PROIECTAREA ȘI REALIZAREA UNUI MANIPULATOR [311125]

[anonimizat]:

Inginerie Medicală

Brașov

2016

REZUMAT

Lucrarea de față are în vedere realizarea practică a unui manipulator pentru cărucioarele persoanelor cu dizabilități dar care au acces și dispun de un automobil special adaptat și modificat pentru situația lor specifică.

Primul capitol redă o scurtă introducere pentru familiarizarea cititorului cu conținutul prezentat și totodată cu problema și nevoia pe care această lucrare o tratează. Aceasta urmărește evidențierea problemei și nevoii identificate în rândul persoanelor care se confruntă cu astfel de situații și mai exact dizabilitățile motorii. Totodată acest capitol scoate în evidență importanța temei alese. În acest capitol este prezentat și un scurt istoric care prezintă câteva modele existente de astfel de manipulatoare și cât de mult acestea au evoluat împreună cu caracteristicile lor principale.

[anonimizat], “Cărucioare/scaune cu rotile”, tratează un subiect des întâlnit și de interes maxim pentru persoanele cu dizabilități motorii. [anonimizat], în special pentru cei care se confruntă pentru prima dată cu dificultăți de acest gen. De aceea alegerea unui model de cărucior corespunzător situației specifice lor trebuie să fie făcută pe baza unor informații bine gândite și puse la punct. [anonimizat], sau de care este nevoie și ajustarea acestora în funcție de situația specifică cu care se confruntă persoana în cauză.

Atât proiectarea dispozitivului de manipulat cât și realizarea ansamblului în programul de lucru sunt prezentate în capitolul al treilea. Am ales să folosesc programul de proiectare Solidworks pentru a realiza grafic fiecare piesă în parte ca ulterior să pot realiza și asamblarea manipulatorului.

Capitolul 4 prezintă pe larg realizarea practică a manipulatorului și etapele de lucru prin care s-a trecut pentru a ajunge la rezultatul final. [anonimizat] a dispozitivului, toate sunt regăsite în acest capitol.

Capitolul 5 prezintă sistemul electric care acționează componentele mobile ale manipulatorului. În acest capitol sunt descrise pe larg elementele mecatronice/[anonimizat].

Capitolul 6 este de departe cel mai important capitol al acestei lucrări. Acest capitol este dedicat testării practice a dispozitivului. Tot în acest capitol este expusă o prezentare a avantajelor și dezavantajelor descoperite pe durata dezvoltării acestui proiect dar și concluziile desprinse în urma realizării practice și efective a manipulatorului.

SUMMARY

This paper considers the practical realization of a manipulator for people with disabilities carts but have access and have a car specially adapted and modified for their specific situation.

The first chapter gives a brief introduction to familiarize the reader with content presented all at once with the problem and the need that this paper treats. It aims to highlight the problem and the need identified among people who face such situations and to be more accurate, motor disabilities. All together this chapter highlights the importance of the chosen theme. In this chapter also presents a brief history about the few existing models like these manipulator and how much they have evolved together with their main characteristics.

The second chapter titled, "Pallet / wheelchairs" and treats a common topic of greatest interest for people with motor disabilities. People who are in such situations are often placed sometimes before some quite difficult choices, especially for those experiencing difficulties first of its kind. Therefore choosing an appropriate wheelchair model for their specific situation should be made on the basis of thoughtful information and well planned. Therefore in this chapter can be found this information that relates to models of wheelchairs, which are equipped with accessories, or need any kind of adjustments according to the specific situation the person is facing.

Both the design of the device to handle and realization of the set in the work program are presented in chapter three. I chose to use Solidworks design software to create a graphic projection for each component in order to achieve and assembly the manipulator.

Chapter 4 presents in detail the practical realization of the manipulator and the working stages that was passed to reach the final result. From presenting their purchase necessary materials and to change them according to the needs encountered in work, listing the work stages and actual installation of the device, all are found in this chapter.

Chapter 5 presents the electrical system that are operating the manipulator moving parts. In this chapter are detailed mechatronic elements / sensitive parts of the device, which was used in operating the moving parts together with its operating principle.

Chapter 6 is by far the most important chapter of this work. This chapter is devoted to practical testing of the device. Also in this section is exposed to an overview of strengths and weaknesses discovered during the development of this project and lessons learned from practical and effective realization of the manipulator.

Mulțumiri

Pentru întreg sprijinul acordat pe parcursul acestor ani, pentru încurajare, pentru încrederea pe care mi-au acordat-o, le mulțumesc domnului Șef. Lucr. Dr. Ing. Corneliu DRUGĂ și domnului Dr. Ing. Șerban IONEL.

Multumesc totodată întregului colectiv de cadre didactice pentru formarea mea profesională.

CUPRINS

LISTĂ DE FIGURI

Figura 1.1. ROBOT 201.

Figura 1.2. SPEEDY LIFT.

Figura 1.3. SDL Chair Topper.

Figura 2.1. Poziția optimă de ședere.

Figura 2.2. Scaun cu rotile standard.

Figura 2.3. Înclinarea pe spate a scaunului cu rotile.

Figura 2.4. Scaunul cu rotile multi-reglabil.

Figura 2.5. Roțile spiță / Roțile mag.

Figura 2.6. Proiecțiile Pushrim.

Figura 2.7. Rolă din plastic dur.

Figura 2.8. Rolă pneumatică.

Figura 2.9. Scaunul este prea îngust.

Figura 2.10. Scaunul este potrivit.

Figura 2.11.Scaunul este prea larg.

Figura 2.12. Scaunul este prea lung.

Figura 2.13. Scaunul este prea scurt.

Figura 2.14. Poziția optimă a pacientului.

Figura 2.15. Dimensiuni ale fotoliului rulant – persoane adulte (a se vedea SR EN 12183, SR EN 12184).

Figura 2.16. Dimensiuni anatropice minime pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte.

Figura 2.17. Dimensiuni antropodinamice pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte. Vedere frontală.

Figura 2.18. Dimensiuni antropodinamice (în cm) pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte. Vedere laterală.

Figura 2.19. Dimensiuni antropodinamice diferențiate pe sexe pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte – la bărbați.

Figura 2.20. Dimensiuni antropodinamice diferențiate pe sexe pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte – la femei.

Figura 2.21. Raze de manevre pentru fotoliul rulant (90°, 180° și 360°).

Figura 3.1 Suport de prindere pe mașină.

Figura 3.2 Bară fixă atașabilă suportului de prindere.

Figura 3.3 Bară mobilă de legătură.

Figura 3.4 Bară mobilă de legătură.

Figura 3.5 Părțile laterale ale suportului.

Figura 3.6 Latură a suportului reglabil.

Figura 3.7 Suportul reglabil.

Figura 3.8. Cadrul bazei manipilatorului.

Figura 3.9. Bara de fixare pentru cutia de comandă.

Figura 3.10. Cadrul manipulatorului împreună cu barele de fixare.

Figura 3.11. Baza manipulatorului.

Figura 3.12. Bara laterală a brațului basculant.

Figura 3.13. Element de legatura (Țeavă) de legătură.

Figura 3.14. Delimitator fix.

Figura 3.15. Delimitator reglabil.

Figura 3.16. Delimitator braț basculant.

Figura 3.17. Țeava de legătură atașată barelor laterale.

Figura 3.18. Brațul basculant și delimitatoarele atașate acestuia.

Figura 3.19. Braț basculant cu cutia macaralei.

Figura 3.20. Bară de fixare.

Figura 3.21. Garnitură.

Figura 3.22. Șurub.

Figura 3.23. Cutie motor.

Figura 3.24. Suport reglabil + baza manipulatorului.

Figura 3.25. Suport reglabil + baza manipulatorului + braț basculant vedere lateral și de sus.

Figura 3.26. Manipulatorul.

Figura 3.27. Manipulator – vedere de sus.

Figura 3.28. Manipulator – vedere din față și vedere din spate.

Figura 3.29. Manipulator – vedere laterală.

Figura 4.1. Motor de curent continuu cu reductor.

Figura 4.2. Motor de curent continuu cu reductor cu suport.

Figura 4.3. Centură de siguranță.

Figura 4.4. Cadru de la aparat de forță – vedere laterală și vedere din față.

Figura 4.5. Placă de comandă.

Figura 4.6. Microîntrerupător cu rolă scurtă.

Figura 4.7. Microîntrerupător cu rolă lungă.

Figura 4.8. Cadrul de la aparatul de forță.

Figura 4.9. Capătul brațului basculant la care a fost sudată o roată dințată împreună cu o șaibă de 1,5 cm.

Figura 4.10. Ajustarea suportului de motor continuu.

Figura 4.11. Suportul motorului adaptat la baza manipulatorului.

Figura 4.12. Ansamblul motor – manșetă.

Figura 4.13. Realizarea suportului pentru motor și manșetă.

Figura 4.14. Ansamblul motor-suport-manșetă.

Figura 4.15. Delimitatoarele pentru cărucior.

Figura 4.16. Comanda plăcii cu patru relee.

Figura 4.17. Alimentarea plăcii de la bateria mașinii.

Figura 4.18. Testarea manipulatorului.

Figura 4.19. Sudarea motorului pe baza manipulatorului.

Figura 4.20. Introducerea firelor de alimentare prin mecanism.

Figura 4.21. Fixarea microîntrerupătoarelor.

Figura 4.22. Asamblarea manșetei.

Figura 4.23. Ansamblul motor – suport – manșetă.

Figura 4.24. Ansamblul manșetă – brațul basculant.

Figura 4.25. Delimitatoarele fixate pe brațul basculant.

Figura 4.26. Legarea microîntrerupătoarelor la firele de alimentare.

Figura 4.27. a – Placa de comandă fixată pe suport, b – Placa de comandă și firele de legătură legate la ea.

Figura 4.28. a – Piesele necesare asamblării bazei manipulatorului și a brațului basculant, b – Manipulatorul asamblat.

Figura 4.29. Manipulator – vedere din față și vedere din spate.

Figura 4.30. Manipulator – vedere laterală.

Figura 5.1. Schema constructivă a motorului de curent continuu.

Figura 5.2. Microîntrerupător.

Figura 5.3. Componentele centurii de siguranță.

Figura 5.4. Ramfotsările retractorului.

Figura 5.5. Sus: închizător față. Jos: închizător spate.

Figura 5.6. Placa de comandă folosită în realizarea pactică.

Figura 5.7. Releu electromagnetic.

Schema 5.1. Comanda motorului de curent continuu

Schema 5.2. Schema de funcționare a motorului brațului. Legendă: B – baterie 12V, S1 și S2 – microîntrerupătoare, RA și RC – relee, M – motor de curent continuu.

Schema 5.3. Schema de funcționare a motorului macaralei. Legendă: B – baterie 12V, S3 – microîntrerupător, RB și RD – relee, M – motor de curent continuu.

INTRODUCERE

Dizabilitățile sunt o parte a realității noastre, este ceva cu care toată lumea se confruntă în mod normal cel puțin o dată în viață – fie că venim cu ele în contact indirect prin intermediul cuiva apropiat fie experimentăm aceste situații la nivel personal, pe un termen mai lung sau mai scurt, care de asemenea pot fi de o complexitate mai mult sau mai puțin ridicată. În consecință, nu putem spune despre dizabilități că sunt, în general, ceva foarte neobișnuit sau ieșit din comun. Cu toții suntem predispuși la astfel de încercări. În ciuda acestui fapt, nu există întotdeauna o interacțiune întocmai ușoară cu persoanele care se confruntă cu diferite dizabilități. Reacțiile incomode ale acestora nu apar neapărat din răutate cât din cauza lipsei de experiență dar și pentru că nu există un exemplu pozitiv, sau pur și simplu din ignoranța celor care se ocupă de ei, care de multe ori își pierd răbdarea. Excluderea "funcționează" în ambele sensuri: în primul rând pentru persoana cu handicap din motive evidente, dar, de asemenea, pentru cealaltă persoană, pentru că el/ea se retrage în ignoranță. [1]

Definiția dizabilității este discutabilă din mai multe motive. Abia în secolul trecut a fost folosit termenul de "dizabilitate" pentru a se referi la o clasă distinctă de oameni.

