SISTEMA DE ELEVAÇÃO AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO … · por pessoas que possuem as pernas amputadas...
59
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ Sergio Yoshinobu Araki SISTEMA DE ELEVAÇÃO AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO TIPO CADEIRA DE RODAS Taubaté – SP 2011
Transcript of SISTEMA DE ELEVAÇÃO AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO … · por pessoas que possuem as pernas amputadas...
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Sergio Yoshinobu Araki
SISTEMA DE ELEVAÇÃO
AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO TIPO
CADEIRA DE RODAS
Taubaté – SP
2011
ii
Sergio Yoshinobu Araki
SISTEMA DE ELEVAÇÃO
AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO TIPO
CADEIRA DE RODAS
Dissertação apresentada para a obtenção do título de
Mestre em Engenharia Mecânica do Programa de
Mestrado Profissional em Engenharia Mecânica da
Universidade de Taubaté.
Área de concentração: Automação
Orientador: Prof. Dr. Francisco José Grandinetti
Taubaté - SP
2011
iii
Araki, Sergio Yoshinobu
Projeto e desenvolvimento de um sistema de elevação
automático de um veículo tipo Cadeira de rodas
Sergio Yoshinobu Araki. – 2011.
59f.: il.
Dissertação (mestrado) – Universidade de Taubaté,
Departamento de Engenharia Mecânica, 2011.
Orientação: Prof. Dr. Francisco José Grandinetti, Departamento
de Engenharia Mecânica.
1. Estudo do sistema de elevação. 2. Fabricação do projeto. 3. Cálculos de
elevação.
iv
Sergio Yoshinobu Araki
SISTEMA DE ELEVAÇÃO
AUTOMÁTICO DE UM VEÍCULO TIPO
CADEIRA DE RODAS
Dissertação apresentada para a obtenção do título de
Mestre em Engenharia Mecânica do Programa de
Mestrado Profissional em Engenharia Mecânica da
Universidade de Taubaté.
Área de concentração: Automação.
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ, TAUBATÉ, SP
Data: 06 de Janeiro de 2012
Resultado: Aprovado
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Francisco José Grandinetti
Assinatura _____________________________________
Prof. Dr. Márcio Abud Marcelino
Assinatura _____________________________________
Prof. Dr. José Geraldo Trani Brandão
Assinatura _____________________________________
v
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Francisco José Grandinetti, pela orientação, confiança e incentivo atribuído ao
desenvolvimento deste trabalho.
Ao Prof. Jorge Tudela (IFSP-SP) em especial pela sua dedicação ajuda no desenvolvimento
prático do sistema de elevação.
À empresa Tudela, por ter cedido o espaço para desenvolvimento prático do sistema de
elevação.
Aos funcionários da Tudela, por estarem sempre dispostos a colaborar no que eu necessitasse.
Ao Prof. Aumir Antunes pelo incentivo e ajuda no projeto do desenho no desenvolvimento
do sistema de elevação.
Ao colega Prof. Eduardo Bock, pela revisão do projeto.
Aos colegas do mestrado pela cooperação e amizade adquirida ao longo do curso.
À minha esposa e filhos pela compreensão e força para o término do curso.
A Universidade de Taubaté pela oportunidade da realização do curso.
Pelo apoio e incentivo financeiro do Instituto Federal de São Paulo.
Agradeço a Deus pela saúde e pela luz da minha caminhada.
vi
Qualquer homem pode alcançar o êxito, se dirigir seus
pensamentos numa direção e insistir neles até que
aconteça alguma coisa.
Thomas Edison
vii
RESUMO
O cadeirante enfrenta diversos obstáculos ao longo do seu trajeto e diversas restrições de
mobilidade. Assim, uma cadeira de rodas que permita ao usuário acessar objetos que
estejam fora de seu limite de alcance especificamente o vertical com maior facilidade,
proporcionar também maior conforto durante um diálogo com outras pessoas, entre
outras situações. Esse trabalho tem como objetivo adaptar uma cadeira de rodas comum,
com um sistema de automático elevação vertical em seu assento, que permite ao usuário
ficar com uma altura equivalente à altura média humana, estando a pessoa em posição
vertical ou seja em pé. O sistema de elevação automatizado do assento foi feito através
de um mecanismo simples com comando elétrico, que possui facilidade na manutenção, e
de baixo custo, tornando-a acessível a todas as classes sociais.
Palavras-chave: cadeira de rodas, elevação, baixo, facilidade, conforto.
viii
ABSTRACT
People with disabilities using wheelchairs face several obstacles along their path and various
mobility restrictions. A wheelchair that allows the user to access objects that are out the range
of his vertical limits provides quality of life, improves self-esteem and comfort for many
situations, such as a dialogue with others. This project aims to adapt a common wheelchair
with an automatic vertical elevation system attached to seat that allows the user to stay
with a height equal to the human average height, being the person in an upright position
standing. The automated elevation system was done through a simple mechanism with electric
drive, which features easy maintenance, low cost, making it accessible to all social classes.
Keywords: wheelchair lift, ease, comfort.
