Smart Transformer Rollstuhl

    Hallo Habr!

    Ich möchte über unser Projekt zur Entwicklung eines geländegängigen Elektrorollstuhls sprechen. In technischer Hinsicht ist dies nicht nur ein Kinderwagen, sondern ein echter Roboter, ich würde sogar sagen, ein sich verwandelnder Roboter.



    Was soll dieser Kinderwagen sein?


    1. Die meisten Menschen mit Behinderungen können nicht mehrere Kinderwagen haben, daher sollte es so vielseitig wie möglich sein. So war es möglich, sich zu Hause, auf der Straße und im Wald fortzubewegen und unabhängig die Stufen und den Bordstein zu besteigen. Dies impliziert auch den zweiten Punkt.
    2. Die Breite des Kinderwagens beträgt nicht mehr als 650 mm, so dass Sie in jede Öffnung und jeden Aufzug hineinrufen können. Länge nicht mehr als 1100 mm.
    3. Sicher.
    4. Günstig. Ich denke, Kommentare sind hier überflüssig.
    5. Energieeffizient, da Batterien teuer sind.


    Das Hauptproblem, das grundlegende konstruktive Ansätze erfordert, ist natürlich das Treppensteigen. Es wurde eine sehr große Anzahl von Implementierungsoptionen in Betracht gezogen, die von gewöhnlichen Rädern mit großem Durchmesser und tiefem Profil bis zu einem Transformatorrad reichen, das sich in ein Gehgerät verwandelt. Überall gab es Probleme: Einige Lösungen waren nicht sicher, einige Optionen passten nur für eine Art von Treppe (eine bestimmte Höhe und Tiefe einer Stufe) usw. Die beste Option war ein Raupenschlepper.

    Unsere erste coole Idee zum Scheitern verurteilt


    Die Idee war wie folgt: 4 Getriebemotoren (Allradantrieb), Drehstuhl, schwenkbare hintere Plattform und 4 Riemenscheiben mit gespannten Ketten. Das Merkmal der Riemenscheiben ist, dass auf einer ebenen Fläche die Spur den Boden nicht berührt und dementsprechend keine Vibrationen und zusätzliche Reibung erzeugt. Der Kinderwagen fährt auf den Gummikissen der Riemenscheiben. Wenn der Lkw auf ein Hindernis stößt, z. B. auf eine Leiter, stößt er an dasselbe Hindernis.



    Die Bewegung der Treppe ist wie folgt:
    1. Der Drehteller ist abgesenkt, um einen leichten Zugang zur Treppe zu erhalten.
    2. Nach der Ankunft senkt sich die hintere Plattform entsprechend der Hauptplattform ab. Somit bietet die Gesamtlänge der Raupenbasis eine gute Traktion und Sicherheit bei einem Coup.
    3. Beim Verlassen der Treppe senkt sich die hintere Plattform, um ein plötzliches Herunterfallen zu verhindern.

    Während des Anhebens dreht sich der Stuhl automatisch und behält dabei seine horizontale Position bei. Der Abstieg von der Treppe erfolgt genauso, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.

    Erstellung des ersten Prototyps

    Um die Idee zu testen, haben wir uns daran gemacht, einen Prototyp zu erstellen. Sie beschlossen, bisher keine Steuerelektronik zu erfinden, sondern zwei Fernbedienungen von anderen elektrischen Kinderwagen zu verwenden (von denen jeder zwei Motoren steuert). Der Antrieb des Stuhls und der hinteren Plattform wurden mit Dreistellungskippschaltern gesteuert.

    Das Herstellen von Lastwagen ist eine ganz andere Geschichte. Die Basis hausgemachter LKWs sind die Zahnriemen aus dem Impreza. Die Gürtel sind zusammengenäht. Die Segmente des Keilriemens wurden als Ösen geschnitten und mit Blechschrauben vernäht.



    Empfänge wurden von Kollektivbauern genutzt, da alles aus eigener Tasche finanziert wurde. Die Kosten für die Herstellung von 4 solchen Lastwagen nach den Zeichnungen (auch in China) beginnen bei 70 Tausend Rubel. (einschließlich Fertigungswerkzeugen). Infolgedessen reichte der selbstgebaute Lastwagen aus, damit der Kinderwagen ohne Passagier die Treppe hinaufsteigen konnte. Von der Nutzlast brach die Spur an der Kreuzung.



    Die Erstellung des ersten Prototyps dauerte etwa 80 Tausend Rubel, einschließlich der Vermietung einer Werkstatt in der Garage.

    Den Testergebnissen zufolge wurde klar:
    1. Auf der Strecke mit Stollen können Sie die Treppe hinaufsteigen. Auch wenn die Stufen unterschiedlich groß und abgebrochen sind.
    2. Die Idee mit einer schwenkbaren Heckplattform geht auf.
    3. Das Design der Riemenscheibe ist zum Scheitern verurteilt.