Din punct de vedere istoric, cuvântul "dizabilitate" a fost folosit ca un sinonim pentru "incapacitate". O dizabilitate ar putea fi definită ca o consecință a unei condiții care limitează o persoană în a utiliza una sau mai multe dintre abilitățile ei/lui, cum ar fi mersul pe jos, vorbirea, văzul, auzul, raționamentul sau abilitățile de învățare.

O dizabilitate este o condiție care poate fi transmisă genetic, sau provocată de un accident, de o boală sau o traumă, condiție care poate limita abilitățile unei persoane precum vederea, auzul, vorbirea, mobilitate sau funcția cognitivă. Unele persoane cu dizabilități pot avea una sau mai multe limitări.

Un handicap este o constrângere fizică sau una legată de atitudine, care-i este impusă unei persoane, indiferent dacă acea persoană are sau nu o dizabilitate. Rampele abrupte, scările, lipsa liftului într-o clădire care are mai mult de un nivel, ușile înguste, sunt doar câteva exemple de bariere impuse persoanelor cu dizabilități care folosesc scaunele cu rotile. [1]

Realizarea acestui proiect vine în urma identificării unei nevoi concrete în rândul persoanelor care suferă de anumite dizabilități, în special dizabilități ale aparatului locomotor. Manipulatorul conceput în acesastă lucrare se adresează persoanelor cu dizabilități locomotorii dar care totuși dispun de un autoturism special adaptat nevoilor lor specifice. Așa cum a fost amintit și mai sus, dizabilitățile nu sunt un subiect necunoscut sau neobișnuit pentru noi, ca persoane sănătoase, ceea ce face diferența, este gradul de conștientizare al oamenilor în funcție de interacțiunea pe care au avut-o cu astfel de situații sau persoane.

Ca inginer medical s-a pornit de la ideea de a căuta și identifica nevoile oamenilor din jur și astfel accentul a fost pus preponderent pe aparatura medicala. În situația de față nu se face referire la aparatura care deja există în spitale și care ușurează atât munca personalului medical cât și a pacienților, ci mai mult pe aparatura care poate ajuta și ușura situația pacientului în viața de zi cu zi.

Cunoscând persoane care din cauza anumitor afecțiuni au ajuns să fie dependenți de cărucioare/scaune cu rotile, este ușor de înțeles că acest lucru nu este tocmai plăcut pentru ei deoarece în majoritatea timpului ei au nevoie de o a doua persoană care să le fie mereu alături, care să îi ajute și

să aibă grijă de ei. În acest fel este posibil să se dezvolte o dependență în ambele sensuri ajungându-se în situația în care persoana sănătoasă să dezvolte o dependență de situație.

Decizia realizării acestui manipulator pentru astfel de persoane a fost luată în urma dorinței de a putea oferi un plus de speranță, libertate și într-o oarecare măsură și independență, totodată construind încredere în imaginea de sine și posibilitatea facilitării unui proces de integrare în lumea normală mult mai ușoară. Desigur că există deja astfel de manipulatoare și modele diverse cu design unic și foarte comode. Un punct slab al acestor manipulatoare deja existente pe piață și totodată și un obstacol în achiziționarea lor este costul ridicat. Datorită prețului ridicat nu oricine își poate permite achiziționarea unui model dorit.

Un lucru de luat în calcul este faptul că în momentul de față, în România nu există o linie de producție dedicată acestei nișe de piață care să realizeze astfel de manipulatoare iar în afara țării se cunosc doar trei companii care produc aceste dispozitive iar apoi le distribuie prin diverși furnizori în peste 9 tări. În momentul actual, din cercetările efectuate și cunoștințele acumulate pe parcursul derulării acestui proiect, în România încă nu există un furnizor abilitat în comercializarea și distribuția acestor aparate.

Câteva diferențe majore între manipulatorul realizat în acest proiect și cele deja existente pe piață sunt evidente în ceea ce privește costul achiziționării cât și materialele folosite în realizarea fizică a dispozitivului. Cel prezentat în această lucrare este realizat doar din materiale reciclabile care au fost adaptate în funcție de nevoile întâmpinate pe parcursul derulării lucrărilor de realizare practică. Datorită materialelor reciclabile folosite și a design-ului simplu, costurile de realizare sunt mult reduse. Un alt avantaj pe care acest manipulator îl prezintă, este faptul că este reglabil și astfel se poate adapta la majoritatea modelelor de mașini și totodată este mult mai accesibil persoanelor care nu au un venit ridicat.

1.1. STADIUL ACTUAL

Datorită avansării și dezvoltării spectaculoase a științei și cunoștințelor în toate domeniile de lucru, dar în mod particular referindu-ne la domeniul ingineriei medicale, se pot observa multe îmbunătățiri în tot ceea ce ține de aparaturi, tehnică și tehnologie. Bineînțeles, toate acestea sunt create și dezvoltate cu scopul precis de a putea salva cât mai multe vieți omenești prin prevenirea diferitelor boli, a stagnării stadiului bolii sau chiar vindecarea totală. În același timp această dezvoltare a tehnologiei, îmbunătățește considerabil serviciile medicale și pune la dispoziția doctorilor aparaturi care să îi ajute în profesia și activitatea pe care o desfășoară zi de zi, făcând posibile proceduri foarte complicate la care cu câțiva ani în urmă puține persoane au îndrăznit să viseze sau să spere. Datorită acestor oameni care nu au încetat să își urmărească visul și prin perseverența lor, cadrele medicale din ziua de azi, beneficiază de aparatură mult mai sofisticată și profesionistă. Aceste aparaturi facilitează diagnostice mai precise, tratamente cu rată mai mare de succes și oameni care merg cu încredere să ruleze diverse analize și teste știind că pot preveni cu succes posibile boli latente în corpul lor.

Cu toate că știința și tehnolgia în acest domeniu al ingineriei medicale a avansat așa de mult, sunt și cazuri în care după ce s-a făcut tot ce este posibil rămân urmări și traume ale bolilor, accidentelor sau chiar ale transmiterilor genetice a diverselor afecțiuni.

În cazul specificat mai sus în care s-a făcut tot ce este posibil ca bolnavul să fie vindecat complet, dar au rămas urmări, ceea ce rămâne de făcut este să venim în ajutorul acestor persoane cu tehnologie care să le faciliteze acestora o viață mai ușoară și cât mai aproape de o viață trăită normal. În această lucrare, referindu-ne strict la persoanele cu afecțiuni motorii, care nu au avut sau nu mai au capacitatea să se folosească de picioarele lor, tehnologia este de un mare folos și de dorit a fi utilizată. În momentul de față există în lume câteva modele de manipulatoare pentru cărucioarele cu rotile, care au ca scop să îmbunătățească viața persoanelor cu dizabilități motorii. Aceste manipulatoare după cum vom vedea mai jos, sunt concepute în diverse forme și stiluri pentru a se potrivi cât mai bine nevoilor celor în suferință. Pentru ca un astfel de manipulator să își îndeplinească scopul cu succces, persoana care îl achiziționează trebuie să dispună în primul rând de permis de conducere și tot odată de o mașină special adaptată nevoilor acestuia.

În acest moment, există în lume mai multe modele de astfel de manipulatoare. Fiecare este conceput în mod unic și după anumite tipare. Unele sunt destinate pentru transportarea căruciorului cu rotile în portbagajul mașinii, altele pentru a fi depozitat pe mașină sau altele care sunt introduse în mașină pe locul din spatele șoferului. Aceste mecanisme, la fel ca majoritatea, au și avantaje și dezavantaje, alegerea lor rămânând la latitudinea celui care va urma să îl folosească. Diversitatea acestor dispozitive nu stau doar în design ci și în componentele folosite la crearea lor în funcție de complexitatea și poziționarea pe mașina bolnavului. Astfel acestea pot fi acționate de diverse mecanisme de la braț mecanic sau pneumatic până la motoare electrice.

În cele ce urmează vor fi prezentate câteva modele de manipulatoare care deja există pe piață. Ceea ce este important de specificat, este că acestea nu se găsesc și pe piața din România și de aceea sunt mai greu accesibile și ca proximitate dar și ca preț.

Primul model prezentat este:

ROBOT 201

Fig. 1.1. ROBOT 201 [Sursa: http://nl.sunrisemobility.eu/media/165301/Brosjyre-Robot-201.pdf]

Acest mecanism este printre cele mai complexe, folosind mai multe mișcări destul de complicat de executat deoarece mișcările acestuia trebuie să se potrivească cu stilul mașini la care este montat. Desigur că este un model comod, ușor de folosit și cel mai important, nu aduce modificări structurii exterioare a mașinii.

Acest model dispune de un braț metalic care iese din portbagajul mașinii. La capătul brațului are atașat un suport în formă de C care oferă mai multă stabilitate și siguranță în timpul transportării caruciorului de la locul șoferului în portbagaj și înapoi.

Dispozitivul prezentat mai sus, poate fi modificat și adaptat de la o mașină la alta dar este condiționat de spațiul dedicat montării dispozitivului și apoi spațiul necesar pentru căruciorul cu rotile. Dar așa cum a fost specificat, atâta timp cât spațiul necesar pentru instalare este suficient orice mașină este compatibiă

Al doilea model prezentat este:

SPEEDY LIFT

Fig. 1.2. SPEEDY LIFT [Sursa: http://www.mobilityworks.com/seating-solutions/adapt-speedy-lift.php]

Acest sistem, Speedy Lift, are un design compact, ușor de folosit și ocupă foarte puțin spațiu. În comparație cu modelul Robot 201, acesta este mai puțin complex, nefiind nevoie de foarte multe mișcări executate. Important de amintit la acest model este că are nevoie de o mașină mai mare, de preferat să fie minivan. Chiar dacă mașina este minivan, o condiție de bază este să aibă ușile culisante, altfel acest sistem nu este compatibil. Partea mai puțin avantajoasă a acestui dispozitiv, pe lângă condiția ca mașina să fie minivan cu uși culisante este că locul din spatele șoferului trebuie sacrificat pentru a putea monta sistemul și pentru a crea un spațiu suficient de mare pentru așezarea scaunului cu rotile. În cazuri speciale în care bolnavul are nevoie de un scaun mai lat, va fi necesară sacrificarea unui loc suplimentar din partea din spate.

Cel de-al treilea model este:

SDL Chair Topper

Fig. 1.3. SDL Chair Topper [Sursa: http://www.steeringdevelopments.co.uk/products/getting-my-wheelchair-in-and-out-of-my-vehicle/chair-topper-rooftop-wheelchair-storage]

Sistemul acestui dispozitiv este 100% automatizat. La fel ca primul model, Robot 201, și acesta execută câteva mișcări suplimentare prin introducerea scaunului cu rotile în cutia de protecție special destinată acestuia. Un avantaj al acestui model este că atât ridicarea căruciorului cât și introducerea lui în carcasă nu sacrifică deloc spațiul din interiorul mașinii. Deși pare masiv, presiunea pe care o pune asupra mașinii este rezonabilă. Manipulatorul împreunnă cu toate componentele sale, cântărește aproximativ 55 de kilograme. Materialul folosit la confecționare este fibra de sticlă, astfel reducând considerabil greutatea și presiunea pusă pe mașină, iar carcasa de protecție poate fi montată pe aproape orice mașină. Ca și recomandări generale, greutatea maximă, atât a manipulatorului cât și împreună cu căruciorul nu ar trebui să fie mai mare de 75 de kilograme. În acest caz, căruciorul nu trebuie să depășească greutatea de 15 kilograme. Un al aspect al acestui dispozitiv este că are nevoie de un spațiu de parcare destul de larg pentru a putea desfășura întreaga operațiune și toate mișcările necesare pentru a aduce scaunul cu rotile în spațiul special destinat acestuia.