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Ícone de acessibilidade.............................................................................................14
Figura 2 - Ícone de acessibilidade............................................................................................14
Figura 3 - Cadeira Ortostática..................................................................................................15
Figura 4 - Cadeira Giroscópica.................................................................................................16
Figura 5 - Dimensões da cadeira de rodas................................................................................21
Figura 6 - Área para manobra sem deslocamento.....................................................................21
Figura 7- Área para manobra de cadeiras de rodas com deslocamento....................................22
Figura 8 - Alcance manual frontal............................................................................................23
Figura 9 - Símbolo internacional de acesso..............................................................................25
Figura 10- Símbolo internacional de acesso.............................................................................25
Figura 11- Cadeira de rodas tubular..........................................................................................27
Figura 12- Motor para elevação DC.........................................................................................27
Figura 13- Sistema de elevação Macaco.................................................................................. 28
Figura 14- Sensor de subida e descida..................................................................................... 28
Figura 15 – Bateria....................................................................................................................28
Figura 16 – Desenho do sistema de elevação na cadeira de rodas - normal............................ 29
Figura 17 – Desenho do sistema de elevação na cadeira de rodas - elevado........................... 29
Figura 18 - Motor para o sistema de elevação DC,.................................................................. 30
Figura 19 – Desenho do sistema de elevação Macaco..............................................................31
Figura 20 – Desenho da estrutura do sistema de elevação........................................................32
Figura 21- Cadeira de Rodas simples – vista A........................................................................40
Figura 22 - Cadeira de Rodas simples - vista B........................................................................40
Figura 23 - Corte da estrutura – vista A....................................................................................41
Figura 24- Corte da estrutura – vista B.....................................................................................41
Figura 25 - Montagem da estrutura motor elevado...................................................................42
x
Figura 26- Montagem da estrutura motor abaixado..................................................................42
Figura 27 - Estrutura do assento...............................................................................................43
Figura 28- Estrutura da cadeira de rodas montada....................................................................43
Figura 29- Detalhe da fixação da estrutura do sistema.............................................................44
Figura 30- Detalhe da fixação do motor...................................................................................44
Figura 31- Detalhe de fixação do assento – vista A..................................................................45
.
Figura 32- Detalhe de fixação do assento – vista B..................................................................45
Figura 33 - Movimento de elevação frontal..............................................................................46
Figura 34- Movimento de elevação traseira..............................................................................46
Figura 35- Movimento de elevação lateral...............................................................................47
Figura 36- Movimento de elevação por cima...........................................................................47
Figura 37- Detalhe do sistema de elevação...............................................................................48
Figura 38- Detalhe do sistema de elevação montado - vista lateral..........................................48
Figura 39- Sistema de elevação e abaixamento montado – vista frontal..................................49
Figura 40- Sistema de elevação e abaixamento montado – vista traseira.................................49
Figura 41- Sistema de elevação e abaixamento montado – visão geral....................................50
Figura 42- Sistema de elevação e abaixamento montado – vista lateral...................................50
Figura 43- Sistemas de elevação e abaixamento acionado – vista frontal................................51
Figura 44- Sistemas de elevação e abaixamento acionado – vista traseira...............................51
Figura 45- Sistemas de elevação e abaixamento acionado.......................................................52
Figura 46- Detalhes do sistema de elevação e abaixamento – vista traseira.............................52
Figura 47- Detalhes do sistema de elevação e abaixamento – vista lateral..............................53
Figura 48 - Detalhes do sistema de elevação e abaixamento – vista frontal............................53
Figura 49 - Detalhe do sistema fim de curso...........................................................................54
Figura 50 – Detalhe da fixação da bateria................................................................................54
xi
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO............................................................................................................15
1.1. Importância da Cadeira de Rodas.....................................................................15
1.2. Objetivo.............................................................................................................16
1.3. Justificativa........................................................................................................16
1.4. Discussão do problema......................................................................................16
1.5. Capítulos que compõem a dissertação..............................................................19
2. ACESSIBILIDIDADE ABNT NBR 9050:2004...........................................................20
2.1. Pessoas em cadeira de rodas (P.C.R.)...................................................................20
2.1.1. Cadeira de rodas.................................................................................................20
2.1.2. Área para manobra de cadeiras de rodas sem deslocamento..............................21
2.1.3. Manobra de cadeiras de rodas com deslocamento............................................22
2.1.4. Alcance manual frontal com superfície de trabalho...........................................23
2.2. Símbolo internacional de acesso...........................................................................24
2.2.1. Representação.....................................................................................................24
2.2.2. Finalidade..........................................................................................................25
2.2.3. Aplicação............................................................................................................25
3. SISTEMA DE ELEVAÇÃO.........................................................................................27
3.1. Peso e dimensões....................................................................................................30
3.2. Funcionamento do sistema de elevação................................................................32
4. CÁLCULOS DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO............................................................33
4.1. Dados do parafuso..................................................................................................33
4.2. Esquema das forças envolvidas..............................................................................34
4.3. Cálculo do torque...................................................................................................36
4.3.1 Elevação...............................................................................................................36
xii
4.3.2. Para abaixamento................................................................................................36
5. RESULTADOS DOS CÁLCULOS..............................................................................37
5.1. Cálculo da Potência................................................................................................37
5.2. Custos da cadeira de rodas protótipo......................................................................38
5.2.1. Preço da cadeira de rodas Ortostática..................................................................38
5.2.2. Preço da cadeira de rodas Giroscópica................................................................38
5.3. Durabilidade da bateria...........................................................................................39
5.4. Estabilidade da cadeira............................................................................................39
6. APRESENTAÇÃO DO PROJETO MECÂNICO........................................................40
6.1. Cadeira de rodas simples........................................................................................40
6.2. Corte da estrutura...................................................................................................41
6.3. Montagens da estrutura..........................................................................................42
6.4. Montagem da estrutura...........................................................................................43
6.5. Cadeiras de rodas...................................................................................................43
.
6.6. Montagens da estrutura..........................................................................................44
..
6.7. Montagens da estrutura..........................................................................................44
6.8. Detalhes de fixação................................................................................................45
.
6.9. Testes......................................................................................................................46
6.10. Detalhes do sistema de elevação..........................................................................48
6.11. Sistemas de elevação e abaixamento....................................................................48
6.12. Sistemas de elevação e abaixamento....................................................................50
6.13. Detalhes do sistema de elevação..........................................................................52
6.14. Detalhes do sistema de fixação...........................................................................53
...
