1

KRZESO Z MECHANIZMEM WSPOMAGANIA WSTAWANIA

BARTOMIEJ WONSEWICZ, BERNARD TERESZKIEWICZ

Politechnika Biaostocka, Kierunek: Inynieria Biomedyczna,

Specjalno: Nowoczesne Konstrukcje i Technologie dla Medycyny

Prowadzcy zajcia projektowe DR IN. ROMAN TROCHIMCZUK

STRESZCZENIE

Projekt stanowi koncepcj urzdzenia mechatronicznego do wspomagania wstawania osobom niepenosprawnym. Nieniejsze rozwizanie techniczne powstao z myl o osobach z uszkodzonym aparatem ruchu koczyn dolnych, umoliwia ono usprawni proces wstawania z pozycji siedzcej z kontrol prdkoci podnoszenia.

2

1. Krtki opis

Problemy dotyczce zaburze narzdu ruchu dotycz coraz wikszej rzeszy ludzi na caym wiecie. W czasach, gdy mamy do czynienia z duym odsetkiem ludzi z orzeczonym stopniem niepenosprawnoci i/lub otyoci oraz starzejcym si spoeczestwem, rne gazie przemysu stoj przed trudnym zadaniem dostosowania swoich wyrobw i usug do potrzeb swoich potencjalnych klientw. Majc wiadomo, e skala problemu w ostatnich latach narasta, producenci opracowuj nowe technologie zmierzajce ku poprawie komfortu ycia osb potrzebujcych. Jednym z rozwiza wychodzcym naprzeciw potrzebom potencjalnych klientw s urzdzenia wspomagajce funkcje upoledzonego narzdu ruchu. Proponowany przez nas projekt krzesa z mechanizmem wspomagajcym wstawanie z pozycji siedzcej jest rozwizaniem jednego z najczstszych problemw osoby niepenosprawnej. Gdy system miniowy jest niezdolny do wygenerowania dostatecznej siy, mechanizm uatwia wyprowadzenie ciaa uytkownika do pozycji pionowej.

2. Obecny sposb wykonywania czynnoci

Obecnie stosowane metody uatwienia doprowadzenia czowieka do pozycji stojcej sprowadzaj si do asysty innej osoby z wykorzystaniem balkonw, kul oraz wycigw. W przypadku, gdy osoba potrzebujca jest pozbawiona obecnoci kogo, kto zapewni dostateczn asekuracj, czsto ta osoba pozostaje przytwierdzona do krzesa lub ka. Nastpnie, nie w kadym miejscu, w domu lub poza nim, jest dostp do rozwiza niezbdnych przy wprowadzaniu takiej osoby do rozpoczcia lokomocji. Brak osoby umoliwiajcej tego niepenosprawnemu doprowadza czsto do niechci do aktywnoci fizycznej. Zauway mona to rwnie u osb starszych, ktre m. in. Z powodu osamotnienia decyduj si na pozostanie w pozycji lecej lub siedzcej.

3

Rys. 1 Podnonik dla osb niepenosprawnych.

Przemys biomedyczny, wychodzc naprzeciw potrzebom osb z zaburzeniami aparatu ruchu, oferuje ju rozwizania wspomagajce mechanizm wstawania czowieka. Takie rozwizania dotycz zarwno wzkw inwalidzkich oraz foteli i krzese rehabilitacyjnych. Wykorzystywane do tego technologie coraz szybciej si rozwijaj, cho w dalszym cigu ich popularno jest na niskim poziomie. Spowodowane to jest zazwyczaj zaporow cen lub stosunkowo niedu wiadomoci spoeczestwa o moliwoci zakupu tego typu produktw.

Spord znalezionych mechanizmw wykorzystanych w urzdzeniach do asysty wstawania, wyrni mona urzdzenie, ktrego rysunek pogldowy znajduje si poniej.

4

Rys.2 Krzeso ze sprynowym podnonikiem siedziska.

Urzdzenie to wykorzystuje podnonik sprynowy w celu uzyskania zmiany kta pooenia siedziska krzesa. Do jego uruchomienia zostaje uyty sworze blokujcy, ktry po zmianie pozycji umoliwia zwolnienie spryny. Mechanizm nie wymaga obecnoci prdu elektrycznego i warto zaznaczy, e nie ma w nim regulacji prdkoci podnoszenia. Rozwizanie zostao zawarte w patencie US4690457 zgoszonym w roku 1987. Naszym zdaniem, rozwizanie z powodu swej prostoty nie zapewnia dostatecznych walorw uzytkowych.

Kolejnym rozwizaniem jest poduszka z pneumatycznym mechanizmem podnoszcym. Pompowane powietrze powoduje przyrost wysokoci produktu, co prowadzi do zmiany kta w stawie kolanowym i umoliwia zmniejszenia siy generowanej przez minie potrzebnej do wyprostu ng. Istotn wad tego rozwizania jest zastosowanie sprarki, ktrej koszt oraz podatno na awari jest dosy wysoka. Powoduje to zwikszenie skomplikowania konstrukcji.

5

Rys. 3 Pompowana poduszka.

