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PRODUÇÃO DE CADEIRA DE RODAS MOTORIZADA PARA
PESSOAS COM DEFICIÊNCIA FÍSICA
Orientador
Adalberto Sanches Munaro
Lucas Mariusso Zoliani Luiz Eduardo Garcia de Freitas
[email protected] [email protected]
Alunos do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.
Faculdade de Tecnologia de Garça.
RESUMO
Partindo de dados estatísticos baseados em estudos do Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística (IBGE) sobre a quantidade de brasileiros com deficiência
motora ou com incapacidade de se locomoverem, decidiu-se criar um equipamento
que as ajude na execução de tarefas rotineiras. Este equipamento é uma cadeira de
rodas motorizada, capaz de transpor pequenos obstáculos, como calçadas sem
rampa ou pequenos degraus. Devido ao alto custo dos componentes do projeto,
como por exemplo, os motores elétricos, optou-se pela fabricação de um protótipo
com dimensões reduzidas. Como o projeto visa promover a integração do deficiente
na sociedade, e ainda melhorar a qualidade de vida, oferecer autonomia, considera-
se, portanto, um equipamento de tecnologia assistiva.
Palavras-chave: Deficiência motora. Cadeira de rodas. Obstáculos.
Abstract:
From the statistical data based on studies of the Brazilian Institute of Geography and
Statistics (IBGE) on the number of Brazilians with physical disabilities or disabilities
move around, decided to create a device that helps in locomotion during their day-to-
day . This machine is a motorized wheelchair, able to overcome small obstacles such
as driveways without ramp or small steps. Due to the high cost of the project
components, such as electric motors, it was decided to manufacture a prototype with
reduced dimensions. As the project aims to promote the integration of the disabled in
society, and further improve the quality of life, offering autonomy, it is therefore an
assistive technology device.
Keywords: Disability motor. Wheelchair. Obstacles.
1. INTRODUÇÃO
Partindo de dados estatísticos baseados em estudos do Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística (IBGE) sobre a quantidade de brasileiros com deficiência
motora ou com incapacidade de se locomoverem, decidiu-se criar um equipamento
que as ajude na execução de tarefas rotineiras. Este equipamento é uma cadeira de
rodas motorizada, capaz de transpor pequenos obstáculos, como calçadas sem
rampa ou pequenos degraus. Segundo pesquisa recente do IBGE (2010), existem
mais de 4 milhões de brasileiros, com deficiência motora severa e com grandes
dificuldades ou incapacidade de se locomoverem, das quais 734,4 mil não
conseguiam caminhar ou subir escadas.
Partindo desse pressuposto, percebe-se que a locomoção desses indivíduos
com a utilização de um equipamento mecânico será facilitada, diminuindo assim, seu
esforço físico e tempo, além de promover a inclusão destas pessoas na sociedade.
Devido ao alto custo de componentes como os motores elétricos, optou-se pela
fabricação de um protótipo com dimensões reduzidas.
O objetivo deste trabalho é produzir um protótipo de uma cadeira de rodas
motorizada que facilite a locomoção de pessoas com deficiência física na execução
de tarefas do seu dia-a-dia, aumentando assim sua independência. Como o projeto
visa promover a integração do deficiente na sociedade, e ainda melhorar a qualidade
de vida, oferecer autonomia, considera-se, portanto, um equipamento de tecnologia
assistiva, que é definida com uma ampla gama de equipamentos, serviços,
estratégias e práticas concebidas e aplicadas para minorar os problemas funcionais
encontrados pelos indivíduos com deficiências. (COOK & HUSSEY, 1995). E ainda,
definir e identificar recursos ou serviços que contribuem para facilitar ou ampliar as
habilidades funcionais de pessoas com deficiência física ou motora (BRASIL, 2005).
A justificativa encontrada é que existem muitas pessoas com dificuldades de se
locomoverem devido a deficiência física e motora ou ainda, pelas más condições em
que se encontram as vias públicas. Segundo pesquisa do IBGE (2010) somente
4,7% das vias urbanas possuem rampas para cadeirantes. Na cidade de São Paulo
foram pesquisadas 11.792.539 casas, e apenas 5,7% delas possuem rampas no
entorno Para JUNIOR (2012):
"As situações mais críticas foram observadas nas regiões Norte e Nordeste, onde 1,6% dos domicílios urbanos têm rampas. No Sudeste, essa proporção chega a 5%. Já nas regiões Centro-Oeste e Sul, 7,8% das vias ao redor das casas apresentam acesso adequado para deficientes físicos".
