony bezpośrednio do przekaźnika bez połączenia, otwarte połączenie, wspólny zacisk. Pin wyzwalacza ultradźwiękowego jest podłączony do pinu nr 13 Arduino, a echo do pinu 10, 11 Arduino. Służy do automatycznego hamowania po wykryciu przeszkody w zasięgu 20 cm i wyświetla odległość na wyświetlaczu LCD. Piny danych LCD są podłączone do A2, A3, A4, A5, a pin enable jest podłączony do pinu 9, wybór rejestru jest podłączony do pinu nr 10

Krok 10: ALGORYTM

Operacja przepływu algorytmu wózka inwalidzkiego odbywa się w następujący sposób

1. Zacznij od podłączenia zasilania 24 V i 5 V.

2. Podłącz pas bezpieczeństwa, jeśli nie jest podłączony, przejdź do 16.

3. Sprawdź, czy akcelerometr jest w stabilnym stanie?

4. Włączyć wyłącznik zasilania silnika.

5. Wybierz tryb pracy za pomocą przycisku w rękawiczce, procesor wykona na 6, 9, 12, a jeśli nie jest wybrany to przejdź do 16.

6. Wybrano tryb 1, a następnie

7. Przesuń akcelerometr w kierunku, w którym chcemy przesunąć wózek.

8. Akcelerometr przesuwa lub przechyla swoją pozycję, w ten sposób przekazuje sygnał analogowy do Arduino i konwertuje go niewłaściwie

poziom cyfrowy, aby poruszać silnikami wózka inwalidzkiego.

9. Wybrano tryb 2, a następnie

10. Na podstawie wciśnięcia przycisku w rękawiczce w kierunku, w którym chcemy przesunąć wózek.

11. Czujniki Arduino przełączają się w tryb włączania/wyłączania rękawic i przekształcają go w nieodpowiedni poziom cyfrowy, tak aby poruszać silnikami wózka inwalidzkiego.

12. Wybrano tryb 3, a następnie

13. Przesuń akcelerometr w kierunku, w którym chcemy przesunąć wózek.

14. Akcelerometr przesuwa lub przechyla swoją pozycję w ten sposób przekazuje sygnał analogowy do Arduino i konwertuje go w

odpowiedni poziom cyfrowy i sprawdź odległość różnicy ultradźwiękowej.

15. Do wykrywania przeszkody wykorzystywane są czujniki ultradźwiękowe. Jeśli zostanie wykryta jakakolwiek przeszkoda, to

przekazuje sygnał do Arduino i stosuje hamowanie oraz zatrzymuje silniki.

16. Wózek znajduje się w pozycji spoczynkowej.

17. Zdejmij pas bezpieczeństwa.

Krok 11: Kod

Krok 12: Testy końcowe

Podjęto wysiłki, aby system był kompaktowy i nadający się do noszenia, zastosowano minimalną liczbę przewodów, co zmniejsza złożoność systemu. Arduino jest sercem systemu i dlatego wymaga odpowiedniego zaprogramowania. Przetestowano różne gesty i zbadano wyjścia, aby sprawdzić, czy do przekaźnika wysyłany jest właściwy sygnał. Model wózka inwalidzkiego działa na przekaźnikach przełączających i silnikach z czujnikiem akcelerometru umieszczonym na ręce pacjenta. Arduino wraz z akcelerometrem służy do wysyłania sygnału przechyłu do wózka w zakresie ruchu tj. lewo lub prawo, przód lub tył. Tutaj przekaźnik działa jako obwód przełączający. Zgodnie z działaniem przekaźnika wózek inwalidzki będzie poruszał się w odpowiednim kierunku. Właściwe połączenie wszystkich komponentów zgodnie ze schematem obwodu daje nam obwód sprzętowy do prototypowego wózka inwalidzkiego z kontrolą gestów i rękawiczek z automatycznym hamowaniem dla bezpieczeństwa pacjentów.

Krok 13: WNIOSEK

Wdrożyliśmy automatyczny wózek inwalidzki, który ma różne zalety. Działa w trzech różnych trybach tj. tryb ręczny, akcelerometr i akcelerometr z trybem hamowania. Ponadto istnieją dwa czujniki ultradźwiękowe, które zwiększają dokładność wózka i zapewniają automatyczne hamowanie. Ten wózek inwalidzki jest ekonomiczny i może być dostępny dla zwykłych ludzi. Wraz z rozwojem tego projektu może być z powodzeniem wdrażany na większą skalę dla osób niepełnosprawnych. Niski koszt montażu sprawia, że jest to naprawdę bonus dla ogółu społeczeństwa. W tym wózku inwalidzkim możemy również dodać nową technologię. Z powyższych wyników wnioskujemy, że opracowane wszystkie trzy tryby sterowania wózka inwalidzkiego są testowane i działają zadowalająco w środowisku wewnętrznym przy minimalnej pomocy dla osoby niepełnosprawnej fizycznie. Dobrze reaguje na akcelerometr uruchamiający silniki podłączone do kół wózka. Prędkość i odległość pokonywaną przez wózek inwalidzki można dodatkowo poprawić, jeśli system przekładni połączony z silnikami zostanie zastąpiony korbą i przegubem zębatym, który ma mniejsze tarcie i zużycie mechaniczne. Koszt eksploatacji tego systemu jest znacznie niższy w porównaniu z innymi systemami używanymi w tym samym celu.