7. ANÁLISE......................................................................................................................55
7.1 Vantagens do sistema de elevação..........................................................................55
xiii
7.2 Desvantagens do sistema de elevação.....................................................................55
8. COMENTÁRIOS.........................................................................................................56
8.1. Propostas para trabalhos futuros.......................................................................56
9. CONCLUSÃO..............................................................................................................58
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................59
14
1. INTRODUÇÃO
O projeto foi desenvolvido visando o conforto e o sentimento de bem estar do
usuário de cadeira de rodas, quando inserido dentro de um ambiente social familiar ou
profissional.
1.1. Importâncias da cadeira de rodas nas campanhas de acessibilidade
Campanhas múltiplas têm sido desenvolvidas em muitas partes do mundo,
procurando chamar a atenção para o aspecto de acessibilidade que afetam sobremaneira as
pessoas que usam cadeiras de rodas. Pequenos ícones estão espalhados pelos mais
variados sites da Internet, pregando o acesso a todos os ambientes, conforme Figura 1.
Figura 1 – Ícones indicativos de Acessibilidade.
A Rehabilitation International aprovou seu projeto de ícone indicativo de acesso a
cadeiras de rodas (aprovado pelo Sistema ISO de qualidade), que se tornou internacional,
conforme Figura 2.
Figura 2 - Ícone Reabilitação Internacional de Acessibilidade.
15
A cadeira de rodas consiste em uma cadeira que possui rodas no lugar das
pernas. Foi inventada com o intuito de ajudar pessoas, que possuem algum tipo de
deficiência que as impeçam de locomover-se.
Mesmo com todas as inovações tecnológicas existe limitações e necessidades
que ainda não foram supridas, tais como ajudar o usuário a alcançar objetos em lugares
mais altos.
Com uma tentativa de solucionar isto (RAMOS e FONTES, 1993) criaram uma
cadeira de rodas ortostática, Figura 3. Esta possui um sistema no qual o assento e o
encosto se movem alinhando-se, colocando o usuário em uma posição ereta, como se
estivesse em pé.
Porém a utilização deste benefício é trabalhoso desconfortável, pois requer que o
usuário utilize dois itens de segurança: o apoio para os joelhos e o cinto abdominal ou
peitoral, e possui uma restrição: o deficiente com as pernas amputadas não conseguiria
utilizá-la.
Figura 3 – Cadeira Ortostática.
Também foi desenvolvida uma cadeira com tecnologia giroscópica, Figura 4, que
permite a cadeira balançar e funcionar em somente duas de suas quatro rodas, assim
levantando o usuário para uma altura comparável a uma pessoa ereta. Também incorpora
características de escalar escadas e manobras nas quatro rodas. Entretanto, são cadeiras
limitadas a determinado tipos de usuários, e não cobertas pela maioria dos plano de seguro,
tendo um custo muito alto.
16
Figura 4 - Cadeira Giroscópica.
No entanto, o sistema de elevação do assento, proposto nesse trabalho é mais
confortável, não precisando adaptar nenhum tipo de item de segurança, ainda possibilita o uso
por pessoas que possuem as pernas amputadas e é bem acessível, financeiramente falando.
Várias pesquisas são realizadas em busca de aumentar a qualidade de vida de
deficientes físicos. Com isso, criaram-se as cadeiras de rodas, cadeira montada sobre rodas
podendo ser movida manualmente ou eletricamente pelo ocupante ou empurrada por alguém.
Uma cadeira de rodas básica possui um assento e um encosto; duas rodas dianteiras pequenas
(de rodízio) e duas rodas grandes, uma em cada lado; e um descanso do pé.
A cadeira de rodas com sistema de elevação é formada por um macaco mecânico,
acoplado no assento da cadeira, e acionado por um motor elétrico que move verticalmente o
mesmo.
1.2 Objetivo
O objetivo deste sistema é permitir ao usuário de cadeira de rodas acessar
objetos que estejam fora de seu limite de alcance vertical com maior facilidade e
proporcionar maior conforto ao conversar com outras pessoas,quando estas estiverem atrás de
balcões ou qualquer outro tipo de obstáculo que dificulte o contato visual entre elas,
tornando-os bem mais independentes.
17
1.3. Justificativa
Quando se pensa em dar maior comodidade ao deficiente físico, é necessário
desenvolver tecnologias de baixo custo de forma que a grande maioria tenha acesso. Hoje
os sistemas de elevação existente têm um custo muito alto, que não é coberto pelos planos de
saúde. O trabalho desenvolvido visa o conforto e o baixo custo para o usuário da cadeira de
rodas.
1.4. Discussão do problema
Em 11 de outubro é comemorado o Dia do Deficiente Físico. Trata-se de uma data
importante para nove milhões de cidadãos brasileiros, suas famílias, amigos e a sociedade.
Neste dia, a Associação de Assistência à Criança Deficiente (AACD) alerta sobre a
necessidade de prevenir doenças e acidentes causadores de paraplegia e tetraplegia e ressalta a
importância da inclusão social.
Especializada em tratamento e recuperação de pessoas portadoras de deficiência física
há 55 anos, a AACD afirma que a prevenção pode contribuir para reduzir o percentual de
brasileiros paraplégicos ou tetraplégicos, ou com algum tipo de paralisia. A prevenção tem
duas vertentes: evitar acidentes (de automóveis, com armas, quedas e mergulhos) causadores
de lesões traumáticas, e doenças que podem levar à deficiência, como a mielomeningocele,
que pode ser prevenida pela ingestão de ácido fólico. Neste aspecto, a AACD comemora hoje
o fato de ter conseguido que se aprovasse lei, já em vigor, tornando obrigatória a adição do
produto em todas as farinhas produzidas e comercializadas no País.