Salienta-se que não é apenas a falta das rampas que dificultam a locomoção
de pessoas cadeirantes, existem muitos outros obstáculos, como buracos, calçadas
mal projetadas e ruas sem pavimentação que contribuem para essa situação.
2. DESENVOLVIMENTO
A seguir, será descrito sobre o desenvolvimento da cadeira de rodas
motorizada para pessoas com deficiência física.
2.1 Projetos Atuais
Existem diversos modelos de cadeiras de rodas motorizadas no mercado, cada
uma com suas características e especificações, bem como, com valores, peso,
tamanho, potência do motor e material distintos. As cadeiras motorizadas foram
desenvolvidas para ajudar e facilitar a vida dos cadeirantes, trazendo maior conforto
e rapidez para o usuário. O maior problema encontrado para a aquisição é o seu alto
custo.
Foi realizada uma pesquisa detalhada de valores, e constatou-se que os
preços podem variar entre R$4.500,00 a R$8.800,00 reais. Dessa forma, a aquisição
de uma cadeira desse modelo, é rara, visto que, uma cadeira convencional e
simples está em torno de R$500,00 a R$700,00 reais. Em virtude disso, e levando
em consideração que em diversas outras situações, os cadeirantes precisam
destinar seus rendimentos para tratamentos médicos e na aquisição de
medicamentos caros, optou-se pelo prosseguimento do projeto em questão, pois, a
barreira da viabilidade financeira poderia ser transposta.
A Figura 1 é de uma cadeira de rodas motorizada comercializada atualmente,
um modelo SX, da fabricante Freedom, possuí dois motores de corrente contínua de
400W cada, e suporta indivíduos de até 150 quilos. Seu valor médio é R$ 8.819,22.
Figura 1 - Cadeira de rodas motorizada SX
Fonte: FREEDOM SX (http://www.sinetecirurgica.com/)
2.2 Desenvolvimento da Cadeira de rodas motorizada
Para o desenvolvimento do projeto será necessário a utilização de dois
motores elétricos acionados por uma placa de controle que possibilitará a locomoção
da cadeira. Os motores elétricos, um em cada roda, tem como objetivo dividir o peso
do utilizador, para que um único motor não seja sobrecarregado, e aumentando
assim, o torque para que a cadeira consiga ultrapassar seus obstáculos com maior
facilidade. Ambos os motores serão acionados ao mesmo tempo através de botões
de acionamento, por meio de uma placa de controle.
Os motores serão controlados através das placas de Ponte H (responsável
pelo controle de direção de rotação) e da placa Arduino (controle de velocidade), o
detalhamento desses itens serão explanados no decorrer do artigo. Para a
realização de curvas, os motores terão suas velocidades controladas de acordo com
os botões de controle da placa, fazendo com que um motor gire mais lentamente
que o outro dependendo da direção que se deseja virar.
Devido ao alto custo dos motores elétricos e das baterias, optou-se por montar
a parte elétrica do protótipo em proporções reduzidas, com componentes de menor
consumo, porém com a mesma funcionalidade. A parte estrutural foi elaborada de
acordo com o tamanho real do projeto, já que as partes que a compõem são
facilmente encontradas e com preços acessíveis.
2.2.1 Componentes da cadeira de rodas motorizada
Abaixo o detalhamento dos componentes utilizados no desenvolvimento do
projeto.
2.2.1.1 Parte Mecânica - Chassis
Para a fabricação do chassis foi utilizado dois quadros de bicicleta e partes de
uma cadeira de rodas convencional quebrada. Decidiu-se montar a parte estrutural
com materiais reutilizados a fim de diminuir os custos do projeto. As rodas traseiras
são de aro 26, enquanto que as da frente são de aro 20.
Figura 2 - Chassis da cadeira de rodas
Fonte: Elaborado pelo autor.
