Cadeira de rodas baseada em acelerômetro para pessoa com deficiência física: 13 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58

Em nosso país de 1,3 bilhão de habitantes, ainda temos mais de 1% da população idosa ou com deficiência, que precisa de suporte para mobilidade pessoal. Nosso projeto tem como objetivo atender aos seus requisitos de mobilidade com tecnologia inteligente. O problema com eles é que os ossos das pernas ficam mais fracos ou quebram devido a um acidente e causam dor durante o movimento, portanto, estamos usando movimentos de inclinação da mão ou da cabeça para mover uma cadeira de rodas. A inclinação é detectada pelo acelerômetro e a tensão equivalente é desenvolvida, essa tensão é detectada pelo Arduino e os converte em um sinal equivalente para o relé. Com base no sinal do Arduino, o relé aciona o motor correspondente. O movimento do motor faz com que a cadeira de rodas se mova em uma determinada direção. Isso permite que o usuário controle o movimento da cadeira de rodas com a mão ou a inclinação da cabeça. Usamos o sensor ultrassônico inteligente para controlar a frenagem da cadeira de rodas com base na distância entre a cadeira de rodas e os obstáculos. Se a distância de diferença for inferior a 20 cm, o Arduino envia um sinal de frenagem para relé e a parada do motor, isso diminui a velocidade e, após 2-3 segundos, a cadeira de rodas finalmente pára. Isso ajuda o usuário em um acidente maior e menor na estrada, com a ajuda de técnicas inteligentes. O LCD mostra a diferença de distância para frente e para trás no display para o usuário. Esses recursos tornam a cadeira de rodas simples, segura e inteligente para o usuário.

Componentes necessários:

Arduino nano, Relé 5V, Placa de madeira para montagem mecânica, 4 motor de engrenagem DC 24 V, 2 A, Baterias 12V, 4A, Placa de alumínio, Luva, Módulos Adxl 335, Rodas para cadeiras de rodas, Cadeira com parafusos para fixação, 12V, 5V Regulador IC.

Etapa 1: DIAGRAMA DE BOCK

O diagrama de blocos consiste na unidade do sensor, fonte de alimentação, Arduino, relé, LCD e motores. O Arduino tem entradas do mecanismo automático do cinto de segurança para detecção se o cinto de segurança é usado pelo usuário ou não. Quando o usuário usa cinto de segurança, o Arduino percebe e liga o sistema. Em seguida, a mensagem de boas-vindas é exibida e o usuário é solicitado a selecionar o modo de operação. Existem três modos de operação e são selecionados por interruptores manuais. Uma vez que o modo é selecionado, ele começa a sentir a mudança na saída do sensor do acelerômetro e, correspondentemente, muda o sinal de entrada para o relé do Arduino. Com base no sinal do Arduino, o relé aciona o motor em uma direção específica até que o Arduino mude a entrada do relé. O sensor ultrassônico é utilizado para medir a distância de obstáculo próximo à cadeira de rodas, esta informação é exibida no LCD e armazenada no Arduino para frenagem. Quando a distância é menor que 20 cm, o Arduino gera um sinal de frenagem para retransmitir e interrompe o movimento da cadeira de rodas. Há duas fontes de alimentação usadas para o Arduino e a fonte do motor, o Arduino tem uma fonte de 5v e o motor tem uma fonte de 24v.

Etapa 2: DESENVOLVIMENTO DO QUADRO INFERIOR

O desenvolvimento da cadeira de rodas partiu da montagem do quadro mecânico. Uma placa de acrílico ou madeira pode ser usada para a estrutura inferior da cadeira de rodas. Em seguida, a placa é cortada no tamanho de moldura de 24 * 36 polegadas, 24 polegadas é o comprimento e 36 polegadas é a largura da moldura.

