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1. Schaum Publishing Company 1957 Xavier Salue a Berna Amelia N poles Alberro Tecnolog a Mec nica Primera edici n Ediciones UPC 2000 Instituto Nacional de Estad stica y censos de la Rep blica Argentina http www indec gov ar Instituto Provincial de Discapacidad de la Provincia de Entre R os http www entrerios gov ar ipd Muhammad Rashid Electr nica de Potencia Tercera edici n Prentice Hall 2004 Ogata Katsuhiko Ingenier a de Control Moderna Tercera edici n Prentice Hall 1997 International Rectifier http www irf com Microchip Technology Inc http www microchip com
2. Se opt entonces por motores mas potentes que los usados en por otras unidades y por bater as de gel de descarga profunda con mayor capacidad de almacenamiento Por otro lado encontramos que en algunos modelos del mercado se suscitaban problemas de estabilidad sobre todo al subir rampas Mediante la ubicaci n de los componentes electromec nicos se busc que la distribuci n del peso entre las ruedas traseras y delanteras en el prototipo sea de 80 20 Desplazando entonces el centro de gravedad logramos que el prototipo posea mayor maniobrabilidad y estabilidad B Estudio de costos El costo de motorizar una silla de ruedas seg n nuestros dise os oscila los USA 1300 mil trescientos d lares mientras que el costo de una silla de ruedas motorizada est ndar del mercado local es de USA 3100 tres mil cien d lares III LA SILLA DE RUEDAS DESARROLLADA A Caracter sticas de nuestra unidad Habiendo investigado las sillas de ruedas motorizadas del mercado nos pusimos como meta desarrollar un modelo alternativo desde una silla de ruedas convencional con las siguientes caracter sticas 1 Veh culo apto para circulaci n en edificios y exteriores 2 Sistema de desacople de motores para posibilitar el impulso manual del usuario 3 Dise o estructural para permitir el transporte de la unidad en veh culos ordinarios 4 Comando por joystick 5 Velocidad m xima de 15 km h 6 Autonom a m xima de 25 km 7 Capac
3. Motorizaci n de Sillas de Ruedas Convencionales Unidad totalmente desarmable y con exclusivo sistema de desacople de motores para tracci n manual Celestino B Brutti An bal J Sattler Dar o Albacett1 Alberto R Canavelli y Carlos B Donisi Facultad de Ciencias de la Vida y la Salud Universidad Aut noma de Entre R os Argentina anibalsattlerO hotmail com Resumen El dise o y fabricaci n de sillas de ruedas motorizadas de bajo costo adaptadas para circular en edificios y espacios p blicos de nuestra regi n surgi como respuesta a la necesidad del Gobierno de Entre R os de integrar a la poblaci n con capacidades motrices diferentes de bajos recursos en la actividad laboral y social El costo de una silla de ruedas motorizada resulta elevado en el mercado nacional y se dificulta satisfacer la demanda Sin embargo encontramos que si reemplazamos la tecnolog a importada por la nacional y si se utilizan recursos propios se logra reducir notablemente el costo por unidad Por otro lado las sillas de ruedas motorizadas del mercado no son totalmente eficientes para la circulaci n en lugares p blicos mas a n teniendo en cuenta el relieve ondulante de nuestra provincia Este grupo de trabajo realiz un estudio de la tecnolog a usada en sillas de ruedas motorizadas y en funci n de ello se concluy que al motorizar una silla de ruedas convencional implementando una serie de cambios con respecto a las unidades encontradas en e
4. co de la rueda mediante un sistema de enclavamiento desplazable manualmente De esta manera se permite al usuario seleccionar el tipo de tracci n pudiendo optar entre manual y el ctrica 5 Dise o estructural Fig 3 Es posible retirar los pedales las bater as los motorreductores y las ruedas Con esto es posible plegar la silla Fig 3 El dise o estructural permite desarmar completamente la silla de ruedas motorizada para poder transportarse en un veh culo ordinario C El sistema electr nico El sistema electr nico se divide en los siguientes subsistemas 1 Subsistema de control El comando de la silla se realiza a trav s de un Joystick de palanca El usuario maniobra este dispositivo y determina el movimiento deseado para la unidad Se ha optado por un joystick anal gico porque a diferencia de los joystick de ocho posiciones permite establecer un manejo omnidireccional El usuario indica que direcci n velocidad y sentido debe tener la silla a trav s de los movimientos que le imprime a la palanca Cuando el usuario ubica la palanca del joystick en alg n punto de su campo de exploraci n el microcontrolador uC interpreta la posici n de ese punto y genera dos se ales que representar n las velocidades y sentidos que deben tener los motores para realizar el movimiento deseado Estas dos se ales se inyectan luego al Subsistema de Potencia 2 Subsistema de Potencia Recibe las se ales generadas por el uC