Capitolul 2.

2. Cărucioare/scaune cu rotile

Pentru persoanele care se confruntă cu dizabilități ale aparatului locomotor scaunul/căruciorul cu rotile este o necesitate și din acest motiv achiziționarea acestuia este foarte importantă, dar mai ales modul în care este ales de către persoana în cauză. Un scaun cu rotile ales în mod corespunzător poate fi reglat corect și astfel va fi mult mai confortabil nu doar pentru a sta așezat în el, ci și pentru a putea fi mai ușor de manevrat și mai eficient în reducerea stresului muscular și osos cauzat de mișcările de propulsie care pentru faza de început sunt total nenaturale. Posibilitatea ca scaunul cu rotile să fie configurat după nevoile pacientului afectează drastic postura pacientului, confortul, stabilitatea, dar și abilitatea de a folosi scaunul cu rotile ușor și eficient. [5]

Un scaun cu rotile configurat corect, oferă pacientului suficient spațiu pentru genunchi astfel acesta se va potrivi sub blatul de masă. Suportul pentru picioare trebuie să fie suficient de bine reglat astfel încât să fie destul de sus față de sol, pentru a putea evita lovirea diferitelor obstacole care ar putea să aducă vreun prejudiciu bolnavului.

Orice schimbare cât de mică la scaunul cu rotile poate și va afecta potrivirea celorlalte componente. Ori de câte ori este modificată configurarea scaunului cu rotile, trebuie verificată partea din față, părțile laterale, dar și stabilitatea din spate, cu un infirmier sau asistent care să vă poată asigura că scaunul cu rotile funcționează normal.

După fiecare modificare nouă, este necesar ca scaunul să fie testat pe rampe, diferite suprafețe, dar și pe pante laterale pentru a vă asigura că nevoile de mobilitate necesare au fost îndeplinite.

Fig.2.1. Poziția optimă de ședere. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.1. Tipuri de scaune cu rotile

Asemenea constructorilor de automobile, inventatorii intreprinzători au dezvoltat diferite stiluri și modele de scaune cu rotile. Fiecare model este conceput pentru un scop precis și permite acestor modele speciale să fie ajustate în funcție de scopul și nevoile persoanei care îl folosește. [5]

2.1.1. Scaunul cu rotile standard

Scaunele cu rotile standard, mai sunt cunoscute și sub numele de "scaune instituționale", de cele mai multe ori cromate, materialul folosit la construcție fiind aluminiul și de obicei utilizate în instituții ca spitale, aeroporturi și case de îngrijire.

Scaunele cu rotile standard sunt anume concepute pentru a fi ușor de utilizat dar și suficient de rezistente pentru a face față solicitărilor unui cadru instituțional. Dintre aceste cadre de scaune standard, cele care dispun de cotiere și suporturi pentru picioare, sunt de obicei cadru și nu pot fi eliminate sau mutate. Aceste scaune sunt frecvent utilizate de mai mult de o singură persoană. Datorită flexibilității scăzute și a posibilităților limitate de ajustare, scaunele cu rotile standard sunt de obicei folosite destul de frecvent dar pe termen scurt. Cele mai multe modificări și ajustări sunt efectuate și rezolvate cel mai adesea prin înlocuirea totală a echipamentului.

Modificările ușoare care pot fi efectuate pe scaunele cu rotile standard includ:

tipul de roată din spate precum și mărimea acesteia;

tipul și dimensiunea rolei;

ajustarea suportului pentru picioare;

înlocuirea tapițeriei. [5]

Fig. 2.2. Scaun cu rotile standard. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

Înclinarea pe spate a scaunului cu rotile.

Scaunele cu rotile tip fotoliu sunt folosite de acei oameni care cu ajutorul gravitației își echilibrează trunchiurile, care din cauza afecțiunilor suferite nu pot menține o poziție verticală, sau care au nevoie să se încline, astfel să poată scuti fesele de o posibilă presiune aplicată prea mare.

Astfel pentru scaunele cu rotile de tip fotoliu, roțile din spate sunt amplasate mult mai în spate și pot avea instalate anti-înclinătoare pentru a putea preveni răsturnarea scaunului pe spate. Datorită faptului că aceste modele de scaune trebuie ajustate în funcție de nevoile specifice ale persoanei aflate în cauză, de multe ori trebuie înclinate mai mult pe partea din spate. Acesta este momentul în care intervin anti-înclinătoarele care sunt atașabile și speciale pentru partea din spate, oferind astfel un plus de stabilitate când căruciorul este înclinat mai tare pe spate. Ca dimensiuni, anti-înclinătoarele sunt mici și utilizează roți care se atașeză la partea din spate a scaunului. [5]

Fig. 2.3. Înclinarea pe spate a scaunului cu rotile. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.1.2. Scaune cu rotile care permit ajustări ale axei verticale

Față de modelele de cărucioare standard și fotoliu care nu pune la dispoziția pacientului prea multe variante de ajustare, sunt unele modele de scaune care oferă pacientului mai multe posibilități de ajustare a pozițiilor verticale pentru axele roților din spate și din față.

Mutarea axului roții din spate mai sus sau mai jos va modifica:

unghiul scaunului;

unghiul roților;

orientarea cadrului;

abilitatea de a ajunge la jantă. [5]

2.1.3. Scaune cu rotile multi-reglabile

Scaunele cu rotile multi-reglabile prin construcția lor au o varietate de opțiuni de reglare și sunt mai ușor de personalizat și de ajustat în funcție de nevoile individului decât scaunele cu rotile standard sau de tip fotoliu descrie mai sus. Acest tip de scaun este disponibil în două variante cadru rigid și pliere.

Opțiunile disponibile pentru scaunele cu rotile reglabile includ:

mai multe poziții posibile verticale și orizontale ale roților din spate;

unghiul scaunului;

poziția și unghiul rolă față;

poziția și lungimea suportului pentru picioare;

înălțimea spătarului;

unghiul spatelui;

poziția și tipul de roți de blocare;

lățimea scaunului;

adâncime pentru un loc;

înălțimea suprafeței scaunului;

roata spate;

înălțime cotieră;

tipul și dimensiunea roților și rolelor. [5]

Parametrii proprii de montaj pentru fiecare ajustare.

Ajustarea sau modificarea unei componente a scaunului cu rotile schimbă de cele mai multe ori și poziția unei alte componente. De aceea este necesară efectuarea unei serii de mai multe ajustări pentru a-l aduce la forma finală dorită.

Scopul ajustării componentelor unui scaun cu rotile este de a conferi bolnavului un nivel cât mai ridicat de confort. Dacă aceste ajutări nu sunt posibile, este cel mai probabil ca cel în cauză să dezvolte alte forme de malformații din cauza unei poziții care îi dăunează și crează un disconfort continu. Și astfel în loc să îl ajute în situația în care se află oferindu-i o poziție confortabilă și stabilă, îi oferă o stare de disconfort.

Fig. 2.4. Scaunul cu rotile multi-reglabil. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.2. Componente pentru scaune cu rotile

Majoritatea scaunelor cu rotile au în dotare următoarele componente de bază standard:

role pentru roțile din spate;

cotiere pentru anvelope;

suport pentru picioare;

sprijin pentru blocările de roți.

Materialele din care sunt fabricate componentele de mai sus, proiectarea dar și ajustarea acestora va afecta într-o anumită măsură performanțele scaunelor cu rotile. De preferat, materialele folosite să fie ușoare oferind posibilitatea bolnavului să se propulseze de unul singur fără să fie nevoie să depună un efort suplimentar foarte mare. [5]

2.2.1. Roțile din spate

Pentru scaunele cu rotile manuale sunt disponibile mai multe tipuri de roți pentru partea din spate. Cele mai multe dintre ele sunt fie spițe fie mag. De obicei roțile Mag sunt făcute dintr-un material plastic tare și au de cele mai multe ori doar cinci sau sașe coaste turnate între janta roții și butucul acesteia. Roțile Mag, teoretic nu au nevoie de întreținere și sunt mult mai durabile decât roțile cu spițe. Într-adevăr un mare minus pe care acestea îl au, este de obicei greutatea lor considerabilă.

Pentru roțile spițate, pot fi folosite două modele de spițe: spițe din tije metalice subțiri sau spițe și astfel se conectează hub-ul la jantă. Majoritatea roților spițate au în jur de 38 de spițe. Dezavantajul pe care roțile cu spițe îl au, este că acestea necesită mai multă atenție și îngrijire decât roțile mag, deoarece spițele fiind subțiri, fie se pot desprinde sau rupe, fie pot chiar să cadă. Ca roata să funcționeze în parametrii normali, este necesar ca toate spițele să fie la locul lor, să nu lipsească și la fel de important, să fie menținute la aceeași tensiune, pentru a evita eventuale deformări ale roții sau cum mai este denumită "ieșire din rotund". Pentru a păstra tensiunea potrivită la spițele roții, se pot folosi aceleași chei care sunt folosite pentru reglarea spițelor la roțile unei biciclete care funcționează pe aceleași principii.

Dimensiunile roților din spate poate afecta, de asemenea și modul în care scaunul cu rotile va funcționa. Cele mai întâlnite roți sunt cele care au ca dimensiune 24 de centimetri în diametru. Poziția jantei de împins este direct afectată de dimensiunea roților care apoi determină capacitatea pacientului de a pune scaunul în mișcare cu ajutorul brațelor. Roțile cu dimensiuni mai mari sunt de obicei, mult mai ușor de manevrat datorită dimensiunii acestora și mai accesibile pentru mai multe persoane. Totodată efortul depus în propulsarea căruciorului este considerabil scăzut astfel individul poate conserva eficient energia mai ales când întâlnește diverse obstacole sau teren accidentat.

Pentru ca transportul și plierea scaunului să fie mai ușoară, roțile din spate pot fi scoase. Pentru ca roțile din spate să poată fi scoase, nu este nevoie de unelte speciale și se poate face doar în câteva secunde. [5]

Fig. 2.5. Roțile spiță / Roțile mag. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.2.2. Anvelope

Pneurile sunt de diferite modele. Fie sunt umplute cu aer, acestea se numesc pneumatice. Fie sunt solide, în limba română vide sau flat-free în limba engleză. Pentru a obține performanțe optime, la pneurile umplute cu aer este nevoie ca aerul să fie la o anumită presiune.

Pneurile, spre deosebire de anvelopele solide, oferă un confort mai ridicat la plimbare dar în același timp sunt și mai ușor de propulsat. Cu toate acestea, un dezavantaj îl reprezintă uzarea mai rapidă a benzii de rulare a pneurilor pneumatice față de banda de rulare a celor solide. Anvelopele cu jante pneumatice pot fi de asemenea umplute cu inserții solide în loc de tuburi.

Anvelopele solide sunt umplute cu un miez din spumă, pentru a evita aplatizarea. Singurele situații în care anvelopele solide trebuie înlocuite sunt cele pentru uzura benzii de rulare. Deoarece anvelopele solide sunt mai rigide decât pneurile, acestea nu au capacitatea de a absorbi șocul, motiv pentru care o plimbare cu astfel de anvelope va fi “în salturi”. Anvelopele solide sunt recomandate pentru utilizarea în spații interioare.

Performanța scaunului cu rotile este influențată într-o mare măsură de benzile de rulare. Spre exemplu, anvelopele Knobbier sunt recomandate pentru un teren accidentat, deoarece acestea oferă o aderență sporită.

Aceeași bandă de rulare noduroasă ideală pentru terenul accidentat, spre deosebire de anvelopele netede, aduce mult mai mult noroi, zapadă și murdărie în interior. Un alt dezavantaj major pentru anvelopele noduroase este acela că necesită un plus de efort pentru a propulsa căruciorul chiar și pe suprafețe plate în comparație cu anvelopele netede.

