Инвалидная коляска на базе акселерометра для инвалидов: 13 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

В нашей стране с населением 1,3 миллиарда человек по-прежнему проживает более 1% пожилых людей или людей с ограниченными возможностями, которые нуждаются в поддержке для личной мобильности. У нашего проекта есть цель удовлетворить их потребность в мобильности с помощью умных технологий. Проблема с ними в том, что кости их ног становятся слабее или ломаются в результате несчастного случая и вызывают боль при движении, поэтому мы используем движения рук или наклона головы, чтобы передвигать инвалидное кресло. Наклон измеряется акселерометром, и создается эквивалентное напряжение, которое измеряется Arduino и преобразует их в эквивалентный сигнал для реле. На основе сигнала Arduino реле управляет соответствующим двигателем. Движение мотора заставляет кресло-коляску двигаться в определенном направлении. Это дает пользователю возможности для управления движением кресла-коляски рукой или наклоном головы. Мы использовали ультразвуковой интеллектуальный датчик для управления торможением кресла-коляски в зависимости от расстояния между креслом-коляской и препятствиями. Если разница в расстоянии меньше 20 см, то Arduino отправляет сигнал торможения на реле и двигатель останавливается, это снижает скорость, и через 2-3 секунды кресло-коляска наконец останавливается. Это помогает пользователю избежать серьезной или незначительной аварии на дороге с помощью умных приемов. ЖК-дисплей показывает разницу расстояний для движения вперед и назад на дисплее для пользователя. Эти функции делают кресло-коляску простым, безопасным и интеллектуальным для пользователя.

Необходимые компоненты:

Ардуино нано, Реле 5В, Деревянная доска для механической сборки, 4 Редукторный двигатель постоянного тока 24 В, 2 А, Аккумуляторы 12В, 4А, Алюминиевая пластина, Перчатка, Модули Adxl 335, Колеса для инвалидных колясок, Стул с винтами для крепления, ИС регулятора 12В, 5В.

Шаг 1: БЛОК-ДИАГРАММА

Блок-схема состоит из сенсорного блока, источника питания, Arduino, реле, ЖК-дисплея и двигателей. Arduino имеет входы от автоматического механизма ремня безопасности для определения того, пристегнут ли пользователь ремень безопасности или нет. Когда пользователь пристегивается ремнем безопасности, Arduino распознает и включает систему. Затем отображается приветственное сообщение, и пользователя просят выбрать режим работы. Есть три режима работы, которые выбираются ручными переключателями. Как только режим выбран, он начинает обнаруживать изменение выходного сигнала датчика акселерометра и, соответственно, изменяет входной сигнал для реле от Arduino. На основе сигнала Arduino реле управляет двигателем в определенном направлении, пока Arduino не изменит вход реле. Ультразвуковой датчик используется для измерения расстояния до препятствия возле кресла-коляски, эта информация отображается на ЖК-дисплее и сохраняется в Arduino для торможения. Когда расстояние меньше 20 см, Arduino генерирует сигнал торможения для ретрансляции и останавливает движение инвалидной коляски. Для Arduino и двигателя используются два источника питания, Arduino имеет питание 5 В, а двигатель - 24 В.

Шаг 2: РАЗРАБОТКА НИЖНЕЙ РАМЫ

Разработка инвалидной коляски начинается с механической сборки каркаса. Для нижнего каркаса инвалидной коляски можно использовать акриловую или деревянную доску. Затем доска разрезается на размер рамы 24 * 36 дюймов, длина 24 дюйма и ширина рамы 36 дюймов.

Шаг 3: УСТАНОВКА ДВИГАТЕЛЯ НА РАМУ

Двигатель крепится к каркасу с помощью L-образного кронштейна. Оставив пространство 2 дюйма на продольной стороне и просверлив отверстие для установки двигателя. Когда сверление закончено, устанавливаем L-образный кронштейн и начинаем завинчивать винт, а затем фиксируем двигатель его навинчивающимся корпусом вала. После этого провода удлиняются путем присоединения другого удлинительного провода и подключения его к релейному выходу.

Шаг 4: УСТАНОВКА СТУЛА НА РАМУ

Кресло с четырьмя ножками используется для повышения устойчивости системы во время работы в дороге. Края этих ножек просверливаются с отверстием и устанавливаются на раму, а также сверление выполняется на раме. После этого кресло фиксируется на раме болтом.

Шаг 5: УСТАНОВКА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ПИТАНИЯ И ЖК-ДИСПЛЕЯ НА ПОДСТАВКЕ ДЛЯ РУК КРЕСЛА

Переключатель источника питания используется для подачи питания на двигатель, и в случае короткого замыкания отключите питание системы этим переключателем. Эти переключатели и ЖК-дисплей сначала закрепляются на деревянной доске, а затем закрепляются на опорной подушке кресла, просверлив отверстие, а затем фиксируются болтом.

Шаг 6: УСТАНОВКА МЕХАНИЗМА РЕМНЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Для изготовления механизма ремня безопасности используется алюминиевая ручка, загибающаяся за край. Используются две ручки и нейлоновый ремень, который фиксируется в положении плеча кресла. Ручка закреплена на посадочном крае стула.

Шаг 7: УСТАНОВКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАТЧИКА

Два ультразвуковых датчика используются для прямого и обратного измерения расстояния. Они фиксируются винтом по центру кресла-коляски.

Шаг 8: УСТАНОВКА ПОДКЛАДКИ ДЛЯ НОГ

В качестве подножки для ног используются две деревянные доски размером 2 * 6 дюймов. Они закреплены на краю кресла-коляски в V-образном положении.