5. idad de trabajo para subir rampas con pendientes de hasta 33 8 M nimos requerimientos de mantenimiento 9 Capacidad m xima de carga de 130 kg plegado y B El sistema electromec nico Dentro de este sistema se ha encuadrado a todos aquellos componentes encargados de suministrar energ a el ctrica y de transformar la energ a el ctrica en mec nica Tambi n se incluyen dentro de este sistema los mecanismos de desacoples motrices y los que permitan el plegado del conjunto Las partes principales del sistema electromec nico son 1 Los motores Tomando como consignas la velocidad autonom a capacidad de carga e inclinaci n de pendientes a subir se opt por la adquisici n de dos motores de corriente continua de im n permanente de 150W 2000 r p m velocidad motora inicial y 24v 2 Las bater as Para alcanzar la autonom a prevista se decidi que dos bater as de gel de descarga profunda de 12v y 34 Ah son suficientes 3 Los reductores Para la transmisi n se eligieron un par de reductores de velocidad de ejes ortogonales con sistema de tornillo sinf n y corona y relaci n 1 70 Estos reductores cumplen con los requisitos de potencia mec nica potencia t rmica y rendimiento mec nico est tico y din mico exigidos a g 3 Fig 2 Vista trasera de nuestra silla que permite ver el sistema de acople los reductores y los motores 4 El sistema de desacople El motorreductor se acopla y desacopla al dis
6. iendo necesaria la desconexi n y conexi n de la alimentaci n luego de algunos segundos para reiniciar la l gica 4 Indicadores Constituido de dos LEDs uno rojo y uno verde Funci n Led verde encendido y rojo apagado indican que el sistema se encuentra en modo normal de funcionamiento Led verde y led rojo encendidos bater a baja Led verde apagado y rojo encendido indica que se produjo un mal funcionamiento o una baja excesiva de las bater as 5 Cargador de bater as es un dispositivo ajeno al sistema electr nico de la silla Permite recargar completamente las bater as en un lapso aproximado de 8 horas Bater as Filtrado El ctrico Microcontrolador a Sistema de mando Fig 6 Dise o esquem tico de la l gica de control Drivers FET canal P Drivers FET canal N Puente H FETs IV CONCLUSIONES A Pruebas a la que fue sometida nuestra silla de ruedas motorizada Demostraciones Se realizaron las siguientes pruebas Ascenso y descenso de rampas Detenci n en rampas Cambios abruptos de direcci n y velocidad Movimientos cortos en espacios reducidos y en superficies irregulares Movimientos r pidos en superficies irregulares Movimientos sobre c sped Movimientos sobre superficies con pendientes de hasta 33 Largas marchas para poner a prueba todo el sistema electromec nico Acoples y desacoples de los motores Obtuvimos los siguientes resultados La silla
7. l mercado se puede fabricar un modelo apto para superar sas exigencias Como complemento se incorporaron al dise o los mecanismos necesarios para cumplir con dos caracter sticas esenciales de una silla de ruedas convencional que no se encuentra en los modelos que ofrece el mercado La primera de ellas es la necesidad de que una silla de ruedas motorizada pueda transportarse en veh culos tradicionales Para ello se dise la unidad motorizada completamente desarmable La segunda caracter stica que quisimos conservar es la posibilidad de que el usuario pueda impulsarse independientemente de los motores Se dise y fabric entonces un sistema de desacople de motores Con esto ltimo el usuario cuenta con la posibilidad de impulsarse manualmente como si estuviera maniobrando una silla de ruedas convencional Palabras clave Silla ruedas Bifuncional Transportable I INTRODUCCI N F septiembre de 2004 el Instituto Provincial de Discapacidad de Entre R os pidi asesoramiento a la Facultad de Ciencias de la Vida y la Salud para que se eval e la factibilidad de desarrollar sillas de ruedas motorizadas de bajo costo y adaptadas para la circulaci n en espacios p blicos y en interiores Las investigaciones consecuentes se llevaron a cabo teniendo en cuenta todos aquellos factores necesarios para la conformaci n de un prototipo motorizado desde una silla de ruedas convencional poniendo especial consideraci n en las diferen