Pneurile netede, într-adevăr sunt mult mai ușor de manipulat pe suprafețe dure sau plate, dar fac ca derularea pe un teren accidentat să fie dacă nu foarte dificilă, aproape imposibilă.

Pneurile late sunt recomandate pentru un teren accidentat, în timp ce pneurile înguste funcționează optim pe suprafețe dure și plate. [5]

2.2.3. Jantele de împins

Jantele de împins, sunt atașate la roata de lângă jantă. Un spațiu oferit pe șurubul de fixare la jantele de împins asigură suficient de mult spațiu pentru a le prinde cu degetele. Este posibilă utilizarea unui spațiu mai scurt pentru a aduce mai aproape de pushrim roata. Acest lucru îngustează lățimea scaunului rulant general, dar obținerea unei aderențe bune pe pushrim va fi mult mai greu de obținut.

Jantele metalice de împins sunt de multe ori dificil de utilizat, intervenind diferiți factori externi, de exemplu iarna când temperatura este foarte scăzută, acestea devin foarte reci. Sau factori interni cum ar fi materialul de construcție care este foarte alunecos, neavând o aderență potrivită. De asemenea cauciucurile pushrims texturate sau filmate care ar avea posibilitatea să îmbunătățească aderența pacientului și să permită o propulsare mai puternică, devin o adevărată provocare când căruciorul merge în jos, acestea putând să provoace arsuri mâinilor. Acoperirea se poate uza prin răzuiri repetate fie la colțuri fie la uși înguste.

Pushrim cu proiecții pot fi mai ușoare pentru propulsare, cu funcția manuală mai puțin folosită. Proiecțiile Pushrim pot fi ajustate prin înclinare verticală sau orizontală pentru a se potrivi diferitelor stiluri de împingere. [5]

Fig. 2.6. Proiecțiile Pushrim. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.2.4. Blocările de pneuri

Blocările de roți mai sunt numite și frâne. Acestea sunt în general disponibile în versiuni de montare scăzut și înalt și sunt ca obțiuni ce pot fi selectate atunci când comanzi un scaun. Blocările scăzute pentru roți sunt cele care oferă o mai mare libertate și interferează cel mai puțin cu mișcările pacientului.

Blocările ce se pot ridica sunt de dorit, deoarece cu ajutorul acestora se poate evita lovirea degetelor de ele atunci când se aplică împingerea direct pe pneuri. Unii producători au venit cu un nou concept în care blocările de roți se pot monta sub scaun astfel încât acestea să nu stea în calea împingerii.

Diferența dintre blocările de roți și frânele dinamice, este că primele nu pot fi aplicate în timp ce pacientul este în mișcare și vor bloca roțile doar atunci când sunt ajustate în mod corespunzător. Totuși ele nu vor afecta scaunul cu rotile de la alunecare. Va trebui să se reseteze roata ce se blochează după ce se modifică poziția roții din spate sau tipul de pneu, astfel încât acestea vor funcționa în mod eficient. Pentru eficiență maximă se recomandă verificarea manualului proprietarului și se urmăresc instrucțiunile producătorului pentru a se determina cât de mult blocarea roților ar trebui să pătrundă în anvelopă. [5]

2.2.5. Roțile din față

Cele două roți de dimensiuni mici plasate în partea din față a scaunului cu rotile sunt denumite role. Rolele au libertatea să se rotească în toate direcțiile și îmbunătățesc considerabil manevrabilitatea scaunului cu rotile. Rolele se conectează pe rama scaunului cu rotile.

Pe piață sunt disponibile mai multe tipuri de role, fiecare model având o serie de caracteristici de performanță diferite. Roțile de dimensiuni mici dar cu greutate mai mare vor îmbunătăți manevrabilitatea pe suprafețe dure și plate, dar au tendința să rămână blocate în crăpături și fisuri ale suprafețelor tari. Rolele pneumatice de dimensiuni mai mari sunt mai puțin susceptibile de a le manevra și a le gestiona mai bine pe teren accidentat, dar sunt considerabil mai lente pe suprafețe dure.

Rolele solide fac ca o simplă plimbare să fie mai dură în compatație cu rolele pneumatice, deoarece acestea au capacitate mult mai mică de absorbție a șocurilor.

Rolele semi-pneumatice sau pneumatice dau senzația unei plimbări line în comparație cu roțile solide și în aer liber oferă o tracțiune mai bună; cu toate acestea, rolele pneumatice sunt predispuse aplatizării. Roțile aplatizate, sunt un impediment pentru bolnav în propulsia scaunului cu rotile și îi amplifică efortul depus pentru mișcarea scaunului și totodată îl poate împiedica la urcarea rampelor mai abrupte având nevoie de o altă persoană care îl ajute.[5]

Fig. 2.7. Rolă din plastic dur. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

Fig. 2.8. Rolă pneumatică. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.2.6. Cotiere

Cotierele atașate oferă un sprijin și un confort suplimentar. Dacă echilibrul trunchiului este limitat acestea acționează ca ancoră de stabilitate laterală, dacă se ajunge pe lateral. Cu toate acestea, majoritatea utilizatorilor de scaune cu rotile optează să nu folosească cotierele, deoarece preferă să aibă mai multă libertate de mișcare și totodată mai puțină greutate atașată.

Totuși fără cotiere transferurile de locuri și mutarea din scaun într-un alt loc, solicită un mai mare efort depus, mai multă putere și un echilibru mai bun. Dacă totuși pacientul alege și dorește să utilizeze cotierele, trebuie să fie sigur că înălțimea acestora nu interferează cu propulsarea. O poziție corectă, plasează coatele ușor înaintea umerilor atunci când brațele se odihnesc pe marginile scaunului.

De preferat este ca și cotierele să fie reglabile pentru a putea fi ajustate în funcție de nevoile pacientului la un moment dat. Acestea sunt obligatoriu să fie reglate în funcție de înălțimea pacientului. Dacă pacientul este mai scund și cotierele sunt prea sus acestea nu doar că îl vor încurca la propulsie, dar îl poate deranja și provoca răni la nivelul coastelor.

2.3. Dimensiunile șezutului

2.3.1. Lățimea șezutului

De preferat este ca scaunul persoanei în cauză să fie cât mai îngust posibil, dar totuși fără a atinge oasele de la șolduri. În cazul în care asta se întâmplă și scaunul este prea îngust, presiunea aplicată asupra proeminenței osoase de la șolduri ar putea provoca o așa numită rană de presiune. În cazul opus, în care lățimea șezutului este prea mare, este foarte posibil ca pacientul să aibă dificultăți în propulsarea scaunului cu rotile și de asemenea un obstacol des întâlnit este trecere printre uși. O altă situație care poate interveni, este ca acesta să se aplece peste (prea mult în față), atunci când se propulsează, ceea ce ar putea duce la dezvoltarea unei deformări a spinării. Ca și recomandare din partea experților este că pe fiecare parte a coapselor ar trebui să fie un spațiu de aproximativ o jumătate de centimetru. Lățimea șezutului afectează de asemenea și lățimea totală a scaunului. [5]

Fig. 2.9. Scaunul este prea îngust. Fig. 2.10. Scaunul este potrivit. Fig. 2.11.Scaunul este prea larg.

[Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

2.3.2. Adâncimea scaunului

Un alt aspect de luat în seamă este adâncimea corectă a scaunului care este esențială pentru a oferi un sprijin corect și ferm în zona coapselor. În cazul în care scaunul este prea larg, pacientul va experimenta mai multă presiune pe zona de relaxare și din această cauză poate dezvolta răni de presiune. În caz contrar în care scaunul este prea adânc, pacientul va fi incapabil să se miște tot drumul, ceea ce va afecta capacitatea acestuia de propulsie și va fi nevoit să depună un efort mai mare din cauza căruia acesta poate sfârși cu dureri la nivelul spatelui.

Un scaun care este cumpărat sau reglat ulterior prea adânc poate provoca o presiune prea mare pe spatele genunchilor și pe gambe. Acest lucru ar putea afecta circulația sângelui la picioarele pacientului și poate duce la răni de presiune în spatele genunchilor.

Adâncimea corectă a scaunului permite de obicei, un spațiu de un centimetru între marginea frontală a pernei și partea din spate a genunchiului. Dacă este necesar, această distanța poate fi mai mare dacă pacientul folosește în mod regulat mâinile pentru a-și ridica sau mișca piciorul.

Dacă se întâmplă ca tapițeria scaunului să fie prea lungă, trebuie discutat cu un specialist în domeniu pentru scurtarea tapițerie sau a părții solide de sub pernă.

În cazul în care perna scaunului este prea lungă, aceasta trebuie schimbată și achiziționată o pernă mai scurtă sau de asemenea este posibilă și modificarea colțurilor din spate ale pernei astfel încât aceasta să se potrivească și să poată fi folosită mai departe pe scaun. O altă obțiune este achiziționarea unui spătar mai gros, care va împinge astfel pacientul mai în față în scaun și va scurta totodată adâncimea scaunului de ansamblu. Perna trebuie glisată înapoi. Uneori, este posibil ca perna să alunece chiar sub spătar. Pacientul trebuie să se asigure că pernă este corect poziționată sub fesele acestuia. [5]

Fig. 2.12. Scaunul este prea lung. Fig. 2.13. Scaunul este prea scurt.

[Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

În cazul în care scaunul pacientului este prea lung presiunea se poate dezvolta în spatele genunchilor și coapselor. Contribuind astfel la diverse complicații. Dacă scaunul este prea scurt, presiunea va fi mai mare pe zona de relaxare.

2.3.3. Înălțimea suprafeței de ședere

Locul de ședere de asemenea trebuie să fie suficient de înalt astfel încât să fie capabil să susțină lungimea picioarelor pacientului ca picioarele acestuia să fie sprijinite pe suport. Scaunul trebuie să fie în același timp suficient de înalt pentru ca suportul pentru picioare să poată trece peste micile obstacole dar și suficient de jos pentru genunchi, astfel încât să se poată potrivi sub mese.

Unghiul suportului pentru picioare este astfel construit, încât ar putea fi modificat pentru a se potrivi unei persoane mai înaltă. Un alt ajutor în ajustarea potrivită pentru persoanele mai înalte este crearea unui unghi mai mare în partea de jos a scaunului pe partea din spate și astfel va permite un spațiu mai larg pentru suportul de picioare, mai mare și/sau o înălțime mai mică a scaunului.

În cazul în care picioarele pacientului sunt ieșit din comun de lungi, în cazuri excepționale, s-ar putea ca pacientul să facă un compromis între spațiul de relaxare și spațiul picioarelor. Un aspect de luat în considerare și foarte important al scaunului cu rotile, este acela că este mai de dorit să fie confortabil și să se potrivească în mod corespunzător decât să fie în măsură să se rostogolească sub mese, dar să fie un chin constant pentru persoana care deja se află într-o situație neplăcută.

Pentru a mări garda la sol, ridicarea mai sus de la sol, scaunul se poate ajusta în sus la înălțimea dorită. Ca și o alternativă la ridicarea mai sus a scaunului sau concomitent cu aceasta, se poate crește grosimea pernei scaunului adăugând o extra umplutură sau dacă este nevoie, chiar o inserție din lemn masiv sub acoperire. Coborârea de poziție pe spatele axului roții ridică partea din spate a scaunului rulant mai sus de la pământ. Roțile de dimensiuni mai mari din spate precum și rolele din față vor ridica de asemenea pacientul.

