Умная инвалидная коляска-трансформер
Хочу рассказать о нашем проекте создания вездеходной инвалидной коляски с электроприводом. В техническом понимании это не просто коляска, а настоящий робот, я бы даже сказал – робот-трансформер.
Какой должна быть эта коляска?
- Большинство инвалидов не может иметь несколько электроколясок, поэтому она должна быть максимально универсальной. Чтоб на ней можно было передвигаться и дома, и на улице, и в лесу, и чтоб можно было самостоятельно подняться по лестнице и на бордюр залезть. Отсюда же вытекает и второй пункт.
- Ширина коляски не более 650 мм, чтоб можно было в любой проем и лифт заехать. Длина не более 1100 мм.
- Безопасной.
- Дешевой. Думаю, здесь комментарии излишни.
- Энергоэффективной, так как аккумуляторы стоят дорого.
Главный вопрос, требующий кардинальных конструктивных подходов — это, конечно же, подъем по лестнице. Было рассмотрено очень большое количество вариантов реализации, начиная от обычных колес большого диаметра с глубоким протектором и заканчивая колесом-трансформером, превращающимся в шагающее устройство. Везде возникали свои проблемы: какие-то решения не были безопасными, какие-то варианты подходили только под один тип лестниц (определенная высота и глубина ступени) и т.д. Наилучшим вариантом оказался гусеничный движитель.
Наша первая классная идея, обреченная на провал
Идея была следующей: 4 мотор-редуктора (полный привод), поворотное кресло, поворотная задняя платформа и 4 шкив-колеса с натянутыми траками. Фишка шкив-колес в том, что на ровной поверхности трака земли не касается и, соответственно, не создает вибраций и дополнительного трения. Коляска едет на резиновых подушках шкив-колес. А при наезде на препятствие, например на лестницу, трака вступает в зацепление с этим самым препятствием.
Движение по лестнице осуществляется следующим образом:
- Поворотная платформа опускается для удобного заезда на лестницу.
- После заезда задняя платформа опускается в одну линию с основной платформой. Таким образом, суммарная длина гусеничной базы обеспечивает хорошее сцепление и безопасность от переворота.
- При съезде с лестницы задняя платформа опускается вниз для предотвращения резкого падение.
Во время подъема кресло автоматически поворачивается, сохраняя свое горизонтальное положение. Спуск с лестницы происходит точно по такой же схеме, но в обратном порядке.
Создание первого прототипа
Для проверки идеи мы взялись за создание прототипа. Управляющую электронику решили пока не изобретать, а использовать 2 пульта от других электроколясок (каждый из которых управляет 2-ми двигателями). Привода кресла и задней платформы управлялись с помощью трехпозиционных тумблеров.
Изготовление трак – это вообще отдельная история. Основа самодельных трак – это ремни ГРМ от Импрезы. Ремни сшиты между собой. В качестве грунтозацепов были нарезаны сегменты клинового ремня и нашиты саморезами.
Приемы использовались колхозные, так как финансировалось все со своего кармана. Стоимость изготовления 4-х таких трак по чертежам (даже в Китае) начинается от 70 тыс. руб. (включая изготовление оснастки). В результате самодельных трак хватило, чтобы коляска поднялась по лестнице без пассажира. От полезной нагрузки трака порвалась в месте соединения.
На создание первого прототипа ушло около 80 тыс. руб., включая аренду гаражной мастерской.
По результатам испытаний стало ясно:
- На траке с грунтозацепами подняться по лестнице можно. Даже если ступени разного размера и сколоты.
- Идея с поворотной задней платформой работает.
- Схема с шкив-колесом обречена на провал.
Основная проблема заключается в том, что для подъема по лестнице и движения по ровной поверхности нужны принципиально разные скорости и моменты, отличающиеся примерно в 10 раз. Конечно, можно установить приводы большей мощности, тогда при движении на плоскости нагрузка на двигатель будет значительно меньше номинальной, а при подъеме по лестнице напряжение ниже номинального (чтобы снизить скорость). При таком раскладе про низкую стоимость и энергоэффективность можно забыть.