Etapa 3: MONTAGEM DO MOTOR NA ESTRUTURA

O motor é montado na placa da estrutura com a ajuda do suporte L. Deixando um espaço de 2 polegadas no lado do comprimento e perfurando o orifício para a montagem do motor. Terminada a perfuração, colocamos o suporte em L e começamos a colocar um parafuso e fixamos o motor pelo corpo do eixo aparafusado. Depois disso, os fios são estendidos juntando-se outro fio de extensão e conectando-o à saída de relé.

Etapa 4: MONTAGEM DA CADEIRA NA ESTRUTURA

Uma cadeira de quatro pernas é usada para tornar o sistema mais estável durante a operação na estrada. A borda dessas pernas é perfurada com orifício e colocada na estrutura e a perfuração também é feita na estrutura. Depois disso, a cadeira é fixada em uma estrutura por parafuso.

Etapa 5: MONTAGEM DO INTERRUPTOR DE ALIMENTAÇÃO E LCD DE DESCANSO DE MÃO DA CADEIRA

Um interruptor de alimentação é usado para fornecer alimentação ao motor e se ocorrer algum curto-circuito, desligue a alimentação do sistema por meio deste interruptor. Esses interruptores e LCD são primeiramente fixados em uma placa de madeira e, em seguida, fixados na almofada de descanso da cadeira fazendo um orifício e, em seguida, fixando-o com um parafuso de parafuso.

Etapa 6: MONTAGEM DO MECANISMO DA CINTA DE SEGURANÇA

Para construir um mecanismo de cinto de segurança, uma seção de alça de alumínio é usada e dobrada sobre uma borda. Duas alças são usadas e um cinto de náilon é usado e fixado na posição de ombro da cadeira. A alça é fixada na borda do assento da cadeira.

Etapa 7: MONTAGEM DO SENSOR ULTRASSÔNICO

Dois sensores ultrassônicos são usados para avançar e retroceder a medição da distância. Eles são fixados na extremidade central de uma cadeira de rodas com parafusos.

Etapa 8: MONTAGEM DA PASTA DE DESCANSO DE PERNAS

Duas placas de madeira de 2 * 6 polegadas são usadas para o apoio de perna. Eles são fixados na borda da cadeira de rodas na posição em v.

Etapa 9: IMPLEMENTAÇÃO DE HARDWARE PARA CADEIRA DE RODAS

Cinto de segurança automático e botão baseado em luva usado conceito de curto-circuito e conectado a 5v. O LCD está conectado ao Arduino Nano no modo de interface de 4 bits e exibirá uma mensagem de boas-vindas no início de uma cadeira de rodas. Depois desse modo, a seleção da cadeira de rodas é feita usando o botão de luvas. As luvas são conectadas a 0, 1, 2, 3 pinos do Arduino e o acelerômetro é conectado a A0, A1 do Arduino. Quando o acelerômetro é inclinado, a aceleração é convertida para as tensões do eixo X e do eixo Y. Com base nele, o movimento de uma cadeira de rodas é feito. A direção de aceleração é convertida em movimento da cadeira de rodas com a ajuda de um relé conectado a 4, 5, 6, 7 pinos do Arduino e é conectado de forma que o sinal é convertido em movimento de 4 direções da cadeira de rodas como para frente, para trás, para a esquerda, direito. O motor DC é conectado diretamente ao relé sem conexão, conexão aberta, terminal comum. O pino do gatilho ultrassônico está conectado ao pino nº 13 do Arduino e o eco está conectado ao pino 10, 11 do Arduino. É utilizado para travagem automática quando é detectado um obstáculo dentro do alcance de 20 cm e apresenta a distância no LCD. Os pinos de dados do LCD são conectados a A2, A3, A4, A5 e o pino de ativação está conectado a 9 pinos, a seleção de registro está conectada ao pino nº 10

Etapa 10: ALGORITMO

O algoritmo de operação de fluxo da cadeira de rodas é feito da seguinte maneira

1. Comece conectando a fonte de alimentação de 24 V e 5 V.

2. Conecte o cinto de segurança; se não estiver, vá para 16.

3. Verifique se o acelerômetro está em condição estável?

4. Ligue o interruptor de alimentação do motor.

5. Selecione o modo de operação pelo botão de luva, o processador executa em 6, 9, 12 e se não for selecionado, vá para 16.