Шаг 9: ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ КОЛЕСНОГО КОЛЕСА

Кнопка автоматического ремня безопасности и перчаток использует концепцию короткого замыкания и подключена к 5 В. ЖК-дисплей подключен к Arduino Nano в режиме 4-битного интерфейса, и он будет отображать приветственное сообщение при запуске инвалидной коляски. После этого выбор режима кресла-коляски осуществляется кнопкой в перчатках. Перчатки подключаются к 0, 1, 2, 3 контактам Arduino, а акселерометр подключается к A0, A1 Arduino. Когда акселерометр наклонен, ускорение преобразуется в напряжения по оси X и оси Y. На его основе и осуществляется движение инвалидной коляски. Направление ускорения преобразуется в движение инвалидной коляски с помощью реле, подключенного к 4, 5, 6, 7 контактам Arduino, и оно подключается таким образом, что сигнал преобразуется в движение инвалидной коляски в 4 направлениях, например, вперед, назад, влево., Правильно. Двигатель постоянного тока подключается непосредственно к реле без подключения, открытого подключения, общей клеммы. Контакт ультразвукового триггера подключен к контакту № 13 Arduino, а эхо - к контакту 10, 11 Arduino. Он используется для автоматического торможения при обнаружении препятствия в пределах 20 см и отображает расстояние на ЖК-дисплее. Выводы данных ЖК-дисплея подключены к A2, A3, A4, A5, а контакт включения подключен к 9 контакту, выбор регистра подключен к контакту № 10.

Шаг 10: АЛГОРИТМ

Алгоритм работы кресла-коляски выполняется следующим образом.

1. Начните с подключения источника питания 24 В и 5 В.

2. Присоедините ремень безопасности, если он не подключен, перейдите к 16.

3. Проверить, стабильно ли работает акселерометр?

4. Включите выключатель питания двигателя.

5. Выберите режим работы с помощью перчаточной кнопки, процессор выполнит действия 6, 9, 12 и, если не выбран, перейдите к пункту 16.

6. Выбран режим 1, затем

7. Переместите акселерометр в том направлении, в котором мы хотим переместить кресло-коляску.

8. Акселерометр перемещает или наклоняет свое положение, таким образом, выдает аналоговый сигнал на Arduino и преобразует его в несоответствующий.

цифровой уровень, чтобы двигать двигатели инвалидной коляски.

9. Выбран режим 2, затем

10. Исходя из того, что кнопка перчатки нажата в том направлении, в котором мы хотим переместить кресло-коляску.

11. Arduino обнаруживает изменение режима включения / выключения перчаточного переключателя и преобразует его в неподходящий цифровой уровень, чтобы двигать двигатели кресла-коляски.

12. Выбран режим 3, затем

13. Переместите акселерометр в том направлении, в котором мы хотим переместить кресло-коляску.

14. Акселерометр перемещает или наклоняет свое положение, таким образом, подает аналоговый сигнал на Arduino и преобразует его в

соответствующий цифровой уровень и проверьте расстояние ультразвуковой разницы.

15. Ультразвуковые датчики используются для обнаружения препятствия. Если обнаружено какое-либо препятствие, оно

подает сигнал на Arduino, и он применяет операцию торможения и останавливает двигатели.

16. Инвалидная коляска находится в исходном положении.

17. Снимите ремень безопасности.

Шаг 11: Код

Шаг 12: Заключительное тестирование

Были предприняты усилия, чтобы сделать систему компактной и удобной для ношения, было использовано минимум проводов, что снизило сложность системы. Arduino - это сердце системы, поэтому его нужно правильно программировать. Были протестированы различные жесты и изучены выходы, чтобы проверить, отправляется ли правильный сигнал на реле. Модель инвалидной коляски работает от переключающих реле и двигателей с датчиком акселерометра, размещенным на руке пациента. Arduino с акселерометром используется для отправки сигнала наклона креслу-коляске с точки зрения движения, то есть влево или вправо, вперед или назад. Здесь реле действует как переключающая цепь. Согласно срабатыванию реле кресло-коляска будет двигаться в соответствующем направлении. Правильное взаимодействие всех компонентов в соответствии с принципиальной схемой дает нам аппаратную схему для прототипа инвалидной коляски с ручным управлением и управлением на основе перчаток с автоматическим торможением для безопасности пациентов.

Шаг 13: ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы внедрили автоматическую инвалидную коляску, которая имеет ряд преимуществ. Он работает в трех различных режимах: ручной режим, акселерометр и акселерометр с режимом торможения. Также есть два ультразвуковых датчика, повышающих точность кресла-коляски и обеспечивающих автоматическое торможение. Эта инвалидная коляска экономична и может быть доступна обычным людям. С развитием этого проекта он может быть успешно реализован в более широком масштабе для людей с ограниченными возможностями. Низкая стоимость сборки делает его действительно бонусом для широкой публики. Мы также можем добавить новые технологии в эту инвалидную коляску. Из полученных результатов можно сделать вывод, что разработанный из всех трех режимов управления креслом-коляской испытан и удовлетворительно работает в помещениях с минимальной помощью инвалиду. Он хорошо реагирует на акселерометр, активирующий двигатели, подключенные к колесам кресла. Скорость и расстояние, преодолеваемое инвалидной коляской, можно дополнительно улучшить, если заменить систему передач, соединенную с двигателями, на кривошипно-шестеренный шарнир, который имеет меньшее трение и механический износ. Стоимость эксплуатации этой системы намного ниже по сравнению с другими системами, используемыми для той же цели.