    Das Hauptproblem besteht darin, dass Sie zum Treppensteigen und zum Bewegen auf einer ebenen Fläche grundsätzlich unterschiedliche Geschwindigkeiten und Momente benötigen, die sich etwa zehnmal unterscheiden. Natürlich können Sie Antriebe mit größerer Leistung installieren. Wenn Sie sich in einem Flugzeug bewegen, ist die Belastung des Motors viel geringer als der Nennwert, und wenn Sie Treppen steigen, ist die Spannung niedriger als der Nennwert (um die Geschwindigkeit zu verringern). In diesem Szenario können Sie auf niedrige Kosten und Energieeffizienz verzichten.

    Kinderwagen - Transformator.


    Es gab verschiedene Möglichkeiten, um dieses Problem zu lösen:
    1. Machen Sie ein Getriebe mit Gangschaltung. Genauer gesagt 4 Gänge oder mindestens 2 (auf der linken und rechten Seite).
    2. Drehen Sie Ketten und Räder von verschiedenen Antrieben.
    3. Trennen Sie die Basis mit Rädern und Ketten. In diesem Fall werden das Rad und die Spur von einem einzigen Antrieb mit Reduzierung auf die Spur angetrieben.

    Nach eingehender Analyse und Berechnung stellte sich heraus, dass die letztgenannte Option die kostengünstigste und technisch durchführbarste ist.



    Auf einer ebenen Fläche befinden sich die Raupenfüße (unten und hinten) in der höchsten Position und beeinträchtigen die Bewegung des Kinderwagens nicht. Wenn die Hindernisse überwunden werden müssen, werden die untere und hintere Plattform abgesenkt und der Kinderwagen steht auf den Schienen. Aufgrund der mechanischen Kraftübertragung von der Motorwelle auf die Antriebsscheibe und der unterschiedlichen Rad- und Scheibendurchmesser konnten wir die zehnfache Differenz von Drehzahlen und Momenten erzielen.



    Verwirklichung von Ideen in Eisen


    Diesmal näherten sie sich der Herstellung des Prototyps genauer: Sie bestellten die notwendigen Schienen, fuhren im Celestial Empire und kauften Elektronik. Die Bearbeitung, das Laserschneiden und das Biegen wurden in Nowosibirsker Unternehmen in Auftrag gegeben. Montage und Schweißen erfolgen selbstverständlich selbstständig. Alle Arbeiten wie bei einem klassischen Startup wurden in einer Werkstatt durchgeführt.

    Das Steuerungssystem besteht aus einer Fernbedienung und einem Executive-Modul, die über Bluetooth kommunizieren. Eine drahtlose Fernbedienung ist insbesondere dann erforderlich, wenn die behinderte Person den Joystick nicht selbst steuern kann und die Begleitperson den Kinderwagen steuert. Beim Aufstieg auf die Leiter muss der Begleiter nicht nach der Armlehne des Stuhls hinter dem Joystick greifen und hält die Fernbedienung in der Hand. Er kontrolliert die Bewegung visuell.

    Das automatische System zur Aufrechterhaltung des horizontalen Stuhls basiert auf einem Beschleunigungsmesser. Da das System nicht sehr dynamisch ist, können Sie auf ein Gyroskop verzichten und mathematische Berechnungen reduzieren. An den Senk- und Hebemechanismen der unteren und hinteren Plattform befinden sich Rückmeldesensoren. Informationen über die Position der Plattformen werden an die Fernbedienung übertragen. Das System wird mit 24-V-Gel-Batterien betrieben (in zukünftigen Versionen werden wir Lithium-Ionen verwenden).

    Die Tests wurden auf den Stufen eines Hochhauses durchgeführt:


    Zu lösende Probleme reichen noch aus. Aber eines ist sicher - es funktioniert! Es wurde eine Patentanmeldung für die Entwicklung eines Raupensystems auf Rädern mit Absenkplattformen eingereicht. Unsere weiteren Maßnahmen zielen darauf ab, die Elektronik fertigzustellen, den Moment auf den Schienen zu verlängern, das Schienenprofil für das beste Engagement zu ändern und natürlich ein ansehnliches Erscheinungsbild des Produkts zu schaffen.

    Zum Thema der Bedeutung dieser Entwicklung haben wir ein Video gedreht:


    Jetzt können wir dem behinderten Menschen Bewegungsfreiheit geben. Die Treppen eines Hauses, eines Ladens, eines Kinos, ein paar Treppen auf dem Weg zu einem Freund oder einer Freundin scheinen ihnen nur Kleinigkeiten zu sein.

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