Pentru a reduce garda la sol, ajustarea acestuia într-o poziție mai apropiată de sol, se poate proceda în mod opus celor de mai sus și anume reducerea grosimii pernei scaunului sau mutarea scaunul mai jos. Creșterea poziției axului roții pe spate scade partea din spate a scaunului ajungând astfel mai aproape de sol. Roțile din spate de dimensiuni mai mici și rolele din față, de asemenea de dimensiuni mai mici vor aduce pacientul mai aproape de sol. [5]

Fig. 2.14. Poziția optimă a pacientului. [Sursa: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html]

Din imaginea prezentată mai sus putem observa că pacientul are suficient spațiu liber deasupra genunchilor, care este un aspect important în confortul acestuia, pentru a nu se lovi de masă și a nu suferi alte leziuni care nu sunt necesare și care pot fi cu ușurință evitate prin simpla ajustare corectă a scaunului cu rotile. Din această cauză un aspect foarte important este ca scaunul să aibă cât mai multe componente reglabile și ușor de ajustat pentru a putea fi manevrat chiar de pacient fără a fi nevoie de intervenția unei părți terțe. De asemenea, după cum se poate observa este destul spațiu și în partea de jos pentru picioare și suporturile pentru picioare astfel încât să se poată feri de obstacolele care pot interveni. Ajustarea înălțimi corecte a suporturilor pentru picioare este un aspect de luat în considerare, deoarece aceasta va influența manevrabilitatea și libertatea de mișcare a pacientului.

2.4. Dimensiunile scaunului rulant

Așa cum s-a putut observa și în capitolele anterioare, dimensiunile scaunului rulant sunt foarte importante din toate punctele de vedere. Sunt importante dimensiunile pentru persoane care sunt mai înalte dar și pentru cele scunde. Scaunul trebuie să se potrivească în aceste cazuri deoarece pot deveni incomode și pentru utilizarea îndelungată poate provoca chiar leziuni. De asemenea dimensiunile pot afecta chiar și deplasarea bolnavului. Dacă este prea masiv, vor fi dificultăți la propulsare, iar dacă este prea lat vor fi inconveniențe la trecerea ușilor.

Fig. 2.15. Dimensiuni ale fotoliului rulant – persoane adulte (a se vedea SR EN 12183, SR EN 12184). [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Așa cum se poate observa, dimensiunile laterale pot influența și diametrul roților, care bineînțeles influențează și dimensiunea pushrim-ului.

Fig. 2.16. Dimensiuni anatropice minime pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte. [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Dimensiunile prezentate în figura 2.16, sunt câteva dimensiuni minine de luat în calcul la achiziționarea unui fotoliu rulant. De asemenea trebuie luată în calcul și reglarea corespunzătoarea a acestuia în funcție de utilizator pentru a eficientiza unghiul vizual de percepție.

Fig. 2.17. Dimensiuni antropodinamice pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte. Vedere frontală. [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Spațiile publice reprezintă de cele mai multe ori adevărate provocări și aventuri pentru cei care se confruntă cu dizabilități motorii. Multe dintre clădiri nu au rampe special amenajate pentru aceștia, sau cel puțin nu aveau până în urmă cu ceva timp când atât instituțiile de stat cât și spațiile publice au fost obligați prin lege să amenajeze aceste rampe speciale. În imaginea de mai sus putem observa că nu doar alegerea unui model de cărucior sau altul influențează adaptarea persoanelor cu handicap ci și facilitățile pe care instituțiile le pun la dispoziția acestora. Astfel că balustradele plasate în mod eronat pot crea probleme și pot pune dificultăți în integrarea acestora în societate.

Fig. 2.18. Dimensiuni antropodinamice (în cm) pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte. Vedere laterală. [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

În imaginea 2.18 sunt câteva dimensiuni generale, exprimate în centimetri cu privire la diferite poziții ale corpului celui care este așezat în fotoliul rulant. Garda este destul de ridicată față de sol, undeva la 20 de centimetri, astfel evitând diferite obstacole care ar putea să apară la nivelul solului și să fie un impediment pentru propulsarea fotoliului rulant.

Când corpul este așezat în poziție dreaptă, când mâna acestuia este întinsă drept în față la un unghi de 90° are o înălțime între 100 și 120 de centimetri. Când mâna este întinsă drept în sus, se ajunge undeva la 180 de centimetri. Bineîmțeles, acestea sunt doar câteva dimensiuni generale și care diferă de la bărbați la femei și până la copii.

Fig. 2.19. Dimensiuni antropodinamice diferențiate pe sexe pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte – la bărbați. [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Așa cum se poate vedea în figurile 2.19 și 2.20, există diferențe de reglaje de la bărbați la femei. Aceste diferențe sunt date de masa corporală a fiecărui individ în parte dar și de înălțimea fiecărei persoane.

Fig. 2.20. Dimensiuni antropodinamice diferențiate pe sexe pentru utilizatori ai fotoliului rulant – persoane adulte – la femei. [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Dimensiunile ajustate pentru femei sunt mai mici. Astfel că pentru femei de exemplu la întinderea maximă a mâinii în sus, înălțimea este între 146 de centimetri și 157 centimetri, în timp ce la bărbați se apropie de 170 – 180 de centimetri. La fel și aici, în cazul femeilor pot fi excepții și care să ajungă aproape de dimensiunile prezentate la partea bărbaților, dar este valabil și vice-versa.

Fig. 2.21. Raze de manevre pentru fotoliul rulant (90°, 180° și 360°). [Sursa: NP-051-normativ-privind-acesibilizarea-spatiului-urban.pdf]

Fotoliul rulant, are trei raze de manevre de unghiuri diferite, cel mai mare fiind cel de 360° iar cel mai mic de 90°.

Capitolul 3.

3. Proiectarea dispozitivului de manipulat

Proiectarea manipulatorului s-a realizat în programul SolidWorks datorită facilităților pe care le oferă și a experienței anterioare.

SolidWorks este un pachet de programe de modelare geometrică tridimensională (3D) conceput de compania SolidWorks Corporation din Statele Unite.

Este destinat automatizării proiectării mecanice putând fi utilizat pe o platformă Windows.

Conceptul este bazat pe o arhitectură extrem de simplă, fiabilă și totodată ușor de folosit. SolidWorks încorporează toate facilitățile majore ale unui pachet compact de programe conceput special pentru proiectarea asistată de calculator.

Principalele caracteristici ale softului sunt:

– abilitatea de a identifica, modifica și comunica intenția de proiectare de-a lungul întregului proces de construcție.

– facilitățile de modelare a ansamblurilor permit stabilirea de suprafețe de referință pentru montaj, introducerea constrângerilor geometrice ca bază de poziționare a componentelor, reprezentarea desfășurată a ansamblului, detectarea zonelor de interferență între componente și modificarea pieselor în context.

– generarea rapidă, direct din modelul tridimensional, a documentației 2D formată din vederi, secțiuni, detalii cote, toleranțe, elemente de text, tabel de componență și liste de materiale.

– în domeniul modelării suprafețelor, poate genera forme complexe. [6]

SolidWorks utilizează una dintre cele mai utilizate tehnici de modelare a corpurilor 3D și anume: metoda generării corpurilor solide prin caracteristici.

Blocul grafic de construcție de bază se generează pornind de la un contur desenat în 2D. Un bloc grafic de construcție este o formă de bază careia i se aplică caracteristicile constructiv-tehnologice. [6]

Blocurile sunt de două tipuri:

1. Cu geometrie implicită

– teșituri

– racordări,

– rotunjiri

2. Cu geometrie explicită

– elementul de bază fiind forma secțiunii.

Blocurile grafice de construcție cu geometrie explicită definesc forma de bază a piesei, care întotdeauna se obține prin adaugare de material. Un astfel de bloc se crează prin rotirea sau extrudarea în jurul unei axe a unei secțiuni. Se pot de asemenea crea secțiuni orientate care se utilizează pentru generarea suprafețelor sau a corpurilor solide. După realizarea formei de bază a piesei se crează celelalte blocuri grafice de construcție, care pot fi de tipul adăugare sau înlăturare de material. Conform unei structuri arborescente, acestea se leagă de forma de bază apoi adăugându-se celelalte elemente de construcție care sunt necesare finalizării modelului.

Operațiile principale care se execută pentru realizarea elementului de bază sunt extrudarea – pentru corpuri prismatice – și rotația unui contur în jurul unei axe – pentru corpuri de revoluție.

SolidWorks păstrează istoria etapelor de creare a pieselor din elemente, precum și relațiile și regulile cărora li se supun acestea. Datorită acestui fapt, geometria piesei poate fi ușor modificată doar prin schimbarea valorii dimensiunilor, caracteristicilor, primitivelor sau a unor secțiuni care au fost utilizate în crearea piesei. Aceste modificări se realizează pe baza geometriei variaționale, prin rezolvarea ecuațiilor după ce s-au efectuat modificări asupra dimensiunilor sau constrângerilor.

Modelarea bazată pe caracteristici ușurează modificarea și crearea modelului piesei. Tipul acesta de modelare apropie procesul de modelare geometrică de procesul tehnologic. În acest fel, modelarea fiind parametrizată, proiectantul își poate defini, nu doar caracteristicile existente, ci și altele noi care se stochează în baza de date comună. [6]

3.1. modelul CAD

Pentru realizarea proiectării pieselor a fost nevoie pentru început de schițe bine definite care să furnizeze detaliile necesare: dimensiuni (lungime, lățime, grosime, diametru) sau teșitură acolo unde este cazul. După realizarea schițelor s-a putut începe proiectarea lor cu ajutorul comenzilor din program.

3.1.1. Proiectarea și asamblarea suportului reglabil pentru fixare rapidă

Piesele necesare suportului reglabil sunt următoarele:

Patru suporturi de prindere pe mașină.

Aceste suporturi de prindere sunt prevăzute cu burete în partea inferioară, ca atunci când vor fi puse pe mașină să nu producă zgârieturi și în același timp să împiedice alunecarea suportului pe barele longitudinale ale mașinii. Dacă se dorește, buretele poate fi schimbat cu o lamelă de cauciuciuc care oferă o aderență suplimentară și o fixare mai bună.

Aceste suporturi au fost preluate de la un suport de schiuri pentru mașină și adaptat la modelul de manipulator prezentat în această lucrare. Acesta fiind avantajul utilizării diferitelor componente de la depozitele de deșeuri de fier vechi.

Fig. 3.1 Suport de prindere pe mașină.

Patru bare fixe care urmează să fie atașate suportului de prindere (două bare pentru fiecare latură în parte).

Barele fixe au o lungime de 470 mm și o lățime de 30 mm. Acestea sunt prevăzute cu două găuri de 8 mm în capătul stâng (pentru două dintre bare destinate pentru suporții din partea stângă) și respectiv drept (pentru celălalte două bare destinate pentru suporții din partea dreaptă). Grosimea ei este de 2 mm pentru a putea fi introdusă ușor bara mobilă de legătură prezentată în imaginea următoare.

Fig. 3.2 Bară fixă atașabilă suportului de prindere.

Două bare mobile de legătură (o bară pentru fiecare latură în parte).

Bara mobilă de legătură este asemănătoare celei fixe. Are o lungime de 215 mm, lățime de 25 mm și grosime de 2 mm. Fixarea ei se face cu ajutorul unui șurub de 5 mm având la capăt un blocator interior care împiedică rotirea șurubului.

Fig. 3.3 Bară mobilă de legătură.

Asamblarea suportului reglabil se face astfel:

Pentru început, suportului de prindere i se va atașa bara de fixare. Aceasta din urmă, va fi prinsă prin două nituri aflate în partea superioară a suportului care acoperă distanța dintr-o parte în cealaltă. Cele două nituri au ca scop fixarea barei împiedicând mișcările verticale (în sus și în jos) ale acesteia.

Fig. 3.4 Bară mobilă de legătură.

În același mod se va realiza și atașarea barei fixe la fiecare dintre suporturile de prindere pe mașină. Astfel se formează câte două părți egale și simetrice între ele. În figura 3.5. este ilustrată numai o parte din suportul de fixare a manipulatorului.

Fig. 3.5 Părțile laterale ale suportului.

Acestor două componente i se vor atașa bara mobilă de legătură. Bara este realizată în așa fel încât să se poată regla la dimensiunile dorite. În funcție de lățimea mașinii condusă de pacient. În cazul în care suportul va fi pus pe o altă mașină decât cea utilizată în mod normal, mai mare sau mai mică să poată fi reglat cu ajutorul celor două șuruburi.