Inna alternatyw jest zastosowanie foteli stacjonarnych z mechanizmami zmiany kta pooenia siedziska wraz z oparciem w stosunku do podoa. Urzdzenia te wymagaj zasilania prdem elektrycznym. Czoowi producenci zapewniaj wysoki komfort uytkowania kosztem ceny wyrobu.

Rys. 4 Fotel z mechanizmem podnoszcym.

6

Na podobnej zasadzie jak fotele dziaaj urzdzenia sanitarne przeznaczone dla osb niepenosprawnych lub niedonych. S instalowane przede wszystkim w azienkach w orodkach pomocy dla osb starszych oraz oddziaach geriatrii.

Rys. 5 Urzdzenie sanitarne uatwiajce wstawanie.

3. Gwne czci/ istotne dane o wydajnoci

Podstaw naszego projektu jest ruchome siedzisko z oparciem, a gwny element wykonawczy to podnonik rubowy napdzany silnikiem elektrycznym prdu staego.

Charakterystyka zespou podnoszcego:

- napicie: 12 lub 24V DC,

- sia: do 6000N ,

- standardowy stopie szczelnoci IPX1, IPX4, IPX6,

7

- czujniki kracowe,

- poziom haasu: 48dB,

- zakres ruchu ramienia: 0-250mm.

- prdko podnoszenia: 8mm/s.

Rys. 6 Podnonik wykorzystany w proponowanym rozwizaniu.

Akumulator:

- napicie: 12V,

- pojemno: 5Ah.

Zasilacz/ adowarka akumulatora:

- napicie: 12V,

- natenie: 6A.

4. Opis otoczenia uytkowania

Urzdzenie nadaje si do uytku zarwno w warunkach domowych, jak i miejscach uytecznoci publicznej. Przeznaczone jest do pracy w pomieszczeniach zadaszonych. Temperatura otoczenia powinna by w granicach 5-40C i wilgotno wynosi nie wicej ni 80%. Urzdzenie umoliwia zasilanie akumulatorowe, jednak zalecane jest uywanie zasilacza podczanego do sieci elektrycznej 230V / 50Hz AC. W przypadku korzystania

8

z zasilania akumulatora, ilo cykli podnoszenia/opuszczania wynosi okoo 50. Maksymalna waga uytkownika nie powinna przekracza 200kg.

5. Stechnizowany scenariusz

Podczy urzdzenie do sieci elektrycznej.

Ustawi siedzisko w pozycji wejciowej- podnie siedzisko do ustalonej pozycji.

Oprze si o siedzisko

Nacisn przycisk DOWN (zielona strzaka w d) na panelu sterowania w celu opuszczenia siedziska.

Nacisn przycisk UP (zielona strzaka w gr) na panelu sterowania w celu podniesienia siedziska, aby umoliwi wstanie z krzesa.

Wyczy urzdzenie.

UWAGI:

W sytuacji awaryjnej nacisn przycisk STOP (czerwony kwadrat) na panelu sterowania.

W wypadku braku zasilania korzysta z zaczonego akumulatora.

9

6. Projekt rozwizania.

Rys. 7 Ilustracja projektu.

Akumulator z

zasilaczem

Siownik

Panel

sterujcy

Oparcie

Podokietnik

Ruchome

siedzisko

10

Rys. 8 Ilustracja mechanizmu napdowego.

Podnonik z

mechanizmem

rubowym

11

Rys. 9 Widok podnoszonego siedziska.

Panel sterujcy:

- przycisk UP,

- przycisk DOWN,

- pokrto do regulacji prdkoci podnoszenia/opuszczania,

- przycisk STOP.

Rys. 10 Panel sterujcy mechanizmem podnoszenia.

Zawias

siedziska

12

7. Krytyczne funkcje techniczne/ elementy kluczowe.

Urzdzenie posiada mechanizm podnoszcy siedzisko o bardzo dobrych parametrach pracy, ktry zapewnia udwig a do 600N. Elementy konstrukcji sa wykonane z materiaw przeznaczonych do przenoszenia duych obcie. Dziki takiemu rozwizaniu, mamy pewno bezpieczestwa i pynnoci uytkowania.

ruba gwintowana o rednicy 22mm i skoku gwintu zapewnia kompromis midzy szybkoci i dugoci wysunicia ramienia. Uzytkownik nie musi obiawia si o to, czy czas podniesienia siedziska bdzie zbyt dugi lub krtki, co moe wiza si z ryzykiem doznania kontuzji albo poczucia dyskomfortu.

Panel sterowania ukadem jest bardzo prosty i intuicyjny w obsudze. Aby uruchomi operacj podnoszenia lub opuszczania siedziska urzdzenia wystarczy jednorazowe przycinicie konkretnego przycisku. Duy przycisk STOP umoliwia natychmiastowe przerwanie pracy. Przyciski, dla lepszego odrnienia, pomalowane s na rne kolory - podnoszenia i opuszczania na zielono, STOP na czerwono. Co wicej, kierunek pracy podnonika jest odwzorowany na klawiszach ksztatem trjkta skierowanego, odpowiednio, ku doowi lub grze.

