Xe lăn dựa trên máy đo gia tốc cho người khuyết tật về thể chất: 13 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Ở đất nước có 1,3 tỷ dân, chúng ta vẫn có hơn 1% dân số là người già hoặc người tàn tật, những người cần được hỗ trợ cho việc di chuyển cá nhân. Dự án của chúng tôi có mục tiêu đáp ứng yêu cầu của họ về tính di động với công nghệ thông minh. Vấn đề với họ là xương chân yếu hơn hoặc bị gãy do tai nạn và gây đau khi di chuyển, vì vậy chúng ta đang sử dụng chuyển động của tay hoặc đầu để di chuyển xe lăn. Độ nghiêng được cảm nhận bằng gia tốc kế và điện áp tương đương được phát triển, điện áp đó được Arduino cảm nhận và chuyển chúng thành tín hiệu tương đương cho rơ le. Dựa trên tín hiệu Arduino, rơle điều khiển động cơ tương ứng. Chuyển động của động cơ làm cho xe lăn chuyển động theo một hướng xác định. Điều này cung cấp các tính năng để người dùng điều khiển chuyển động của xe lăn bằng tay hoặc nghiêng đầu. Chúng tôi đã sử dụng cảm biến thông minh siêu âm để điều khiển phanh của xe lăn dựa trên khoảng cách giữa xe lăn và chướng ngại vật. Nếu khoảng cách chênh lệch nhỏ hơn 20 cm thì Arduino sẽ gửi tín hiệu phanh để chuyển tiếp và dừng động cơ, điều này làm giảm tốc độ và sau 2-3 giây, xe lăn cuối cùng cũng dừng lại. Điều này giúp người sử dụng khỏi một tai nạn lớn và nhỏ trên đường, với sự trợ giúp của các kỹ thuật thông minh. Màn hình LCD hiển thị khoảng cách chênh lệch để tiến và lùi trên màn hình cho người dùng. Những tính năng này làm cho xe lăn trở nên đơn giản, an toàn và thông minh cho người sử dụng.

Các thành phần bắt buộc:

Arduino nano, Rơ le 5V, Bảng gỗ để lắp ráp cơ khí, 4 động cơ bánh răng DC 24V, 2A, Ắc quy 12V, 4A, Tấm nhôm, Găng tay, Mô-đun Adxl 335, Bánh xe lăn, Ghế có vít để cố định, IC điều chỉnh 12V, 5V.

Bước 1: SƠ ĐỒ KHÓA

Sơ đồ khối bao gồm bộ cảm biến, bộ nguồn, Arduino, rơ le, màn hình LCD và động cơ. Arduino có đầu vào từ cơ chế thắt dây an toàn tự động để phát hiện người dùng có đeo dây an toàn hay không. Khi người dùng thắt dây an toàn, Arduino sẽ cảm nhận và bật hệ thống. Sau đó, thông báo chào mừng được hiển thị và người dùng yêu cầu chọn chế độ hoạt động. Có ba chế độ hoạt động và được lựa chọn bằng công tắc thủ công. Khi chế độ được chọn, nó bắt đầu cảm nhận sự thay đổi trong đầu ra của cảm biến gia tốc và thay đổi tương ứng tín hiệu đầu vào cho chuyển tiếp của Arduino. Dựa trên tín hiệu Arduino, rơle điều khiển động cơ theo một hướng cụ thể cho đến khi Arduino thay đổi đầu vào rơle. Cảm biến siêu âm được sử dụng để đo khoảng cách của chướng ngại vật gần xe lăn, thông tin này được hiển thị trên màn hình LCD và lưu trữ trong Arduino để phanh. Khi khoảng cách nhỏ hơn 20 cm, Arduino tạo ra tín hiệu phanh để chuyển tiếp và nó dừng chuyển động của xe lăn. Có hai nguồn điện được sử dụng cho Arduino và nguồn cung cấp động cơ, Arduino có nguồn cung cấp 5v và động cơ có nguồn cung cấp 24v.

Bước 2: PHÁT TRIỂN KHUNG ĐÁY

Sự phát triển của xe lăn bắt đầu từ việc lắp ráp khung cơ khí. Có thể sử dụng một tấm acrylic hoặc ván gỗ cho khung dưới cùng của xe lăn. Sau đó, bảng được cắt theo khung kích thước 24 * 36 inch, 24 inch là chiều dài và 36 inch là chiều rộng của khung.