Quanto aos acidentes traumáticos, os dados são mais preocupantes. De acordo com
uma pesquisa da Clínica de Lesão Medular da AACD, 73,4% dos deficientes tratados pela
instituição adquiriram o problema por acidentes de carro, armas de fogo e queda. A clínica de
Lesão Medular da AACD revela, ainda, que, deste universo, 43,5% de seus pacientes
sofreram lesões em razão de acidentes por armas de fogo. Os dados estatísticos dos últimos
três anos também mostram que 83,5% dos pacientes são do sexo masculino e 68,3% estão
paraplégicos.
18
Cerca de 81,9% dos lesados medulares (paraplégicos e tetraplégicos) foram vítimas de
algum tipo de acidente (trauma). O restante corresponde a lesões não-traumáticas, provocadas
por algum tipo de doença. Dentre o universo pesquisado, 62,7% vivem na cidade de São
Paulo e Região Metropolitana, 31,6% no interior paulista e os demais em outros estados.
De acordo com dados do último censo do Instituto Brasileiro de Geografia Estatística
(IBGE), há hoje, no Brasil, 24,6 milhões de pessoas portadoras de deficiências (PPDs).
Destas, mais de nove milhões são portadoras de algum tipo de deficiência física. Assim, para
a AACD, 11 de outubro é data importante para a conscientização da sociedade. A entidade,
além de reabilitar seus pacientes, luta por sua inclusão social (www.adital.com.br).
19
1.5. Capítulos que compõe a dissertação
1. Introdução – Importância da cadeira de rodas, objetivo, justificativa, discussão do
problema.
2. Acessibilidade – Pessoas em cadeira de rodas (conforme ABNT), símbolos
internacionais de deficiência física.
3. Sistema de elevação – Componentes do sistema de elevação, pesos e dimensões,
funcionamento do sistema.
4. Cálculos do sistema de elevação – Cálculos do sistema de elevação.
5. Resultados dos cálculos – Cálculo da potência, custo da cadeira de rodas,
durabilidade da bateria, estabilidade da cadeira de rodas.
6. Apresentação do projeto mecânico – Processo de confecção do sistema de elevação
automático.
7. Análise – Vantagens e desvantagens do sistema de elevação.
8. Comentários – Proposta de trabalhos futuros que podem ser desenvolvido com o
sistema de elevação.
9. Conclusão
10. Referências bibliográficas
20
2. ACESSIBILIDIDADE
Acessibilidade são regras definidas às pessoas que tenha ou possuam alguma
deficiência que necessitem de equipamentos ou acessórios que permitam uma melhor
convivência e mobilidade social.
No Brasil, a acessibilidade é regida pela ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas).
Os itens descritos por norma são: possibilidade e condição de alcance, percepção e
entendimento para a utilização com segurança e autonomia de edificações, espaço, mobiliário,
equipamento urbano e elementos.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Fórum Nacional de
Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês
Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das
Comissões de Estudo Especiais Temporárias (ABNT/CEET), são elaboradas por Comissões
de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte:
produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros).
A ABNT NBR 9050 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Acessibilidade
(ABNT/CB–40), pela Comissão de Edificações e Meio (CE–40:001.01). O Projeto circulou
em Consulta Pública conforme Edital nº 09 de 30.09.2003, com o número Projeto NBR 9050.
Esta Norma substitui a ABNT NBR 9050:1994.
2.1. Pessoas em cadeira de rodas
São deficientes físicos que por algum motivo, não são capazes de locomoção sem
ajuda da cadeira de rodas.
21
2.1.1. Cadeira de rodas
A Figura 5, apresenta dimensões referenciais para cadeiras de rodas manuais ou
motorizadas.
Figura 5 – Dimensões da cadeira de rodas. (ABNT-NBR 9050)
NOTA: Cadeiras de rodas com acionamento manual pesam entre 12 kg a 20 kg e as
motorizadas até 60 kg
2.1.2. Área para manobra de cadeiras de rodas sem deslocamento
As medidas necessárias para a manobra de cadeira de rodas sem deslocamento,
conforme a Figura 6 é:
a) para rotação de 90° = 1,20 m x 1,20 m;
b) para rotação de 180° = 1,50 m x 1,20 m;
c) para rotação de 360° = diâmetro de 1,50 m.
Figura 6 — Área para manobra sem deslocamento. (ABNT-NBR9050)
22
2.1.3. Manobra de cadeiras de rodas com deslocamento
A Figura 7 exemplifica condições para manobra de cadeiras de rodas com
deslocamento.
Figura 7 — Área para manobra de cadeiras de rodas com deslocamento. (ABNT-NBR9050)
23
2.1.4. Alcance manual frontal com superfície de trabalho
A Figura 8 exemplifica as dimensões frontais em uma superfície de trabalho.
Figura 8 — Alcance manual frontal com superfície de trabalho - Pessoa em cadeira de rodas.
(ABNT-NBR9050)
A3 = Altura do centro da mão com antebraço formando 90º com o tronco
B3 = Altura do centro da mão estendida ao longo do eixo longitudinal do corpo
C3 = Altura mínima livre entre a coxa e a parte inferior de objetos e equipamentos.
D3 = Altura mínima livre para encaixe dos pés M3 = Comprimento do antebraço (do centro
do cotovelo ao centro da mão).
E3 = Altura do piso até a parte superior da coxa N3 = Profundidade da superfície de trabalho
necessária para aproximação total.
24
F3 = Altura mínima livre para encaixe da cadeira de rodas sob o objeto.
G3 = Altura das superfícies de trabalho ou mesas P3 = Profundidade mínima necessária para
encaixe dos pés.
H3 = Altura do centro da mão com braço estendido paralelo ao piso.