Электроколяска – трансформер.
Было несколько вариантов решения данной проблемы:
- Сделать редуктор с переключением скоростей. Точнее, 4 редуктора или как минимум 2 (на левую и правую стороны).
- Гусеницы и колеса вращать от разных приводов.
- Разделить колесную и гусеничную базы. При этом колесо и трака будут приводиться в движение одним приводом с редукцией на траку.
После плотного анализа и проведенных расчетов выяснилось, что последний вариант самый недорогостоящий и технически реализуемый.
На ровной поверхности гусеничные базы (нижняя и задняя) находятся в крайнем верхнем положении и совершенно не мешают движению коляски. При необходимости преодоления препятствия нижняя и задняя платформы опускаются, и коляска встает на гусеницы. В итоге, за счет механической передачи от вала двигателя до ведущего шкива траки и разницы диаметров колеса и шкива удалось достичь проектной десятикратной разницы в скоростях и моментах.
Реализация идеи в железе
На этот раз к изготовлению прототипа подошли более основательным образом: заказали в Поднебесной нужные траки, привода, закупили электронику. Механическую обработку, лазерную резку и гибку заказали на предприятиях Новосибирска. Сборку и сварку, естественно, осуществляли сами. Все работы как в классическом стартапе проводили в гаражной мастерской.
Управляющая система состоит из пульта и исполнительного модуля, которые общаются по блютузу. Беспроводной пульт особенно необходим в случае, когда инвалид не может сам управлять джойстиком, и коляской управляет сопровождающее лицо. При подъеме на лестницу сопровождающему не нужно тянуться к ручке кресла за джойстиком, держа пульт в руке, он визуально контролирует движение.
Автоматическая система поддержания горизонтальности кресла основана на акселлерометре. Так как система не высокодинамична, можно обойтись без гироскопа и сократить математические расчеты. На механизмах опускания-подъема нижней и задней платформ есть датчики обратной связи. Информация о положении платформ передается на пульт. Питание системы обеспечивается гелевыми аккумуляторами 24 В (в следующих версиях будем использовать литий-ион).
Испытания проводили на ступенях многоэтажки:
Проблем, требующих решения, все еще достаточно. Но одно можно сказать точно – это работает! На разработку колесно-гусеничной системы с опускающимися платформами подана заявка на патент. Дальнейшие наши действия направлены на доработку электроники, увеличение момента на гусеницах, изменения профиля траки для наилучшего зацепления и, конечно же, создание презентабельного облика продукта.
На тему важности данной разработки мы сняли видеоролик:
Теперь мы сможем дать инвалиду свободу передвижения. Лестница дома, магазина, кинотеатра, пара лестничных пролетов на пути к другу или подруге покажутся для них сущими пустяками.
Источник
«Коляска» на электротяге своими руками
Электротранспорт с каждым днем набирает все большей популярности. Это стало возможно благодаря новым хорошим электродвигателям, а также аккумуляторам, которые становятся легче, меньше, мощнее и дешевле.
Многие любители пытаются делать различные электрические транспортные средства своими руками. На этот раз мы рассмотрим методику изготовления «коляски» на электротяге.
Собирается самоделка довольно просто, правда нужно затратить некоторое количество времени и пораскинуть мозгами. Рама по большей части изготавливается из стальных труб. В качестве силового агрегата используется мотор на 36В. Питается двигатель от трех автомобильных аккумуляторов на 12В. Двигатель используется довольно мощный, в сочетании с мощными аккумуляторами эффект получается довольно неплохой.
Материалы и инструменты, которые использовал автор для самоделки:
Материалы:
— стальные трубы;
— колеса на зад и перед;
— двигатель на 36В;
— три аккумуляторных батареи на 12В;
— контроллер Curtis ;
— толстые провода питания;
— цепь от мотоцикла и звездочки;
— стальной уголок, пластины;
— автомобильное кресло;
— старые рессоры от автомобиля;
— руль, рулевые тяги и прочие запчасти от старых автомобилей и мотоциклов.
Инструменты:
— токарный станок;
— дрель;
— болгарка;
— сварка;
— гаечные ключи, отвертки и пр.;
— мультиметр.