Fig. 3.6 Latură a suportului reglabil.

În figura 3.6. este ilustrată doar o latură a suportului reglabil. În același mod se procedează și pentru cea dea doua parte laterală a suportului, formând astfel două componente egale între ele după cum se poate observa și în imaginea de mai jos.

Fig. 3.7 Suportul reglabil.

3.1.2. Proiectarea și asamblarea bazei manipulatorului

Piesele necesare realizării bazei manipulatorului sunt următoarele:

Cadrul bazei manipulatorului.

Cadrul are o lungime de 1270 mm, lățime de 275 mm și o înălțime de 40 mm. Practic, are forma unei țevi în formă de dreptunghi cu o latură lipsă și singura lățime rămasă și necesară manipulatorului are formă circulară.

Este prevăzut și cu câteva găuri plasate strategic, cu destinație precisă, după cum urmează:

Patru găuri sunt destinate pentru fixarea suportului de prindere pe mașină;

Două găuri sunt situate pe partea laterală a manipulatorului care servesc la fixarea brațului basculant.

Alte două găuri, asigură traversarea cablurilor necesare pentru microîntrerupătorul plasat pe baza manipulatorului care declanșează întreruperea curentului în momentul în care brațul basculant a ajuns la maximul dorit. Traversarea cablurilor prin baza manipulatorului ajută în același timp și la ascunderea acestora atât pentru aspectul comercial cât și pentru a fi ferite de intemperii și a nu deranja buna funcționare a dispozitivului.

Fig. 3.8. Cadrul bazei manipulatorului.

Două bare de fixare pentru cutia de comandă.

Materialul folosit pentru fixarea cutiei de comandă este denumit platband. Acestea are o lungime de 275 mm, lățime de 30 mm și grosime de 2 mm. S-au folosit două bare pentru a asigura o fixare solidă a cutiei de comandă

Fig. 3.9. Bara de fixare pentru cutia de comandă.

Cutia de comandă.

Această cutie are scopul de a proteja placa de comandă și firele de legătură de posibile accidente neprevăzute. Cele mai dăunătoare ar fi ploile și zăpezile care ar afecta circuitele plăcii de comandă.

Asamblarea bazei manipulatorului se face astfel:

Barele de fixare pentru cutia de comandă vin reglate pe cadrul bazei manipulatorului. Acestea sunt fixate cu ajutorul unor pocnit-uri pe parte inferioară a bazei, astfel încât să fie suficient loc pentru atașarea cutiei de comandă. Ele sunt reglate la o distanță de 50 mm între ele. Distanța este aleasă în funcție de mărimea cutiei de comandă.

Fig. 3.10. Cadrul manipulatorului împreună cu barele de fixare.

Cum este menționat și în paragraful anterior, cutia de comandă este fixată pe barele destinate pentru acest lucru. Fixarea ei se face în patru puncte (în colțurile cutiei) cu ajutorul a patru șuruburi având o grosime de 3 mm.

Fig. 3.11. Baza manipulatorului.

3.1.3. Proiectarea și asamblarea brațului basculant

Componentele necesare realizării brațului basculant sunt următoarele:

Două bare laterale ale brațului basculant.

Aceste bare sunt de asemenea de tip țeavă cu formă de dreptunghi. La fel ca și baza manipulatorului, barele brațului basculant provin de la un suport pentru un aparat dintr-o sală de forță, găsit la depozitul de fier vechi și adaptat la nevoile întâmpinate la crearea acestui dispozitiv.

Fig. 3.12. Bara laterală a brațului basculant.

Țeavă de legătură între cele două bare laterale.

Fig. 3.13. Element de legătură – (țeavă) de legătură.

Două delimitatoare fixe care vor fi plasate fiecare în partea superioară a fiecărui braț basculant lateral. Aceste delimitatoare fixe sunt pentru partea superioară a căruciorului care o dată ajuns sus, este fixat de aceste delimitatoare ne lăsând căruciorul să urce mai sus decât este nevoie și în același timp oprește mișcarea necontrolată a căruciorului.

Fig. 3.14. Delimitator fix.

Două delimitatoare reglabile.

Fiecare delimitator reglabil este destinat pentru unul dintre cele două părți laterale ale brațului basculant. Ele vor fi plasate în partea centrală a brațelor laterale pentru a împiedica mișcarea căruciorului în față și în spate în timpul deplasării autoturismului.

Se numesc reglabile deoarece sunt prevazute cu o gaură prelungită care permite ajustarea delimitatorului la dimensiunea dorită în funcție de mărimea scaunului cu rotile.

Fig. 3.15. Delimitator reglabil.

Delimitator pentru brațul basculant.

Scopul lui este de a împiedica coborârea brațului basculant mai mult decât este necesar. În acest mod se pot evita eventualele avarieri ale mașini și în același timp a căruciorului.

Lungimea delimitatorului este de 275 mm, exact cât lățimea bazei manipulatorului. Acest lucru prezintă un avantaj deoarece nu este mai mare decât mecanismul, implicit nu împiedică buna funcționare a acestuia și totodată este o limită pentru brațul basculant.

Este prevăzut cu două găuri care permite fixarea lui pe cele două laturi ale brațului basculant. Pentru eficiență maximă, delimitatorul, este plasat la capătul brațului sub cutia motorului macaralei.

Fig. 3.16. Delimitator braț basculant.

Cutia motorului macaralei.

Această cutie, la fel ca cea pentru placa de comandă, are rolul de a proteja motorul care acționează manșeta de intemperiile vremii.

Asamblarea brațului basculant se face astfel:

Barelor laterale le este atașată țeava de legătură.

Fig. 3.17. Țeava de legătură atașată barelor laterale.

Ansamblului anterior se atașează delimitaoarele fixe și reglabile în locurile predestinate.

Ulterior se atașează și delimitatorul brațului pentru a împiedica depășirea bazei și pentru a preveni astfel lovirea mașinii utilizate.

Fig. 3.18. Brațul basculant și delimitatoarele atașate acestuia.

Cutia macaralei și a motorului care o comandă, vine plasată în partea superioară a brațului. Aceasta are ca scop protejarea motorului și a circuitelor electrice ale acestuia pentru a preveni defectarea părții electrice și nu numai.

Fig. 3.19. Braț basculant cu cutia macaralei.

3.2. Asamblarea manipulatorului

Pentru asamblarea manipulatorului sunt necesare câteva ansambluri de piese și piese de legătură.

Sunt trei ansambluri de piese dintre cele prezentate anterior, și anume:

Suportul reglabil ca în figura 3.7

Baza manipulatorului

Brațul basculant

Piese de legătură:

Două bare de fixare

Fig. 3.20. Bară de fixare.

Garnitură principală

Fig. 3.21. Garnitură.

Șurub

Fig. 3.22. Șurub.

Cutie motor

Fig. 3.23. Cutie motor.

Asamplarea manipulatorului se face astfel:

Pentru început vom fixa cu ajutorul celor două bare de fixare suportul reglabil de baza manipulatorului cu ajutorul unor șuruburi de 8mm.

Fig. 3.24. Suport reglabil + baza manipulatorului.

Vom atașa ansamblului anterior brațul basculant și îl vom fixa prin garnitură și șurub.

Fig. 3.25. Suport reglabil + baza manipulatorului + braț basculant vedere lateral și de sus.

Atașăm cutia motorului.

Fig. 3.26. Manipulatorul.

Fig. 3.27. Manipulator – vedere de sus.

Fig. 3.28. Manipulator – vedere din față și vedere din spate.

Fig. 3.29. Manipulator – vedere laterală.

Capitolul 4.

4. Realizarea practică

4.1. materialele necesare

Pentru început s-au ales materialele necesare realizării manipulatorului. S-a pornit de la ideea de a construi un dispozitiv simplu din punct de vedere al complexității și care din punct de vedere al costurilor să fie cât mai mic. Totodată s-au folosite materiale găsite la depozitele de fier vechi din zonă. Sculele și instrumentele de lucru au fost cele normale, găsite într-o gospodărie – flex, chei de diferite mărimi, aparat de sudură, mașină de găurit, instrumente de măsurare etc.

Materialele găsite în depozitele de fier vechi sunt următoarele:

două motoare de curent continuu cu reductor (unul dintre ele dispunând și de suport)

Fig. 4.1. Motor de curent continuu cu reductor.

Fig. 4.2. Motor de curent continuu cu reductor cu suport.

o centură de siguranță simplificată

Fig. 4.3. Centură de siguranță.

un cadru de aparat de forță

Fig. 4.4. Cadru de la aparat de forță – vedere laterală și vedere din față.

o placă de comandă formată din patru relee și comandată de telecomandă – aceasta a fost achiziționată nouă pentru a putea asigura circuite sigure și de bună calitate.

Fig. 4.5. Placă de comandă.

două microîntrerupătoare

Fig. 4.6. Microîntrerupător cu rolă scurtă.

Fig. 4.7. Microîntrerupător cu rolă lungă.

două limitatoare fixe și două limitatoare reglabile

bare de fixare de diferite mărimi

șuruburi de diferite mărimi

poc nituri

4.2. etapele de lucru

Cadrul de la aparatul de forță.

Cadrul aparatului de forță a fost împărțit în două componente, și anume: baza manipulatorului și brațul basculant al manipulatorului. Fiecare în parte a fost modificat la dimensiunile dorite astfel încât să fie cât mai accesibil și simplu pentru ce urma să devină.

Fig. 4.8. Cadrul de aparat de forță.

Ajustarea bazei manipulatorului la dimensiunile corespunzătoare.

A fost îndepărtat excesul de material care aparținea bazei manipulatorului și s-au atașat două bare de fixare unde urma să fie pusă cutia de comandă. S-a ales poziționarea cutiei de comandă astfel încât să nu fie atinsă sau să nu încurce buna funcționare a manipulatorului.

Ajustarea brațului basculant

Brațul basculant este unul dintre cele mai încărcate părți ale mecanismului, având asupra sa atașate diverse componente strict necesare. Pentru început a fost necesară ajustarea unghiului brațului basculant la un unghi dorit pentru a da manipulatorului înclinația dorită. Apoi au fost date găurile necesare pentru fixarea delimitatoarelor.

A fost absolut necesară sudarea unei roți dințate pe partea laterală din stânga a brațului mobil și anume pe partea exterioară a acestuia, deoarece motorul care urma să acționeze brațul basculant nu putea funcționa altfel.

Fig. 4.9. Capătul brațului basculant la care a fost sudată o roată dințată împreună cu o șaibă de 1,5 cm.

Adaptarea suportului motorului de curent continuu la dimensiunile necesare.

S-a modificat suportul motorului. Și anume, s-a fixat suportul în menghină ca să nu se miște și s-a îndepărtat cu ajutorul flex-ului materialul nedorit. Astfel, a fost adaptat la dimensiunile dorite, eliminând șocurile. Cu ajutorul unei mașini de găurit s-au dat găurile necesare pentru fixarea suportului și a motorului pe brațul bazei mecanismului. După ajustarea suportului și șlefuirea canturilor s-a aplicat un strat de vopsea.

Fig. 4.10. Ajustarea suportului de motor continuu.

Fig. 4.11. Suportul motorului adaptat la baza manipulatorului.

Simplificarea centurii de siguranță și adaptarea ei la cel de-al doilea motor de curent continuu.

S-a desfăcut centura de siguranță și s-a eliminat blocatorul și retractorul. Ulterior s-au efectuat găurile necesare pentru a o putea adapta la un motor continnu care totodată, va acționa manșeta. După realizarea găurilor și a ultimelor retușuri s-a aplicat un strat de vopsea cadrului de plastic al manșetei.

Fig. 4.12. Ansamblul motor – manșetă.

