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A cadeira Freedom alavancada: A cadeira de rodas Projetado para países em
desenvolvimento
Amos G. Winter, V 1 , Mario A. Bollini, Danielle H. Delatte, Harrison F. O'Hanley, Natasha K. Scolnik
Mobility Lab do MIT, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, EUA
RESUMOAjudas de mobilidade que estão disponíveis atualmente nos países em desenvolvimento não atender plenamente as necessidades dos usuários. As pessoas necessitam de um dispositivo que é manobrável dentro de casa e que pode viajar longas distâncias em estradas irregulares. Neste trabalho, apresentamos a Leveraged Freedom Chair (LFC), um auxiliar de mobilidade baseada em cadeira de rodas capaz de navegar virtualmente qualquer terreno, a partir de percursos pedestres rurais para dentro da casa, por forma otimizada utilizando o poder superior do corpo para a propulsão através de um sistema de transmissão alavanca de velocidade variável . Em vez de usar várias marchas para alterar a velocidade, o usuário varia vantagem mecânica, deslizando as mãos para cima e para baixo os niveladores.Alterando a geometria em vez de geometria máquina do usuário permite que o sistema de alavanca a ser feita a partir de uma simples reunião de peças de bicicletas de baixo custo. Isto assegura a LFC pode ser fabricado e reparado em qualquer lugar no mundo em desenvolvimento.
PALAVRAS-CHAVE:Lever, cadeira de rodas, sistema de transmissão, velocidade variável, os países em desenvolvimento
INTRODUÇÃOA cadeira Freedom alavancada (LFC), mostrado na figura. 1a, é uma ajuda de mobilidade baseada em cadeira de rodas que pode ser feita em qualquer lugar do mundo com off-the-shelf peças de bicicletas e lidar com terrenos variados que vão desde montanhas íngremes para estradas de areia para percursos pedestres lamacentas. Para uso interno, o LFC pode funcionar como um impulso aro cadeira de rodas normal, simplesmente removendo as alavancas.A motivação por trás deste projeto é proporcionar mobilidade para as pessoas com deficiência nos países em desenvolvimento, não importa a sua localização, as exigências do curso, ou o ambiente local. A auxiliar de
locomoção que pode atender a esses requisitos é extremamente necessária, pois 20 milhões de pessoas no mundo em desenvolvimento necessitam de uma cadeira de rodas (1), mas apenas cerca de cinco por cento, na verdade, tem um (2). O transporte público é raramente uma opção, já que 70% dos países em desenvolvimento com deficiência vivem em áreas rurais (3). Mesmo ônibus estão disponíveis, as pessoas com deficiência são frequentemente cobrados duplo para trazer sua cadeira de rodas a bordo ou flat-out virou por causa da discriminação (4). Os produtos que estão disponíveis atualmente nos países em desenvolvimento não podem cumprir as amplas necessidades de uso de pessoas com deficiência. Cadeiras de rodas convencionais de estilo ocidental, como mostrado na figura. 1b, são ineficientes para impulsionar (5) e estão esgotando usar para longas distâncias em estradas irregulares. Triciclos movidos a mão (Fig. 1c), que são os preferidos, se o usuário tem a estabilidade do tronco adequada (4), são mais eficientes para impulsionar de uma cadeira de rodas (5-7) e custam menos devido à incorporação de componentes de bicicleta padronizados. Infelizmente, os triciclos são difíceis de manobrar através da areia e colinas íngremes up, e são muito muito grande para usar dentro de casa.
Figura 1. O LFC comparado com mobilidade auxilia atualmente disponível nos países em desenvolvimento (Clique para ver maior)
a. LFC b. Cadeira de rodas c. Triciclo mão-powered
LFC PROJETO DRIVETRAINO LFC atinge um, relação de transmissão fixa sistema de transmissão de multi-velocidade com o sistema de alavanca mostrado na FIG. 2. Diferentemente da maioria dos trens de engrenagens, que operam em estados variados para obter vários índices, drivetrain do LFC existe em apenas um estado, é o usuário que muda de posição da mão para mudar a vantagem mecânica do dispositivo. Se mais do binário na roda é necessária para subir uma colina, o usuário simplesmente desliza as mãos as alavancas e longe dos pivôs, como mostrado na FIG. 2a. Se for necessária uma maior velocidade, o utilizador move as mãos mais perto dos pivôs da alavanca, como mostrado na FIG. 2b, alcançando uma maior deflexão angular com cada curso empurrão. A relação entre a velocidade da cadeira e velocidade da mão é representada pela Equação. 1
Equação 1
V Chair / V Mão = D CR R W / D FW L
onde V Cadeira é a velocidade de cadeira, V Mão é a velocidade da mão do utilizador, D CR é o diâmetro da roda dentada, R W é o raio da roda, D FW é o diâmetro da roda livre, e L é o comprimento da alavanca.