8. Warto uytkowa (zapotrzebowania)/potencja rynkowy.

Na rynku napotka mona rne rozwizania dotyczce problemw z narzdem ruchu, problemami przy wstawaniu z pozycji siedzcej. Wikszo rozwiza charakteryzuje si wysok cen. S one stosowane, przede wszystkim, do uytku domowego przez jedn osob, co nie wpywa wydatnie na zuycie. Natomiast nie zauwaylimy adnych z tego typu urzdze w miejscach uytecznoci publicznej tj. dworcach, urzdach lub placwkach owiatowych.

Nasze rozwizanie stosowane moe by zarwno w domu, jak i miejscach dostpnych dla wikszej rzeszy osb. Krzeso jest na tyle proste w obsudze, e nawet osoby nie majce przeszkolenia nie powinny mie problemu w prawidowym i bezpiecznym uytkowaniu. Wytrzymao konstrukcji gwarantuje trwao.

13

9. Potencja rynkowy.

Proponowana przez nas koncepcja krzesa z mechanizmem regulujcym pozycj siedziska odznacza si dobr jakoci wykonania elementw konstrukcji, prostot uytkowania oraz przystpn cen.

Naszym zaoeniem jest zaopatrzenie miejsc publicznych, ktre z roku na rok dostosowuj swoje powierzchnie do uytku przez osoby niepenosprawne lub o ograniczonej zdolnoci ruchowej. Jestemy przekonani, e nasze rozwizanie zapewni wzrost konkurencji na rynku urzdze do wspomagania wstawania. Cena warunkuje moliwo zakupu kilkukrotnie wikszej iloci sztuk ni ma to miejsce obecnie. Stawia nas to na uprzywilejowanej pozycji, gdy przy wyborze towaru jedn z waniejszych rzeczy jest kwota obcienia budetu.

10. Innowacja/aspekty wprowadzania na rynek.

Projekt naszego autorstwa bazuje na sprawdzonych rozwizaniach konstrukcyjnych, ktre z powodzeniem speniaj swoj rol. Spord wielu urzdze dostpnych na rynku wykorzystujcych skomplikowane mechanizmy podnoszenia hydraulicznego lub sprynowego, nasze siedzisko poruszane jest przy uyciu silnika elektrycznego niskiego napicia z moliwoci zasilania akumulatorowego. Jest to istotne przy montau w placwkach uytecznoci publicznej i zapewnia moliwo pracy tymczasowej w miejscach zdala od sieci elektrycznej.

Ze wzgldu na duy procent potencjalnych uytkownikw w zaawansowanym wieku, skupilimy si na tym, aby panel sterowania by czytelny i niezwykle prosty w obsudze.

14

11. Nakady na rozwj.

System Opis Badania Rozwj Produkt

Kinematyka Poczenie siedziska z ram

mechanizm podnoszcy

oysko kulkowe

ruba rzymska

Napd Przetwarzanie energii elektrycznej w ruch

Silnik elektryczny 12V/5A

Zaopatrzenie w energi

rda energii

Przeksztacanie energii

Przenoszenie energii

Akumulator 12V/5Ah Zasilacz/adowarka do akumulatora 12V/6A Instalacja elektryczna

Sterowanie Sposb wydawania polece

Kontrola prdkoci podnoszenia

Panel sterowania z przyciskami

Sterownik PWM silnika

Sensoryka Wykrywanie pozycji minimalnego i maksymalnego wysunicia ruby

Czujniki kracowe kontaktrony

Interfejs Komunikacja z uytkownikiem

Przyciski na panelu sterowania

Komunikacja Sygna dwikowy zakoczenia procesu podnoszenia/opuszczania

Gonik piezo 12v

15

12. Szacowany koszt projektu.

Komponent Cena [z] Ilo sztuk Suma [z

Profil kwadratowy

zamknity 3z / kg 10kg 30z

Prt gadki 15mm Stal 3S

10z/szt 1 10z

Siownik- podnonik elektryczny

Linak LA31 12V

200z/szt 1 200z

Zasilacz-prostownik

12V 6A

120z 1 120zl

Akumulator 12V, 5Ah 50z 1 50z Sterownik podnonika 50z 1 50z

ruba M6

20gr/szt

6

1,20z

Pyta klejona wielowarstwowa

2m x 1m x 15mm

150z/szt

1

150z

Pianka tapicerska

meblowa

200 x 120 x 2cm

20z/szt

1

20z

Skra ekologiczna 2m x 2m

25z/m

2

50z

Cakowity koszt 682 z

13. Bibliografia.

1. Jinglong Wu, Technological Advancements in Biomedicine for Healthcare

Applications, USA 2013.

2. Skrzyszkowski Zbigniew, Podnoniki i prasy rubowe: PKM

projektowanie: pomoc dydaktyczna, PK 2001.

3.http://www.technique.pl/mediawiki/index.php/Podno%C5%9Bniki_%C5%9

Brubowe:_Przegl%C4%85d_konstrukcji, ostatni dostep dnia 20.01.2015 godz.

15:30.