Deoarece nu se putea atașa ansamplul manipulatorului s-a realizat un suport din tablă mai dură. S-a tăiat tabla la dimensiunile dorite și cu ajutorul mașinii de găurit s-au dat găurile necesare prinderii acesteia atât de manipulator cât și de carcasa manșetei. Pentru a adapta motorul de curent continuu a fost nevoie să se efectueze două găuri în pinionul motorului pentru a putea rula împreună cu manșeta.

Fig. 4.13. Realizarea suportului pentru motor și manșetă.

După efectuarea suportului s-a realizat ansamblul motor-suport-manșetă cum se poate observa și în imaginea de mai jos.

Fig. 4.12. Ansamblul motor-suport-manșetă.

Realizarea delimitatoarelor pentru cărucior.

Delimitatoarele pentru cărucior au fost realizate din platband. Ele au rolul de a oprii căruciorul din a se balansa în față și în spate atunci când căruciorul este suspendat și automobilul se află în mișcare. Două dintre delimitatoare sunt reglabile. Ele dispun de un canal de reglare suficient de lung, astfel încât să se poată adapta la diferite mărimi de cărucioare. Celălalte două sunt fixe, împiedicând căruciorul să alunece înspre motorul manșetei atunci când este ridicat pe mașină.

Fig. 4.13. Delimitatoarele pentru cărucior.

Testarea plăcii de comandă și programarea ei de a realiza comenzile dorite.

După ce majoritatea componentelor au fost realizate la dimensiunile dorite și manipulatorul a fost asamblat provizoriu s-au legat firele la placa de comandă și s-a programat placa pentru a realiza comenzile dorite.

Fig. 4.16. Comanda plăcii cu patru relee.

Fig. 4.17. Alimentarea plăcii de la bateria mașinii.

Testarea manipulatorului sus pe mașina pentru a vedea dacă legăturile sunt făcute corespunzător.

După comandarea plăcii, s-a testat manipulatorul pus pe mașină. S-a alimentat mecanismul la bateria mașinii și s-a verificat dacă mișcările realizate de manipulator sunt conform cerințelor.

Fig. 4.18. Testarea manipulatorului.

Sudarea motorului pe baza manipulatorului.

Sudarea suportului motorului a fost absolut necesară deoarece nu putea fi fixat cu șuruburi din cauza lipsei de spațiu.

Fig. 4.19. Sudarea motorului pe baza manipulatorului.

Introducerea firelor de alimentare prin baza manipulator.

După vopsirea componentelor și asamblarea lor de probă, a fost efectuată cablarea manipulatorului. Cadrul aparatului de forță fiind format din bare dreptunghiulare tip țeavă, astfel putând fi introduse firele ușor.

Fig. 4.20. Introducerea firelor de alimentare prin mecanism.

Fixarea microîntrerupătoarelor.

Fixarea microîntrerupătoarelor s-a realizat foarte ușor prin două șuruburi. În total sunt trei microîntrerupătoare. Primul este fixat pe baza manipulatorului paralel cu motorul brațului basculant, ca atunci când brațul basculant ajunge la maxim-ul dorit în exterior, să poată fi oprit automat. Al doilea microîntrerupător este pentru macara, astfel încât, macaraua să nu fie forțată, ci atunci când ajunge la microîntrerupător motorul este la fel, oprit în mod automat. Cel de-al treilea microîntrerupător este fixat tot pe baza manipulatorului în drept cu capătul brațului basculant. Atunci când brațul este adus din nou în poziția inițială, declanșează microîntrerupătorul care oprește motorul.

Fig. 4.21. Fixarea microîntrerupătoarelor.

4.3 Montajul dispozitivului

Asamblarea completă a dispozitivului a avut o durată realtiv scurtă deoarece toate piesele erau pregătite și vopsite anterior. Unele componente au fost fixate pe masa de lucru, ca de exemplu, delimitatoarele mici, microîntrerupătoarele, barele de fixare pentru cutia de comandă, sudarea anumitor piese și delimitatorul brațului basculant.

Pentru început s-a ales să se asambleze centura de siguranță, acum numită manșetă.

Fig. 4.22. Asamblarea manșetei.

Apoi s-a realizat ansamblul de piese: motorul de curent continuu al manșetei plus suportul de prindere la care se adaugă și manșeta.

Fig. 4.23. Ansamblul motor – suport – manșetă.

S-a fixat ansamblul motorului pentru manșetă, din imaginea de mai sus pe brațul basculant cu ajutorul a două șuruburi de 8 mm.

Fig. 4.24. Ansamblul manșetă – brațul basculant.

S-au fixat delimitatoarelor reglabile la dimensiunile optime pentru căruciorul cu rotile.

Fig. 4.25. Delimitatoarele fixate pe brațul basculant.

S-au legat firele de alimentare la microîntrerupătoarele deja fixate pe manipulator.

Fig. 4.26. Legarea microîntrerupătoarelor la firele de alimentare.

Apoi s-a prins cutia de comandă pe barele de fixare deja prinse pe baza manipulatorului. S-au realizat legăturile doar de probă pentru a vedea dacă sunt bune.

Fig. 4.27. a – Placa de comandă fixată pe suport, b – Placa de comandă și firele de legătură legate la ea.

Ulterior s-au refăcut legăturile firelor de alimentare la placa de comandă și s-au aranjat în așa fel încât să nu se suprapună.

La final s-a asamblat baza manipulatorului cu brațul basculant.

Fig. 4.28. a – Piesele necesare asamblării bazei manipulatorului și a brațului basculant, b – Manipulatorul asamblat.

Fig. 4.29. Manipulator – vedere din față și vedere din spate.

Fig. 4.30. Manipulator – vedere laterală.

Capitolul 5.

5. Sistemul de aCționare al manipulatorului

ELEMENTELE MECATRONICE COMPONENTE ALE MECANISMULUI

Motor de curent continuu (2 bucăți)

Microîntrerupător (3 bucăți)

Centură de siguranță (1 bucată)

Placuță de comandă

5.1. DESCRIEREA ELEMENTELOR MECATRONICE COMPONENTE ALE MECANISMULUI

5.1.1. Motor de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. 
Dacă un rotor se învârte între doi poli magnetici staționari, curentul din rotor circulă într-o direcție pe parcursul unei jumătăți de rotație și în cealaltă pe parcursul celeilalte jumătăți. Pentru a produce o trecere constantă, într-o singură direcție a curentului dintr-un astfel de dispozitiv, este necesară furnizarea unui mijloc prin care curentul rezultat să aibă același sens pe parcursul întregii rotații.

Schema constructivă a motorului de curent continuu

În general, sunt similare în construcție cu generatoarele de curent continuu. Ele pot, de fapt să fie descrise ca generatoare care "funcționează invers". Când curentul trece prin rotorul unui motor, este generat un câmp magnetic care generează o forță electromagnetică, și ca rezultat rotorul se rotește. [7]

Fig. 5.1. Schema constructivă a motorului de curent continuu. [Sursa: http://cursuri.flexform.ro/ courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa2/Rus_Ana_Maria/site/schema.html]

Comanda motorului de curent continuu

Dacă dorim să pornim un motor de curent continuu într-un singur sens, atunci putem realiza acest lucru utilizând un tranzistor compus de tip Darlington NPN, care poate suporta curenți mari de ordinul amperilor.

Comanda tranzistorului poate fi dată de către un circuit de comandă, cum ar fi un PC, sau cel mai adesea un microcontroler. Tranzistorul, dacă primește un semnal de 5V pe baza de la microcontroler, atunci va conduce și motorul va fi alimentat, rotindu-se într-un singur sens.

Dacă la intrarea acestui circuit amplificator, numit și "driver", pe baza tranzistorului Darlington, va fi prezent un semnal de 0V, atunci motorul se va opri.

Dacă dispunem de un circuit de comandă, de obicei realizat cu un microcontroler, alături de care este prezent și circuitul de amplificare cu un tranzistor, putem să comandăm motorul doar într-un singur sens. [7]

Schema 5.1. Comanda motorului de curent continuu. [Sursa: http://cursuri.flexform.ro/ courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa2/Rus_Ana_Maria/site/schema.html]

5.1.2. Microîntrerupător

Microîntrerupătoarele au două poziții stabile: normal închis și normal deschis.

În realizarea practică microîntrerupătoarele au fost legate pe poziția normal închis folosindu-le ca și limitatoare. Astfel, când butonul este apăsat el deschide contactul, iar circuitul se deschide.

Fig. 5.2. Microîntrerupător. [Sursa: http://www.adelaida.ro/microintrerupatoare/]

5.1.3. Centura de siguranță

Centura de siguranță este parte componentă a unui sistem de reținere. În cazul nostru centura de siguranță are rolul de a prelua căruciorul și de a îl ridica până la brațul metalic, comanda fiind preluată de braț.

Centura are două părți componente: un retractor cu chingă și un închizător.[8]

Fig. 5.3. Componentele centurii de siguranță. [Sursa: http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/ANALIZA-TEHNICOECONOMICAtilde-24232.php]

Descrierea retractoarelor și a închizătoarelor

Retractorul are specific 2 ramforsări :

Fig. 5.4. Ramforsările retractorului. [Sursa: http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/ANALIZA-TEHNICOECONOMICAtilde-24232.php]

Capacitate : 2000 mm/1,20mm

Greutate: 400g

Îndeplinește: ECE R16 și FVMSS 209 (standarde europene și americane de securitate pentru industria auto)

Opțiuni: ALR/ELR- sistem de blocare automat și de urgență

Blocatorul și retractorul au fost anulate și s-a atașat centurii un motor de curent continuu.

Descrierea închizătoarelor

Închizătoarele sunt elemente de închidere a centurilor. Ele sunt astfel proiectate încât să înlăture posibilitatea utilizării incorecte sau închiderea incompletă a centurii.

Acestea se proiectează și se produc în două feluri : închizător față și închizător spate.[8]

Fig. 5.5. Sus: închizător față. Jos: închizător spate. [Sursa: http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/ANALIZA-TEHNICOECONOMICAtilde-24232.php]

În realizarea practică a fost folosită o centură de siguranță cu închizător lateral spate.

5.1.3. Placa de comandă

Placa de comandă este compusă din partea de recepție a impulsului dat de telecomandă transmițând înspre patru relee care vor acționa cele două motoare. Receptorul este alimentat de acumulatorul mașinii.

Fig. 5.6. Placa de comandă folosită în realizarea pactică.

5.1.4. Releele electromagnetice

Releele electromagnetice sunt constituite din electromagneti la care atunci când curentul prin bobină depășește o anumită valoare este atrasă armătura mobilă aceasta actionând asupra unor contacte electrice, deci funcționarea releelor electromagnetice se axează pe forța de atracție a elecromagnetului.

Caracteristicile releului (SONGLE SRD-12VDC-SL-C)

Sarcină nominală : 10A 250VAC/28Vdc , 10A 125VAC/28Vdc , 10A 125VAC/28Vdc

Rezistență de contact : < = 100m (ohmi)

Durată de viață electrică : 100,000

Durată de viață mecanică : 10000000

Bobină cu tensiune nominală : 3-48VDC

Putere bobină : 0.36W, 0.45W

Bobină pick- up de tensiune : < = 75 %

Bobină cu tensiune drop- out : > = 10 %

Temperatura mediului ambient : -25 grade Celsius la +70 grade Celsius

Bobină și contacte : 1500VAC / min

Contact și contacte : 1000VAC / min

Rezistența izolației: > = 100M ohm

Formularul de montare : PCB

Greutate : 10g. [9]

Fig. 5.7. Releu electromagnetic. [Sursa: http://www.ebay.com/itm/New-10PCS-SONGLE-Power-Relay-SRD-12VDC-SL-C-Mini-DC-12V-10A-PCB-Type-T73-/370761802232 ]

Receptorul este comandat de o telecomandă cu patru butoane. Telecomanda emite pe frecvența de 433 MHz, ea fiind alimentată de o baterie de 1,5 V.