Figura 2. LFC variável mecânica vantagem trem de acionamento (Clique para ver maior)
a. Baixa velocidade: Mãos em movimento de alta nas alavancas produz torque elevado
b. Alta velocidade: as mãos em movimento de baixa na alta velocidade angular alavancas
O desenho da geometria de engrenagens LFC foi impulsionado pela força humana e as capacidades de força.Disponível a parte superior do corpo empurrando potência de propulsão a máxima eficiência (30% de aumento da frequência cardíaca de repouso), foi determinado através da adaptação de resultados Woude, et ai (6), e foi calculado ser 19.6W com uma força de impulso de velocidade 58N e mão de 0.38m / s. Força máxima atingível empurrando estava determinado a ser 365N de testes militares dos EUA em varas de controle de aeronaves (8) - uma interface geometricamente semelhante às alavancas LFC. Estes dados foram combinados com o terreno prevista em países em desenvolvimento, para determinar o tamanho desejado dependendo da alavanca de forças de resistência provocadas pelo atrito de rolamento, o atrito do ar, e da gravidade. Propriedades da superfície da estrada utilizados na nossa análise variava de asfalto, cascalho e areia, lama, correspondendo a coeficientes de atrito de rolamento desde 0,005-0,5 (9, 10), e declives entre 0 ° e 40 °, apenas para além do ângulo de inclinação para trás, o LFC. Através da nossa análise verificou-se que as alavancas que podem ser agarradas entre 22 centímetros a 86 centímetros do eixo vai permitir que o piloto a operar com a máxima eficiência em terrenos comuns (coeficiente de atrito de rolamento ,005-,1 e inclinam-se para 5 °) e gerar binário suficiente na saída do pico de força para superar terrenos extremamente duras (coeficiente de atrito de rolamento até 0,45 e inclinam-se até 30 °).
LFC TESTES DE DESEMPENHO E COMPARAÇÃO COM MOBILIDADE EXISTENTE AIDSO LFC foi testado em diversos ambientes e condições de operação contra a cadeira de rodas e triciclo do Leste Africano retratado na figura. 1. O primeiro teste foi um teste de resistência em nível, terreno liso. Cinco indivíduos de teste, três machos e duas fêmeas, variando 22-29 anos, nenhum dos quais os usuários regulares de cadeira de rodas, montou cada mobilidade ajuda 0,87 km (0,54 milhas) em um curso através do campus MIT. Os sujeitos foram orientados a viajar em um ambiente confortável, descontraído ritmo que eles poderiam manter durante todo o julgamento. Os resultados do estudo são mostrados na figura. 3a. A velocidade média LFC para a equipe foi 1.89m / s. A cadeira de rodas, foi de 11,7% mais lento com uma velocidade média de 1,67 m / s, e o triciclo foi de 24,3% mais rápido em 2,34 / s. Por cento aumento da freqüência cardíaca de
repouso para o LFC, cadeira de rodas, triciclo e foram 44,5%, 40,5% e 36,4%, respectivamente.
Figura 3. Os resultados dos testes de desempenho do LFC contra uma cadeira de rodas e mão-powered triciclo (Clique para ampliar)
a. Os resultados dos testes de resistênciab. Os resultados dos testes de subida de montanha
O segundo teste foi uma prova da escalada do monte para medir o desempenho de saída de alta potência. O morro utilizado foi um degrau, rampa de concreto interior composto de seções inclinação 01:12, com um prazo total de 42,1 M e aumento de 2,9 m. Os resultados do estudo são mostrados na figura. 3b. O LFC teve a velocidade da equipe-médio mais rápido até a rampa de 1.59m / s, com a cadeira de rodas 22,7% mais lento em 1,23 m / s e o triciclo 17,9% mais lento em 1.31m / s. Os níveis de esforço para cada auxiliar de locomoção foram semelhantes, com aumento da freqüência cardíaca de repouso para o LFC, cadeira de rodas, de triciclo e de 55,3%, 50,8% e 55,9%, respectivamente.