8. respondi favorablemente a cada exigencia Los movimientos precisos No se not sobrecalentamiento de los motores No se not desgaste de los reductores Las bater as respondieron desarrollando la autonom a prevista Los sistemas electr nicos de protecci n t rmica y el ctrica funcionaron perfectamente El sistema de acople desacople de motores funcion seg n lo esperado logrados fueron suaves y efectivamente B Ventajas de nuestro con respecto a modelos encontrados en el mercado La adaptabilidad a circulaci n en veredas y espacios abiertos no es una caracter stica com n en todas las sillas de ruedas motorizadas La posibilidad de desacople de motores para realizar tracci n manual es exclusiva de este prototipo La posibilidad de quitar las bater as para poder plegarse tambi n es una caracter stica poco com n en los modelos comerciales El costo de nuestra unidad es muy inferior al costo de una silla motorizada encontrada en el mercado AGRADECIMIENTOS Agradecemos a la Universidad Aut noma de Entre R os por permitirnos trabajar y apoyarnos en desarrollos para aquellos que lo necesitan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 REFERENCIAS Searz Semansky FISICA Primera edici n en espa ol Aguilar ediciones 1979 Timoshenko y Young Elements of Strength of Materials Cuarta edici n en ingl s D Van Nostrand Company Inc 1962 William A Nash Strength of Materials
9. tes patolog as que deben atenderse El estudio de costos que se volc en un anteproyecto elevado luego al Instituto result satisfactorio tanto que sirvi de impulso definitivo al emprendimiento La Facultad de Ciencias de la Vida y la Salud U A D E R se encarg entonces de desarrollar el prototipo pedido a adi ndole al mismo una serie de mejoras que permiten por un lado desarmar y plegar la unidad para poder transportarse y por otro lado desacoplar los motorreductores con extracci n de bater as para dejar al usuario la opci n del impulso manual II ESTUDIOS PREVIOS A LA EJECUCI N DEL DISE O A Estudio de las tecnolog as de sillas de ruedas motorizadas Investigamos la tecnolog a usada por numerosas sillas de ruedas motorizadas En la Fig 1 se grafica un diagrama esencial de los subsistemas que componen una silla de ruedas motorizada BATER A SUBSISTEMA SUBSISTEMA DE DE POTENCIA CONTROL El Micro env a se ales PWM a los puentes H Puente H izquierda JOYSTICK Reductor Derecha Reductor Izquierda Rueda derecha Rueda izquierda Y Fig 1 Diagrama de los subsistemas que controlan una silla de ruedas motorizada est ndar Luego de estudiar las caracter sticas electromec nicas y electr nicas concluimos que para un desempe o ptimo en una geograf a como la de nuestra provincia necesit bamos Incorporar a nuestro dise o motores y bater as m s grandes
10. y las inyecta a dos puentes inversores de giro de motores previo paso por un driver encargado de proveer la tensi n necesaria para la polarizaci n de los FET de potencia y de seleccionar los interruptores que correspondan para realizar esa tarea La configuraci n elegida para inyectar las se ales PWM y establecer sentido de giro a los motores es en puente H En la Fig 4 se muestra su funcionamiento como inversor de giro de un motor de CC Consta de cuatro interruptores de potencia S1 S2 S3 y S4 que se cierran de a pares S1 con S4 para activar el circuito a y S2 con S3 para activar el circuito b Como interruptores de potencia hemos elegido transistores de efecto de campo de alta corriente de canal P y canal N por su elevado rendimiento en motores de CC de baja potencia Fig 5 Diagrama de puente H con el driver En a las l neas gruesas indican el circuito para generar en el motor un sentido de giro clockwise En b las l neas gruesas indican el circuito para generar en el motor un sentido de giro anti clockwise 3 Subsistemas anexos Funcionan comandados por el uC Controlan el nivel de tensi n de las bater as y generan una indicaci n de bater a baja deteniendo los motores si el nivel de alguna de las bater as desciende de 9V Monitorean adem s el consumo de corriente al detectarse un consumo importante y por lo tanto una baja en la tensi n de alimentaci n desconecta los motores y bloquea el sistema s

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