5.2. DESCRIEREA Funcțională A ECHIPAMENTULUI

Principiul de funcționare

Dispozitivul (manipulatorul) este alimentat la 12 V curent continuu, și este acționat de la distanță printr-o telecomandă cu patru butoane. Butoanele A și C acționează brațul dispozitivului iar butoanele B și D acționează macaraua. Atât brațul cât și macaraua sunt acționate de motoare de current continuu având încorporate în ele reductoare de turație care dau puterea și viteza optimă dispozitivului. Pentru a nu forța motoarele și angrenajele, la ridicarea maximă și la coborârea maximă a brațului s-au prevăzut microîntrerupătoare care opresc motorul când brațul a ajuns într-un capăt. La fel și pentru macara s-a folosit un microîntrerupător pentru ridicarea maximă.

Pentru a acționa brațul dispozitivului vom urmări schema de mai jos.

Când nu este acționat nici un buton motorul brațului și al macaralei sunt alimentate la ambele borne cu plus.

Apasând butonul A al telecomenzii, releul RA al receptorului va închide contactul C2 (normal deschis) deschizând contactul C1 (normal închis), și va alimenta borna M1 a motorului cu minus. În acest moment brațul dispozitivului se ridică. Când acesta ajunge în capăt este acționat microîntrerupătorul S1 (normal închis), care deschide circuitul și oprește motorul.

Schema 5.2. Schema de funcționare a motorului brațului.

Legendă: B – baterie 12V, S1 și S2 – microîntrerupătoare, RA și RC – relee, M – motor de curent continuu.

Următorul pas este acționarea macaralei, pentru a coborâ centura (schema următoare).

Apasând butonul D al telecomenzi, releul RD va închide contactul C2 (normal deschis) deschizând contactul C1 (normal închis), și va alimenta borna M2 a motorului macaralei cu minus. Motorul va porni și va lăsa centura în jos, cât va fi nevoie.

După legarea căruciorului se va apăsa butonul B al telecomenzii, care va face ca releul RB să închidă contactul C2 (normal deschis) deschizând contactul C1 (normal închis), și va alimenta borna M1 al motorului macaralei cu minus. Motorul va porni și va ridica căruciorul în sus, până la poziția maximă, când va fi acționat microîntrerupătorul S3 (normal închis), care va deschide circuitul și va opri motorul macaralei.

Schema 5.3. Schema de funcționare a motorului macaralei.

Legendă: B – baterie 12V, S3 – microîntrerupător, RB și RD – relee, M – motor de curent continuu.

În acest moment brațul este sus iar căruciorul este ridicat. Pentru a lăsa brațul jos revenim la prima schemă.

Apasând butonul C al telecomenzii, releul Rc al receptorului va închide contactul C2 (normal deschis) deschizând contactul C1 (normal închis), și va alimenta borna M2 a motorului cu minus. Brațul dispozitivului va coborâ până când acesta ajunge în capăt unde este acționat microîntrerupătorul S2 (normal închis), care deschide circuitul și oprește motorul brațului.

Capitolul 6.

6. Concluzii. DIRECȚII VIITOARE.

Avantaje

Câteva aspecte importante care fac ca manipulatorul realizat în această lucrare să fie unic și special și prin care iese în evidență față de celelalte modele aflate deja pe piață sunt următoarele:

Costuri reduse – prin utilizarea materialelor reciclabile și adaptarea acestora la nevoile întâmpinate pe parcusrul desfășurării proiectului. Materialele fiind achiziționate de la un depozit de fier vechi.

Unicitatea – pentru că materialele reciclabile nu sunt de cele mai multe ori de același fel, face ca fiecare model care este realizat din materiale achiziționate de la depozitul de fier vechi să fie unic. La fel cum este și adaptarea pieselor la nevoile întâmpinate pe parcursul realizării practice.

Accesibilitatea – materialele reciclabile achiziționate de la fier vechi se răsfrâng asupra costurilor de realizare, reducând considerabil implicit prețul final al dispozitivului realizat.

Adaptabilitatea – suporții reglabili de la baza dispozitivului dau acestuia posibilitatea să fie adaptat la cele mai multe modele de mașini, de la smart-uri până la SUV-uri, fără să afecteze structura mașinii sau a manipulatorului.

Dezavantaje

La fel ca multe alte dispozitive și acest manipulator, pe lângă avantajele pe care le prezintă, are și câteva aspecte negative:

Nu poate fi folosit pe timp ploios – manipulatorul nu dispune de o carcasă care să ferească sau să acopere căruciorul pe timp de ploaie. În aceste condiții nu este recomandat să fie folosit în situațiile în care timpul de afară nu este favorabil.

Așa cum s-a putut observa din paginile de mai sus, această lucrare răspunde unei nevoi identificate în rândul persoanelor cu dizabilități, în special persoanelor cu dizabilități motorii. Desigur că această soluție nu poate rezolva nevoia cea mai arzătoare a persoanelor în suferință și anume abilitatea de a umbla din nou, dar este un pas important spre libertatea de mișcare și mai aproape de independență.

Realizarea practică a manipulatorului prezentat în lucrarea de față, contribuie la bunăstarea persoanelor care se confruntă cu aceste situații dificile, dar de asemenea contribuie și la libertatea persoanelor responsabile pentru pacienții în cauză. Cel mai probabil, dacă nu ați intrat în contact direct cu o situație specifică ați putut observa că persoanele cu dizabilități au nevoie ca cineva să fie prezent în mod constant lângă ele. Prin dispozitivul descris și realizat practic în această lucrare această dependență constantă poate fi depășită într-o oarecare măsură oferind ambelor părți o mai mare libertate. Astfel, manipulatorul pune la dispoziția celor bolnavi un ajutor în a se descurca singuri în anumite situații. Acest dispozitiv este folositor și practic pentru persoanele cu dizabilități motorii dar care au permis de conducere și care totodată au la dispoziție un autovehicul special modificat și adaptat nevoii lor specifice.

Tot prin această lucrare s-a răspuns și unei cauze sociale. Una din cele mai întâlnite probleme ale societății este creșterea continuă a deșeurilor. Astfel materialele folosite în realizarea practică a manipulatorului, sunt materiale găsite la depozite de fier vechi și adaptate la nevoile întâmpinate pe parcursul realizării dispozitivului. Cu puțină creativitate, se pot folosi o diversiune de materiale care sunt ușor de găsit în cadrul depozitelor de fier vechi și cu un minim necesar de scule pot fi modificate și rapid adaptate pentru a crea și alte modele de manipulatoare. Bineînțeles folosirea materialelor reciclabile va face ca design-ul viitoarelor modele să fie diferit și divers și va face ca fiecare model să fie unic datorită materialelor folosite în realizarea lor.

Un lucru care va rămâne totuși neschimbat este adaptabilitatea acestuia la diverse modele de mașini prin suporții reglabili de la baza manipulatorului.

Direcți viitoare

Ca orice produs de pe piață și manipulatorul prezentat lasă loc de mai bine. Astfel câteva aspecte care pot fi îmbunătățite pe viitor sunt următoarele:

Crearea unui model standard – crearea unui model standard ajută la facilitarea deschiderii unei baze de producție și totodată o mai bună acoperire a cererii de pe piața deja existentă. Tot aici putem aminti și achiziționarea unor componente standard, prefabricate care de asemenea ajută la creșterea producției.

Conceperea unei cutii de protecție – o parte importantă și utilă este atașarea unei cutii care să protejeze scaunul cu rotile al pacientului de intemperiile vremii (ploaie, zăpadă, lapoviță), dar care în același timp să nu împiedice buna funcționare a dispozitivului ci să lucreze în concordanță cu acesta.

Stabilitatea – un aspect sesizat la primele probe, este stabilitatea brațului mobil și mai exact mici diferențe la pinionul de la motorul care îl acționează și pinionul montat pe braț. Acesta este un aspect care poate fi nu doar îmbunătățit ci chiar eliminat prin adaptarea exactă a celor două pinioane.

Design-ul – este un alt aspect de luat în considerare nu doar la conceperea unui dispozitiv ci și la achiziționarea acestuia. Prin crearea unui model standard, design-ul este un alt aspect care poate fi îmbunătățit considerabil.

bibliografie

Oancea R. & Chriss v. M., “Ghid de bune practici pentru o bună interacțiune cu persoanele cu dizabilități” [online], Rock solid Fondation, the Netherlands, 2013, disponibil pe World Wide Web: https://www.salto-youth.net/downloads/toolbox_tool_download-file-1055/GUIDANCE%20Handbook%20RO.pdf, accesat în data de: 04.03.2016.

TMN Europe GmbH, Wheelchair load system Robot 201 [online], State: 03/2009, disponibil pe World Wide Web: http://nl.sunrisemobility.eu/media/165301/Brosjyre-Robot-201.pdf, accesat în data de: 05.03.2016.

Koeblitz B. & Taylor C., Adapt Solutions SPEEDY LIFT for Simplified Wheelchair Transfer [online], MobilityWorks, 1997, disponibil pe World Wide Web: http://www.mobilityworks.com/seating-solutions/adapt-speedy-lift.php, accesat în data de: 12.02.2016.

Chair Topper – Rooftop wheelchair storage [online], disponibil pe World Wide Web: http://www.steeringdevelopments.co.uk/products/getting-my-wheelchair-in-and-out-of-my-vehicle/chair-topper-rooftop-wheelchair-storage, accesat în data de: 12.02.2016.

Pascaru A, Ghidul utilizatorului de scaun cu rotile: Asamblare si Ajustare [online], disponibil pe World Wide Web: http://www.prostemcell.org/totul-despre-scaunele-rulante/ghidul-utilizatorului-de-scaun-cu-rotile-asamblare-si-ajustare.html, accesat în data de: 12.02.2016.

SCRIBTUBE, Introducere în SolidWORKS [online], disponibil pe World Wide Web: http://www.scritub.com/stiinta/informatica/INTRODUCERE-IN-SOLID-WORKS91812219.php, accesat în data de: 18.02.2016.

RUS A. M., Motorul electric de curent continuu [online], disponibil pe World Wide Web: http://cursuri.flexform.ro/courses/L2/document/Cluj-Napoca/grupa2/Rus_Ana_Maria/site/schema.html, accesat în data de: 28.04.2016.

ANALIZA TEHNICO-ECONOMICÃ SI CALITATIVÃ A LINIEI DE PRODUCTIE PENTRU RETRACTOARE LOGAN [online], disponibil pe World Wide Web: http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/ANALIZA-TEHNICOECONOMICAtilde-24232.php, accesat în data de: 24.03.2016.

New 10PCS SONGLE Power Relay SRD-12VDC-SL-C Mini DC 12V 10A PCB Type T73 [online], disponibil pe World Wide Web: http://www.ebay.com/itm/New-10PCS-SONGLE-Power-Relay-SRD-12VDC-SL-C-Mini-DC-12V-10A-PCB-Type-T73-/370761802232, accesat în data de: 24.03.2016.

IVAN. M., FORIS. A. – Ingineria sistemeior de producție. Editura Univ. 'Transilvania' Brașov, 2002.

DEACONESCU, T., SARBU, F. – Proiectarea echipamentelor de lucru auxiliare, Editura Univ. 'Transilvania' Brasov , 2000.

DEACONESCU, T. – Bazele ingineriei calității, Editura Univ. 'Transilvania' Brasov , 1998.

BONCOI, Gh s.a. – Sisteme de producție, vol. 1+11+III, Editura Univ. 'Transilvania' Brasov, 2000 -2002.

FORIS, A., s.a. – Proiecte economice vol I+II Editura INFOPRINT SRL, Harghita, 2000.

POPESCU, M, CIOARA, R., TUREAC, L – Dezvoltarea durabilă și reconcepția produselor în construcția de mașini, Editura Univ. 'Transilvania' Brasov, 2001.

PICOS, C s.a. – Normarea tehnică pentru prelucrări prin așchiere, vol. I+II. Editura Tehnica București 1979.

VLASE. A s.a. – Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp, vol. I+II, Editura Tehnics, București.