I 3 = Altura do centro da mão com o braço estendido, formando 30 graus com o piso =
alcance máximo confortável.
J3 = Altura do centro da mão com o braço estendido formando 60o com o piso = alcance
máximo eventual.
L3 = Comprimento do braço na horizontal, do ombro ao centro da mão.
O3 = Profundidade da nádega à parte superior do joelho.
2.2. Símbolo internacional de acesso
2.2.1. Representação
A indicação de acessibilidade das edificações, do mobiliário, dos espaços e dos
equipamentos urbanos deve ser feita por meio do símbolo internacional de acesso. A
representação do símbolo internacional de acesso consiste em pictograma branco sobre fundo
azul (referência Munsell 10B5/10 ou Pantone 2925 C).
Este símbolo pode, opcionalmente, ser representado em branco e preto (pictograma
branco sobre fundo preto ou pictograma preto sobre fundo branco), conforme Figura 9. A
figura deve estar sempre voltada para o lado direito, conforme Figura 10. Nenhuma
modificação, estilização ou adição deve ser feita a este símbolo.
25
Figura 9 — Símbolo internacional de acesso. (ABNT-NBR9050)
Figura 10 — Símbolo internacional de acesso — Proporções. (ABNT-9050)
2.2.2. Finalidade
O símbolo internacional de acesso deve indicar a acessibilidade aos serviços e
identificar espaços, edificações, mobiliários e equipamentos urbanos onde existem elementos
acessíveis ou utilizáveis por pessoas portadoras de deficiência ou com mobilidade reduzida.
2.2.3. Aplicação
Esta sinalização deve ser afixada em local visível ao público, sendo utilizada
principalmente nos seguintes locais, quando acessíveis:
26
a) entradas;
b) áreas e vagas de estacionamento de veículos;
c) áreas acessíveis de embarque/desembarque;
d) sanitários;
e) áreas de assistência para resgate, áreas de refúgio, saídas de emergência;
f) áreas reservadas para pessoas em cadeira de rodas;
g) equipamentos exclusivos para o uso de pessoas portadoras de deficiência.
Os acessos que não apresentam condições de acessibilidade devem possuir informação
visual indicando a localização do acesso mais próximo que atenda às condições estabelecidas
nesta Norma. (ABNT-2004)
27
3. SISTEMA DE ELEVAÇÃO
O projeto é composto por uma cadeira de rodas tubular, conforme Figura 11, por um
motor elétrico DC, conforme Figura 12, por sistema de elevação conhecido como “macaco”
conforme Figura 13 e controladores de subida e descida, conforme Figura 14 e duas baterias
de 12 volts ligadas em paralelo, conforme Figura 15.
Figura 11 - Cadeira de rodas tubular.
Figura 12 - Motor para elevação DC.
28
Figura 13 – Macaco utilizado no sistema de elevação.
Figura 14 - Sensor de subida e descida.
Figura 15 – Bateria 12 V – 7 AH
29
A cadeira de rodas tubular foi adquirida para ser adaptada nos movimentos de subida e
descida com um deslocamento aproximado de 25 cm, com o intuito de fazer com que o
usuário atinja uma altura que permita acessos em ambientes que tenha balcões ou mesmo para
uma conversa com amigos em uma altura condizente nas suas condições.
Na cadeira de rodas tubular, antes do acionamento do sistema de elevação, o usuário
fica na posição sentada a uma altura de 0,57 m em relação ao solo. Após o sistema acionado,
o usuário fica sentado a uma altura de até 0,81 m em relação ao solo, segue Figuras 16 e 17
demonstrando as posições.
Figura 16 – Desenho do sistema de elevação na cadeira de rodas, posição normal.
Figura 17 – Desenho do sistema de elevação da cadeira de rodas posição elevada.
30
3.1. Peso e dimensões
O motor elétrico possui as seguintes características:
O modelo escolhido foi o MR 110 VE / VER – 25, Figura18.
Figura 18 - Motor para o sistema de elevação DC.
31
O sistema elevação “macaco” que foi adquirido possui uma carga de elevação de 800
Kg, com elevação máxima de 500 mm, muito superior a carga a ser conduzida, que foi
calculado como uma média de 100 Kg, Figura 19. A aquisição do macaco foi para apenas um
protótipo de viabilidade de confecção ou não, se viável, o macaco pode ser projetado e
produzido por um custo menor.
Figura 19 – Desenho do sistema de elevação Macaco.
32
O sistema de elevação da cadeira de rodas é composto por uma cadeira de rodas
simples, tubular, e uma estrutura em separado que vai realizar a elevação e abaixamento do
usuário.
O desenho da Figura 20 é a estrutura a ser implantado na cadeira de rodas.
Figura 20 – Desenho da estrutura do sistema de elevação montada na cadeira de rodas.
3.2. Funcionamento do sistema de elevação.
O usuário da cadeira de rodas com o sistema de elevação vertical, que sentado na
posição normal, poderá a qualquer momento fazer o acionamento de elevação para uma altura
de até mais ou menos 250 mm, esse controle será feito pelo sistema de botão de acionamento
para elevar ou abaixar a estrutura, podendo ainda ser controlado a altura que o usuário quer
permanecer.
33
4. CÁLCULOS DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO.
Para as operações de levantamento e abaixamento utilizam-se parafusos com rosca de
perfil quadrado, como por exemplo, o macaco de veículos, que necessita de uma função de
autotravamento.
O termo autotravamento se define à condição na qual o parafuso não pode ser girado
pela aplicação de uma força axial à porca, seja qual for a magnitude. O parafuso auto travante
suportará a carga no lugar sem aplicação de qualquer torque de elevação ou abaixamento, o
parafuso não necessita de freio para manter a carga.