Процесс изготовления самоделки:
Шаг первый. Выбираем двигатель
Двигатель авто использовал постоянного тока с напряжением питания 36В. Это двигатель от General Electric. Выбор пал на этот мотор из-за того, что на нем имелось подходящее крепление. В принципе, мотор можно использовать любой с напряжением более 12В. Вполне себе подойдет мотор от старого автомобильного стартера и так далее. Перспективнее, конечно, использовать бесщеточные моторы.
Под три аккумулятора автор изготовил раму из уголка. А крепятся они одной резинкой. Уголок был найден в старых кроватях. Подключаются батареи последовательно, чтобы получить для питания двигателя напряжение 36В.
Шаг третий. Контроллер двигателя
Чтобы мотор сразу не «выжрал» весь заряд аккумулятора, либо вовсе не сгорел под нагрузкой, питание на него нужно подавать дозировано. Для этих целей используются контроллеры. Автор установил контроллер под названием Curtis.
При езде контроллер будет греться, поэтому тепло обязательно нужно от него отводить. Сделайте под него радиатор, подойдет старая медная или алюминиевая пластина, желательно побольше размерами и с ребрами. Прикрутите к ней контроллер болтиками. Для лучше теплоотдачи используйте термопасту.
Шаг четвертый. Реле заднего хода
При езде на транспорте рано или поздно возникнет потребность двигаться назад. Для этого понадобится мощное реле, которое бы смогло вместо минуса подать плюс, а вместо плюса минус на двигатель. Автор использовал устройства от тележки для гольфа. Подключите и установите их так, как видно на фото.
Самым сложным будет изготовление рулевого управления. Тут можно использовать узлы от мотоциклов, различных тележек и даже от автомобилей.
Что касается колес, то в принципе подойдут колеса от мотоцикла или даже велосипеда. Такие широкие колеса, как у автора, найти будет сложнее. В итоге на этом шаге у вас должна получиться готовая рама с колесами, а также можно установить сидение. В качестве него вполне подойдет автомобильное кресло, желательно обтянуть его не промокающей тканью.
Шаг седьмой. Устанавливаем двигатель
Можно устанавливать на раму двигатель. Чтобы передать от него на колеса крутящий момент, авто использовал цепную передачу от мотоцикла. Берем маленькую звездочку и привариваем к ней втулку, чтобы ее можно было закрепить на валу двигателя. Вторую большую звездочку приварите на оси задних колес, тут также понадобится изготовить переходник. Получить нужные детали можно на токарном станке.
Позаботьтесь о том, чтобы двигатель мог двигаться, это позволит натягивать цепь. Движение от двигателя в этой модели передается сразу на два задних колеса сплошной осью. Это простое решение, однако, не экономное в плане затраты энергии. При повороте колеса будут блокироваться и понадобится больше энергии, чем если бы использовался дифференциал. Лучше всего передавать движение на одно колесо, но при этом упадет проходимость транспортного средства.
Шаг восьмой. Задняя ось и колеса
Заднюю ось автор крепит на подшипниках, сами подшипники при помощи болтов с гайками крепятся к раме.
Чтобы закрепить колеса, вам понадобится помощь токарного станка или токаря. Под колеса нужно будет выточить ступицы. Хорошенько прикрутите из при помощи болтов.
Подключите двигатель к источнику питания и проследите за тем, чтобы звездочки были приварены ровно, в противном случае будет слетать цепь, а мотор будет расходовать больше энергии.
Не забудьте о тормозной системе для своего детища. Обычно ее делают очень просто, приваривают рычаг, который при включении трется о заднее колесо, в итоге вызывая торможение.
Шаг десять. Доработка после тестирование
После некоторого времени езды без дифференциала, у автора начались проблемы с подвеской в задней части. В связи с этим было принято решение ее снять. Вместо нее был установлен задний мост от автомобиля вместе с рессорами. Двигатель подключается к тому месту, где подводится кардан. При желании вы также сможете сделать гидравлические тормоза при использовании моста автомобиля.
Источник