Os testes finais foram realizados ao ar livre em superfícies de resistência ultra-elevada, a fim de simular os limites do que pode ser encontrado em um país em desenvolvimento. O LFC foi capaz de viajar através de neve, com um coeficiente de resistência ao rolamento medida que a média 0,21-0,34, com picos de até 0,48. Ele também foi capaz de subir uma ladeira 17,6 ° (1:3 aumento) em molhado, grama enlameada. Para colocar o formidability desta inclinação em perspectiva, o aumento máximo permitido de uma rampa para cadeiras de rodas suave é 01:12 acordo com a regulamentação ADA (11). Tanto a cadeira de rodas e triciclo não foram capazes de mover-se através da neve.A cadeira de rodas foi capaz de fazê-lo até a encosta íngreme, mas com muito mais esforço do que o necessário com o LFC.
CONCLUSÕES E TRABALHO FUTUROO LFC é um auxiliar de mobilidade, que é capaz de atravessar virtualmente qualquer tipo de terreno encontradas nos países em desenvolvimento. A variável vantagem mecânica obtida a partir da drivetrain alavanca permite que um usuário LFC para viajar com rapidez e eficiência no lisas, estradas planas e produzir torque suficiente para conquistar colinas íngremes e de solo mole. O, bicicleta componente drivetrain única velocidade permite que o LFC a ser construído e atendido em qualquer lugar do mundo a preços semelhantes aos auxílios de mobilidade existentes.Estamos confiantes de que a eficiência, tamanho compacto e flexibilidade operacional do LFC vai cumprir completamente as necessidades de mobilidade das pessoas com deficiência nos países em desenvolvimento.
Em agosto de 2009 um protótipo LFC updated será levado para a África por quatro meses longos ensaios com a Associação de Deficientes Motores do Quênia (APDK). Esta nova versão do LFC vai incluir alavancas removíveis, um quadro leve, e um assento / almofada de cadeira de rodas totalmente favorável. Seis protótipos serão produzidos com APDK e distribuídas pelas regiões do Quênia com diferentes terrenos. O feedback dos utilizadores serão recolhidos em janeiro de 2010 e usado para refinar o projeto. Quando o projeto é finalizado, pretendemos iniciar a produção LFC com APDK e depois expandir para outras oficinas de cadeira de rodas de países em desenvolvimento.
REFERÊNCIAS1. Declaração Anual do Programa. USAID, 2003.2. Warner, D., Nada sobre nós sem nós: desenvolvimento de
tecnologias inovadoras para, por e com Pessoas com Deficiência1998.
3. Groce, NE, crenças de saúde e comportamento para com as pessoas com deficiência cross-cultural. Introdução à Reabilitação Cross-Cultural: uma perspectiva internacional de 1999.
4. Amos G. Winter, V., Avaliação de Tecnologia da cadeira de rodas na Tanzânia. The International Journal of Service Aprendizagem em Engenharia, 2006. 1 (2): p. 60-77.
5. van der Woude, PCI, et al. Modos alternativos de cadeira de rodas manual Ambulation:. Uma Visão Geral Jornal Americano de Medicina Física e Reabilitação, 2001. 80 (10): p. 765-777.
6. Woude, LHVvd, et al. vantagem mecânica em cadeira de rodas Lever Propulsão:. Efeito no esforço físico e Eficiência Journal of Research Reabilitação e Desenvolvimento, de 1997. 34 (3): p. 286-294.
7. Linden, WLvd, et al., O Efeito da cadeira de rodas handrim diâmetro do tubo para a Eficiência Propulsion e Aplicação da Força (diâmetro do tubo e Eficiência em cadeiras de rodas). IEEE Transactions on Engenharia de Reabilitação, 1996. 4 (3).
8. Cott, HPV e Kinkade RG, Guia de Engenharia Humana de Design de Equipamento . 1972, Washington DC: Escritório de Imprensa do Governo dos EUA.
9. Wilson, DG, Ciência Bicicleta . 3 ed. 2004, Cambridge, Massachusetts: MIT Press.
10.Avallone, EA e TI Baumeister, Handbook Padrão marcas 'para Engenheiros Mecânicos . 10 ed. 1996, New York: McGraw-Hill.
11.ADA, Diretrizes da acessibilidade aos edifícios e instalações (ADAAG), 4.8 Rampas . 2002, Estados Unidos Board Access.
Amos G. Winter, Doutorando em engenharia mecânica e autor de correspondência, telefone: + (617) 312-4207, Email:[email protected]