4.1. Dados do parafuso:
Diâmetro externo: 12,0 mm
Passo da rosca: 2,5 mm
Ângulo da hélice β: 3,7939°
Ângulo tangente da hélice: 0,066312952
Diâmetro interno: 10,0 mm
Diâmetro primitivo: 11.0 mm
Ângulo cosseno da hélice: 0,99781
Ângulo seno da hélice: 0,06617
34
4.2. Esquema das forças envolvidas no parafuso auto travamento
Onde:
F = somatório de forças no eixo do parafuso
P = força tangencial aplicada pelo motor
A força F representa o somatório de forças transmitidas no eixo do parafuso, em sentido
axial. Ela representa um somatório do peso da pessoa, da estrutura e das relações geométricas
do sistema de elevação. Logo, quanto maior for o peso da pessoa, maior será essa força F
aplicada ao eixo. (Shigley-Ed.Técnica)
4.2.1. O esquema representa as forças atuantes para a elevação.
Onde: F é a carga
N é a normal
µ é o coeficiente de atrito
P é a carga para elevação.
P
35
Assim a força de elevação é dada por:
P β
β β (1)
A força de atrito é definida por µN, e atua ao longo do plano inclinado mostrado na
figura que é formado pelo ângulo de hélice da rosca do Parafuso. (Neto-Fundamentos para o
Projeto)
4.2.2. O esquema abaixo representa as forças atuantes no abaixamento.
Assim, a força para abaixamento é dada por:
β β
β β (2)
Para a comprovação do autotravamento e garantia de segurança, utiliza-se a equação
de abaixamento para a situação de P=0, ou seja, motor desligado.
β β
β β
β β β β
Nesse caso, o peso da pessoa na cadeira atua sob a forma da força F e essa é a única
força atuante.
β β β β
β β
36
Logo, há dois casos que sustentam essa afirmação:
1- quando o peso sob a forma da força F for igual a zero; ou
2- quando (senβ - µcosβ) for igual a zero.
Como no primeiro caso não é necessário o autotravamento, verifica-se qual é o
coeficiente de atrito e encontra-se a relação:
β β
β β
β
β
β (3)
4.3. Cálculos do torque:
4.3.1. Para elevação da carga:
O Torque é dado por:
Assim, o torque para a elevação da carga é dado pela equação 4.
(4)
4.3.2. Para abaixar a carga:
Assim, o torque para o abaixamento da carga é dado pela equação 5.
(5)
37
5. RESULTADOS DOS CÁLCULOS
Apresentam-se como resultados numéricos os cálculos:
- da força de Elevação;
- do Torque subida ;
- do Coeficiente de Atrito;
Substituindo os dados do item 5.1, nas equações 1, 2, 3, 4, 5, tem-se:
- Coeficiente de atrito: µ = 0,066312952
- Força de elevação: F = 13,32 kgf.
- Força de torque no levantamento: T = 7,326647 kg.cm
5.1. Cálculo da Potência
O cálculo da potência do motor foi feito de acordo com os dados fornecidos pelo fabricante,
código MR 110 VE / VER – 25, da figura 18 e do torque de levantamento.
Sendo:
1CV = 736 Watt
P = Potência
T = Torque
RPM = 2π/ 60
1 kgf = 9,81 N.M
O cálculo da Potência fica sendo:
P = T . W → P = 0,73266 . 9,81 . 2 π/ 60 → P = 0,7522 N.M/S
P = 0,7522 W
38
5.2. Custo da cadeira de rodas com o sistema de elevação (Protótipo).
Os custos envolvidos no projeto para sua confecção unitária estão nos itens a seguir
relacionados:
a) 01 cadeira de rodas: R$ 300,00
b) 01 macaco mecânico: R$ 50,00
c) 01 motor de passo: R$ 150,00
d) 01 bateria 24 Volts: R$ 100,00
e) 02 Switches: R$ 10,00
f) 01 chapas de aço: R$ 50,00
g) Parafusos, arruelas e porcas: R$ 10,00
h) Chave elétrica 3 posições: R$ 30,00
i) Material de soldagem: R$ 10,00
j) Fiação do sistema: R$ 5,00
k) Barra de polipropileno: R$ 5,00
l) Cantoneiras de aço: R$ 5,00
m) Mão de obra e pintura: R$ 1.000,00
O preço do conjunto montado fica em aproximadamente R$ 1.725,00, nos valores atuais.
Não foi levado em consideração um provável lucro sobre a sua confecção.
Todos os custos citados foram adquiridos para a confecção de uma única cadeira com o
sistema de elevação, é provável que se produzido em escala industrial o seu custo caia
sensivelmente.
5.2.1 Preço da cadeira de rodas Ortostática
O preço de uma cadeira de rodas Ortostática é de aproximadamente R$ 6.500,00, nos
valores atuais.
5.2.2 Preço da cadeira de rodas Giroscópica
O preço de uma cadeira de rodas Giroscópica é de aproximadamente R$ 12.000,00,
nos valores atuais.
39
5.3. Durabilidade da bateria.
A bateria utilizada tem uma carga de 14 A e o motor, no seu consumo de pico de
subida, utiliza 1,4 A, portanto pode-se calcular que o tempo de durabilidade da carga é de 10
horas.
O tempo de subida e descida no sistema de automatização da cadeira de rodas é de
aproximadamente de 6 minutos.
Sendo assim temos que, sem perda de carga, o sistema pode ser utilizado em até 60
ciclos, sem que haja a necessidade de recarga da bateria.