Bước 3: NÚT ĐỘNG CƠ TRÊN KHUNG

Động cơ được gắn trên bảng khung với sự trợ giúp của giá đỡ L. Bằng cách để lại khoảng trống 2 inch trên chiều dài và lỗ khoan để lắp động cơ. Khi quá trình khoan kết thúc, chúng tôi đặt giá đỡ L và bắt đầu lắp một con vít và sau đó cố định động cơ bằng thân trục vít của nó. Sau đó, các dây được kéo dài bằng cách nối dây mở rộng khác và kết nối nó với đầu ra rơle.

Bước 4: LẮP GHẾ VÀO KHUNG

Ghế bốn chân được sử dụng để giúp hệ thống ổn định hơn trong quá trình vận hành trên đường. Các cạnh chân này được khoan lỗ và đặt trên khung và việc khoan cũng được thực hiện trên khung. Sau khi chiếc ghế đó được cố định trên khung bằng bu lông vít.

Bước 5: CÔNG TẮC NGUỒN ĐIỆN VÀ LCD TRÊN TAY REST PAD CỦA GHẾ

Một công tắc cấp nguồn được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho động cơ và nếu có bất kỳ hiện tượng đoản mạch nào xảy ra thì hãy tắt nguồn cung cấp của hệ thống bằng công tắc này. Các công tắc và màn hình LCD này trước tiên được cố định trên một tấm gỗ, sau đó cố định trên tấm đệm còn lại của ghế bằng cách khoan lỗ và sau đó cố định nó bằng vít.

Bước 6: NÚT CƠ CHẾ DƯỚI ĐAI

Để xây dựng cơ cấu dây đai an toàn, phần tay cầm bằng nhôm được sử dụng và uốn cong trên một cạnh. Hai tay cầm được sử dụng và một đai nylon được sử dụng và cố định ở vị trí vai Ghế. Tay cầm được cố định ở mép ngồi của ghế.

Bước 7: NÚT CẢM BIẾN SIÊU ÂM

Hai cảm biến siêu âm được sử dụng để đo khoảng cách chuyển tiếp và lùi. Chúng được cố định ở mép giữa của xe lăn bằng vít.

Bước 8: LẮP REST PAD LEG

Hai tấm gỗ kích thước 2 * 6 inch được sử dụng để làm đệm kê chân. Chúng được cố định trên mép xe lăn ở vị trí hình chữ v.

Bước 9: TRIỂN KHAI PHẦN CỨNG SỬA XE

Dây an toàn tự động và nút dựa trên găng tay được sử dụng khái niệm ngắn mạch và kết nối với 5v. Màn hình LCD được kết nối với Arduino Nano ở chế độ giao diện 4-bit và nó sẽ hiển thị thông báo chào mừng khi bắt đầu xe lăn. Sau đó, lựa chọn chế độ của xe lăn được thực hiện bằng cách sử dụng nút găng tay. Găng tay được kết nối với chân 0, 1, 2, 3 của Arduino và gia tốc kế được kết nối với A0, A1 của Arduino. Khi nghiêng gia tốc kế, gia tốc được chuyển đổi thành điện áp trục X và trục Y. Dựa vào đó chuyển động của một chiếc xe lăn được thực hiện. Hướng của gia tốc được chuyển đổi thành chuyển động của xe lăn với sự trợ giúp của rơ le kết nối với 4, 5, 6, 7 chân của Arduino và nó được kết nối theo cách tín hiệu được chuyển thành 4 hướng chuyển động của xe lăn như tiến, lùi, trái., đúng. Động cơ DC được kết nối trực tiếp với rơ le không kết nối, kết nối mở, đầu cuối chung. Chân kích hoạt siêu âm được kết nối với chân số 13 của Arduino và tiếng vọng được kết nối với chân 10, 11 của Arduino. Nó được sử dụng để phanh tự động khi phát hiện chướng ngại vật trong phạm vi 20 cm và nó hiển thị khoảng cách trên màn hình LCD. Các chân dữ liệu LCD được kết nối với A2, A3, A4, A5 và chân kích hoạt được kết nối với chân 9, lựa chọn thanh ghi được kết nối với chân số 10

Bước 10: THUẬT TOÁN

Hoạt động dòng thuật toán của xe lăn được thực hiện theo cách sau

1. Bắt đầu bằng cách kết nối nguồn điện 24 V và 5 V.

2. Kết nối Dây an toàn, nếu chưa kết nối thì chuyển đến 16.

3. Kiểm tra xem gia tốc kế có trong tình trạng ổn định không?

4. Bật công tắc cung cấp động cơ.

5. Chọn chế độ hoạt động bằng nút găng tay, bộ xử lý thực hiện vào 6, 9, 12 và nếu không chọn thì chuyển đến 16.

6. Chế độ 1 được chọn, sau đó

7. Di chuyển gia tốc kế theo hướng chúng ta muốn xe lăn di chuyển.

8. Gia tốc kế di chuyển hoặc nghiêng vị trí của nó, do đó cung cấp tín hiệu tương tự cho Arduino và chuyển đổi nó không phù hợp

mức kỹ thuật số, để di chuyển động cơ của xe lăn.