6. Modo 1 selecionado, então

7. Mova o acelerômetro na direção em que queremos mover a cadeira de rodas.

8. O acelerômetro se move ou inclina sua posição, assim, dá o sinal analógico ao Arduino e o converte de forma inadequada

nível digital, de modo a movimentar os motores da cadeira de rodas.

9. Modo 2 selecionado, então

10. Com base no botão da luva é pressionado na direção, queremos mover a cadeira de rodas.

11. O Arduino detecta a mudança no modo de liga / desliga da luva e converte-o em um nível digital inadequado, de modo a movimentar os motores da cadeira de rodas.

12. Modo 3 selecionado, então

13. Mova o acelerômetro na direção em que queremos mover a cadeira de rodas.

14. O acelerômetro se move ou inclina sua posição, portanto, dá um sinal analógico para o Arduino e converte-o em

nível digital apropriado e verifique a diferença de distância ultrassônica.

15. Sensores ultrassônicos são usados para detectar o obstáculo. Se algum obstáculo for detectado, então

dá o sinal ao Arduino e ele aplica a operação de frenagem e parará os motores.

16. A cadeira de rodas está na posição de repouso.

17. Remova o cinto de segurança.

Etapa 11: Código

Etapa 12: Teste Final

Esforços foram feitos para tornar o sistema compacto e fácil de usar, fios mínimos foram usados e isso reduz a complexidade do sistema. O Arduino é o coração do sistema e, portanto, precisa ser programado corretamente. Vários gestos foram testados e as saídas foram estudadas para verificar se o sinal correto é enviado para o relé. O modelo de cadeira de rodas funciona com relés de comutação e motores com um sensor acelerômetro colocado na mão do paciente. O Arduino com o acelerômetro é usado para enviar o sinal de inclinação para a cadeira de rodas em termos de movimento, ou seja, para a esquerda ou direita, para a frente ou para trás. Aqui, o relé atua como um circuito de comutação. De acordo com a operação do relé, a cadeira de rodas se moverá na direção correspondente. A interface adequada de todos os componentes de acordo com o diagrama de circuito nos dá um circuito de hardware para o protótipo de cadeira de rodas com gesto baseado nas mãos e controle baseado em luvas com travagem automática para a segurança dos pacientes.

Etapa 13: CONCLUSÃO

Implementámos uma cadeira de rodas automática, que apresenta várias vantagens. Ele está operando em três modos diferentes, ou seja, modo manual, acelerômetro e acelerômetro com modo de frenagem. Além disso, existem dois sensores ultrassônicos que aumentam a precisão da cadeira de rodas e fornecem frenagem automática. Esta cadeira de rodas é econômica e pode ser acessível para pessoas comuns. Com o desenvolvimento deste projeto, ele pode ser implementado com sucesso em uma escala maior para pessoas com deficiência. O baixo custo da montagem torna-a realmente um bônus para o público em geral. Também podemos adicionar novas tecnologias nesta cadeira de rodas. A partir dos resultados obtidos acima, concluímos que o desenvolvido de todos os três modos de controle de uma cadeira de rodas é testado e funciona satisfatoriamente em um ambiente interno com assistência mínima à pessoa com deficiência física. Tem uma boa resposta ao acelerômetro acionando os motores conectados às rodas da cadeira. A velocidade e a distância percorrida por uma cadeira de rodas podem ser melhoradas ainda mais se o sistema de engrenagens conectado aos motores for substituído por uma manivela e uma junta de pinhão com menos atrito e desgaste mecânico. O custo de funcionamento deste sistema é muito menor em comparação com outros sistemas usados para o mesmo propósito.