5.4. Estabilidade da cadeira de rodas com o sistema implantado.
O macaco comprado comercialmente apresenta uma folga entre seus movimentos,
fazendo com que o sistema de subida e descida da cadeira de rodas ficasse com um
movimento de folga muito grande, com isso a pessoa ficaria oscilando em direções aleatórias,
mesmo com o sistema de travamento feito com as cantoneiras. Para minimizar essas folgas,
foram feitos alguns ajustes das folgas, melhorando assim os movimentos oscilatórios da
cadeira enquanto faz a operação de subida ou descida.
Por existir uma preocupação com a mudança do Centro de Gravidade do deficiente
físico na sua elevação, foram realizados testes de movimentos no encosto e nas laterais da
cadeira já elevada. O sistema provou que mesmo com as oscilações vindo das folgas do
macaco, é consistente mesmo com a mudança do Centro de Gravidade do deficiente físico.
40
6. APRESENTAÇÃO DO PROJETO MECÂNICO
Na sequência, são apresentadas fotos da alteração da cadeira de rodas básica para um
sistema de elevação automático.
6.1. Cadeira de rodas básica, Figuras 21 e 22.
Figura 21 – Foto da cadeira de Rodas básica, vista A
Figura 22 – Foto da cadeira de Rodas básica, vista B
41
6.2. Corte da estrutura da Cadeira de Rodas, foi separado a parte do assento da cadeira,
para início do projeto de automação, Figura 23 e Figura 24.
Figura 23 – Foto do corte da estrutura, vista A.
Figura 24 – Foto do corte da estrutura, vista B.
Corte do assento
42
6.3. Nas fotos, observa-se a Montagem da estrutura da base para sustentação do macaco.
Planejamento de fixação do macaco com o motor de elevação, Figura 25 e Figura 26.
Figura 25 – Montagem da estrutura e fixação do macaco, posição do motor elevação
Figura 26 - Montagem da estrutura e fixação do macaco, posição do motor abaixado.
Fixação do macaco
Posicionando o motor
Macaco elevado
Cadeira de rodas
Motor
43
6.4. Montagem da estrutura do assento e travamento do movimento de fechar da cadeira de
rodas, Figura 27.
Figura 27 – Foto da estrutura do assento.
6.5. Cadeiras de rodas montada com a estrutura pronta para receber o sistema de elevação
automático, Figura 28.
Figura 28 – Foto da estrutura da cadeira de rodas montada
Assento
Chapa de travamento
Estrutura do assento montado
44
6.6. Montagens da estrutura no macaco (cantoneiras e barra de polipropileno), para o
sistema de elevação e abaixamento do assento do cadeirante, Figura 29.
Figura 29 – Foto do detalhe da fixação da estrutura do sistema de elevação e abaixamento.
6.7. Montagens da estrutura de elevação e abaixamento do assento com a fixação do motor,
por intermédio de uma bucha de bronze, Figura 30.
Figura 30 – Foto da fixação do motor no macaco.
Estrutura de cantoneira
Barra de polipropileno
Bucha de fixação do
motor no macaco
45
6.8. Detalhes de fixação das barras de polipropileno no assento da cadeira de rodas, Figuras
31 e 32.
Figura 31 – Foto do detalhe de fixação do assento no sistema de elevação e abaixamento,
vista A.
Figura 32 – Foto do detalhe de fixação do assento no sistema de elevação e abaixamento,
vista B.
Assento
Barra para fixação do assento
46
6.9. Testes utilizando o motor para realizar o movimento de elevação e abaixamento do
assento da cadeira de rodas, Figuras 33,34,35 e 36.
Figura 33 – Foto do movimento de elevação frontal.
Figura 34 – Foto do movimento de elevação traseira.
Macaco no sistema elevado
47
Figura 35 – Foto do movimento de elevação lateral.
Figura 36 – Foto do movimento de elevação vista por cima.
48
6.10. Detalhes do sistema de elevação e abaixamento do assento da cadeira de rodas, Figura
37.
Figura 37 – Foto do detalhe do sistema de elevação e abaixamento
6.11. Sistemas de elevação e abaixamento do assento montado na cadeira de rodas, Figuras
38, 39. 40 e 41.
Figura 38 – Foto do sistema de elevação e abaixamento montado, lateral
49
Figura 39 – Foto do sistema de elevação e abaixamento montado, frontal.
Figura 40 – Foto do sistema de elevação e abaixamento montado, traseira.
50
Figura 41 – Foto do sistema de elevação e abaixamento montado, visão geral.
6.12. Sistemas de elevação e abaixamento do assento montado na cadeira de rodas, acionado,
Figuras 42, 43, e 44.
Figura 42 – Foto do sistema de elevação e abaixamento acionado, lateral
51
Figura 43 – Foto do sistema de elevação e abaixamento acionado, frontal.
Figura 44 – Foto do sistema de elevação e abaixamento acionado, traseira.
52
6.13. Detalhes do sistema de elevação e abaixamento do assento da cadeira de rodas,
acionado, Figuras 45, 46 e 47.
Figura 45 – Foto dos detalhes do sistema de elevação e abaixamento, traseira.
Figura 46 – Foto dos detalhes do sistema de elevação e abaixamento, lateral.
53
Figura 47 – Foto dos detalhes do sistema de elevação e abaixamento, frontal.
6.14.. Detalhes do sistema de fixação da bateria e sistema de fim de curso, subida e descida,
Figuras 48, 49 e 50.
Figura 48 – Foto do detalhe da fixação da bateria e sistema de fim de curso.
Fim de curso elevação
Fim de curso abaixado
abaixamento
Pino de acionamento
Barras de sustentação do assento
54
Figura 49 – Foto do detalhe do fim de curso, subida e descida.