9. Chế độ 2 được chọn, sau đó

10. Dựa vào nút găng tay được ấn theo hướng, chúng ta muốn di chuyển xe lăn.

11. Arduino cảm nhận sự thay đổi trong chế độ bật / tắt công tắc găng tay và chuyển đổi nó ở mức kỹ thuật số không phù hợp, để di chuyển động cơ của xe lăn.

12. Chế độ 3 được chọn, sau đó

13. Di chuyển gia tốc kế theo hướng chúng ta muốn xe lăn di chuyển.

14. Gia tốc kế di chuyển hoặc nghiêng vị trí của anh ta, do đó cung cấp tín hiệu tương tự cho Arduino và chuyển đổi nó trong

mức kỹ thuật số thích hợp và kiểm tra khoảng cách chênh lệch siêu âm.

15. Cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện chướng ngại vật. Nếu bất kỳ chướng ngại vật nào được phát hiện thì nó

đưa tín hiệu đến Arduino và nó áp dụng hoạt động phanh và sẽ dừng động cơ.

16. Xe lăn ở vị trí nghỉ.

17. Tháo Dây an toàn.

Bước 11: Mã

Bước 12: Thử nghiệm cuối cùng

Các nỗ lực đã được thực hiện để làm cho hệ thống nhỏ gọn và có thể đeo được, sử dụng dây tối thiểu và điều này làm giảm độ phức tạp của hệ thống. Arduino là trái tim của hệ thống và do đó cần được lập trình đúng cách. Nhiều cử chỉ khác nhau đã được thử nghiệm và các kết quả đầu ra đã được nghiên cứu để kiểm tra xem tín hiệu phù hợp có được gửi đến rơle hay không. Mô hình xe lăn hoạt động dựa trên rơ le chuyển mạch & động cơ với cảm biến gia tốc đặt trên tay bệnh nhân. Arduino với gia tốc kế được sử dụng để gửi tín hiệu nghiêng đến xe lăn về chuyển động, tức là trái hoặc phải, trước hoặc sau. Ở đây rơ le đóng vai trò như một mạch đóng cắt. Theo hoạt động của rơ le, xe lăn sẽ chuyển động theo hướng tương ứng đó. Giao diện phù hợp của tất cả các thành phần theo sơ đồ mạch cung cấp cho chúng tôi mạch phần cứng cho xe lăn nguyên mẫu với cử chỉ dựa trên tay và điều khiển dựa trên găng tay với phanh tự động để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân.

Bước 13: KẾT LUẬN

Chúng tôi đã triển khai một chiếc xe lăn tự động, có nhiều ưu điểm khác nhau. Nó đang hoạt động ở ba chế độ khác nhau, tức là chế độ bằng tay, đồng hồ đo gia tốc và cảm biến gia tốc với chế độ phanh. Ngoài ra, còn có hai cảm biến siêu âm giúp tăng độ chính xác của xe lăn và cung cấp phanh tự động. Chiếc xe lăn này là kinh tế và có thể phù hợp với túi tiền của những người bình thường. Với sự phát triển của dự án này, nó có thể được thực hiện thành công trên quy mô lớn hơn cho những người khuyết tật. Chi phí lắp ráp thấp khiến nó thực sự là một phần thưởng cho công chúng. Chúng tôi cũng có thể bổ sung công nghệ mới trên chiếc xe lăn này. Từ các kết quả thu được ở trên, chúng tôi kết luận rằng việc phát triển cả ba chế độ điều khiển của xe lăn đã được thử nghiệm và hoạt động tốt trong môi trường trong nhà với sự hỗ trợ tối thiểu cho người khuyết tật. Nó có phản ứng tốt với gia tốc kế kích hoạt các động cơ kết nối với bánh xe của ghế. Tốc độ và khoảng cách của xe lăn có thể được cải thiện hơn nữa nếu hệ thống bánh răng kết nối với động cơ được thay thế bằng tay quay và khớp bánh răng có ít ma sát và hao mòn cơ học hơn. Chi phí vận hành của hệ thống này thấp hơn nhiều so với các hệ thống khác được sử dụng cho cùng mục đích.