Figura 50 – Foto do detalhe da fixação das baterias
Fim de curso elevação
Fim de curso abaixamento
Bateria 24 Volts
Chapa de fixação
55
7. ANÁLISE
O projeto do sistema de elevação, foi de grande aprendizagem e gratificante, pois se
tornou realmente um projeto voltado para pessoas com deficiência de locomoção. Através
desse sistema de movimentação vertical do assento, o cadeirante pode se comunicar/dialogar
na mesma altura de visão. Durante a implantação desse projeto, desde a sua concepção até a
sua realização, foi necessário colocar em prática conhecimentos técnicos e científicos das
áreas de mecânica e elétrica.
7.1. Vantagens do sistema de elevação
● O sistema é viável de implantação pelo seu custo, tornando viável para as pessoas de
camadas sociais mais baixas.
● Pode ser utilizado em residência para trabalhos em que o deficiente não consiga o alcance
sentado normalmente na cadeira de rodas.
● Pode ser usado em locais de serviço em empresas que utilizam a mão de obra do deficiente,
para que aumente a gama de operações que possa ser realizado por ele.
● O deficiente físico pode se socializar em diferentes ambientes, nos diálogos com colegas na
mesma altura de campo de visão.
7.2 Desvantagens do sistema de elevação
● O sistema implantado não permite que a cadeira se dobre para o transporte com carros de
pequeno porte.
● A bateria tem uma durabilidade que não pode ser visualizada sobre seu nível de carga.
● O motor não tem uma variação de velocidade, é lento para subir e descer.
● Os movimentos de subida e descida são instáveis, pela folgas existentes no macaco
mecânico.
56
8. COMENTÁRIOS
● Depois de verificada a funcionalidade do projeto em relação à sua utilização, ele permite
que o usuário da cadeira consiga, em diversos ambientes, se comunicar com colegas em um
nível de altura de visão sem que haja a necessidade da elevação do seu nível de campo visual.
● Comparando os custos envolvidos em todo o processo de construção, incluindo o custo da
cadeira de rodas simples, pode-se concluir que em relação aos custos das cadeiras de rodas
existentes que tenham um sistema de elevação, o projeto se torna totalmente viável,
contemplando assim, as camadas sociais mais baixas.
Preços comparativos:
Projeto completo da Cadeira de rodas simples: R$ 1.725,00
Cadeira de rodas Ortostática: R$ 6.500.00
Cadeira de rodas Giroscópica: R$ 12.000,00
Valores atualizados em 2011.
Obs.: Os valores do projeto do sistema não estão computados os valores dos impostos,
federal, estadual e municipal.
● Em relação ao motor escolhido, pode-se verificar que o torque necessário para a elevação
da cadeira de rodas é bem menor do que o torque máximo especificado no motor.
T = 7,3205 Kgf.cm – Torque necessário para elevação.
T = 30 kgf.cm - Máxima eficiência do motor.
8.1 Propostas para trabalhos futuros:
● Alterar o projeto do mecanismo de elevação, onde o atual possui uma estrutura muito
esbelta, tornado a subida instável. Como a utilização de dois macacos ou um com uma
largura maior para garantir uma estabilidade maior;
● Incluir um medidor de nível de carga da bateria, que irá mostrar ao usuário o limite do uso
evitando assim uma parada durante o percurso de subida e descida.
57
● Construir uma cadeira com sistema de elevação dobrável, para transporte em carros de
pequeno porte.
● Implantar um motor de rotação variável, que possa ser controlado, conforme a necessidade
do deficiente físico.
58
9. CONCLUSÃO
Após montagem da estrutura do sistema de elevação da cadeira de rodas, podemos
concluir que:
● Em relação aos cálculos, o motor e o sistema atendem perfeitamente a necessidade do
funcionamento da elevação do deficiente físico.
● Em relação ao custo para a sua confecção, mesmo sem os cálculos dos impostos para a sua
produção, é totalmente viável para atender uma população de camada social mais baixa, que
não tenham o poder aquisitivo suficiente para adquirir as cadeiras de rodas de elevação
existente no mercado brasileiro.
● Em relação à sua utilização, é viável tanto em um ambiente familiar, social ou profssional.
● Em relação ao bem estar e conforto do usuário da cadeira de rodas, a cadeira com o sistema
é de grande valor social, pois faz com que o mesmo tenha uma maior interação em diferentes
ambientes familiar, social ou profissional.
59
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT NBR 9050:2004
AUTONOMIA DA BATERIA. Disponível em: <http://www.guiadohardware.net
/faqmanutencao/como-calcular-autonomia-da-bateria-extra.html>. Acesso em: Dezembro
2009.
CADEIRA DE RODAS. Disponível em: <http://www.inerciasensorial.com.br/cadeira-
derodas>.Acesso em: Dezembro 2009.
CADEIRA ORTOSTÁTICA. Disponível em: <http://www.radnet.com.br/costaramos>.
Acesso em: Dezembro 2009.
www.crfaster.com.br – Acessibilidade - Centro de Referências FASTER – acessado em
Março 2011.
HISTÓRIA DA CADEIRA DE RODAS. Disponível em:
<http://www.bayoubrasil.com/news_i_invent_cadeira_de_rodas.htm>. Acesso em: Dezembro
2009.
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas-IBGE, Censo 2000.
Macaco Mecânico. Disponível em: <http://www.egroj.com.br/unidades.htm>. Acesso em:
Dezembro 2009.
Prof. Dr. Neto P. S. - Fundamentos para o Projeto de Componentes de Máquina Pontifícia
Universidade Católica de Minas Gerais – Disponível em
http://www.mea.pucminas.br/pdf/Fundamentos%20Para%20o%20Projeto%20de%20Compon
entes%20de%20Maquinas.pdf Acesso Novembro 2011.
revistagalileu.globo.com – cadeira giroscópica – Abril 2010
www.adital.com.br/site/noticia2.asp?lang=PT&cod=19252.
Shigley J.E.- Elementos de Máquina – Livros Técnicos e Científicos Ltda.