2.2.1.2 Motor Elétrico de Corrente Contínua (DC)
O motor elétrico tem por finalidade fazer a movimentação da cadeira de rodas
através de sua instalação nos eixos que movimentam as rodas. O motor de corrente
contínua possui dois polos, que quando energizados geram um campo elétrico que
fazem com que o eixo do motor gire para um lado. Para inverter essa rotação basta
inverter a polaridade dos polos. No desenvolvimento do projeto, optou-se pela
utilização de duas chaves, como detalhado na Figura 3.
Figura 3 – Acionamento de um motor DC
Fonte: BASCONCELLO FILHO (2013).
Na Figura 3, a chave SW2 está ligada aos 12 volts (V) enquanto que a chave
SW1 está ligada ao terra (GND), fechando assim o circuito, possibilitando que o
motor gire para um lado. Ao inverter a ligação (Figura 4), SW2 ligado ao terra e SW1
aos 12V, o motor irá girar para o outro lado.
Figura 4 – Inversão da rotação de um motor DC
Fonte: BASCONCELLO FILHO (2013).
O motor utilizado tem potência de 500W e 24V. Através do triângulo de
potência, é possível calcular a corrente consumida pelo motor (Potência = Tensão x
Corrente), assim sendo, o motor irá consumir uma corrente de 21A
aproximadamente, com torque de N/m (Newton/metro), suportando um peso de até
120 quilos. Optou-se pelo motor em questão, em virtude de sua potência e seu
formato, que facilita a montagem no chassis da cadeira de rodas, já que ele possui
os furos para encaixe das raias da roda, é um motor utilizado em bicicletas elétricas.
Na Figura 5 é ilustrado o motor.
Figura 5 - Motor DC
Fonte: Elaborado pelo autor.
2.1.2 Placa de Controle - Ponte H e PWM
Para o controle da direção de rotação do motor será necessário utilizar um
circuito chamado Ponte H. Esse circuito tem esse nome devido à forma com que é
montado, onde o motor fica localizado no meio do circuito e as chaves ficam ao seu
redor, formando uma letra H. Na Figura 6 é ilustrado um exemplo básico de uma
Ponte H que mostra a forma de ligação das chaves e o motor, onde M representa o
motor, S1, S2, S3 e S4 as chaves, e Vin a tensão que alimenta o circuito. Para
acionar o motor é necessário fechar as chaves S1 e S4, fazendo com que ele gire
para um lado, ou S2 e S3, para o outro. Não é permitido o acionamento das chaves
que ficam do mesmo lado do circuito (S1 e S2 ou S3 e S4) para que não aconteça
um curto circuito, e o motor venha a sofrer danos irreversíveis.
Figura 6 - Exemplo de Ponte H
Fonte: PRADO (2009)
A Ponte H é feita baseada no sistema de inversão da polaridade das bobinas
do motor, só que ao invés de utilizar as chaves, utilizam-se os transistores, fets,
mosfets ou relés, dependendo da corrente consumida pelo motor. Existe um
pequeno risco de se ligar o motor de forma a causar um curto circuito, para evitar
isso, é necessário utilizar de componentes de proteção, como diodos por exemplo.
Na Figura 7 é ilustrado o esquema de uma Ponte H utilizada no
desenvolvimento do projeto.
Figura 7 - Esquema elétrico de uma Ponte H
Fonte: Elaborado pelo autor.
Com a Ponte H será possível inverter a rotação do motor e possibilitar que a
cadeira elétrica se movimente para frete ou para trás. Como será necessário utilizar
dois motores, o projeto terá duas placas. Cada uma com os seguintes componentes:
Diodo IN4004 – Necessário para proteger o motor da cadeira, caso os relés sejam
acionado erroneamente, eles impedem que o excesso de tensão queime o motor;
Resistor 1/2 Watt – A resistência elétrica é a oposição que um material apresenta ao
fluxo de corrente elétrica (SENAI, 2012). Os resistores tem como finalidade reduzir a
corrente do circuito afim de proteger outros componentes eletrônicos; O Relé 12V
tem a função de inverter o positivo e o negativo do circuito através de seus contatos
internos aberto ou fechado. O Transistor BC 337 e Transistor IRF 540 tem a função
de conduzir quando há uma corrente necessária para que ele entre em estado de
corte. Já a Placa Ilha 10x10 possuirá todos os componentes e ligações e o Borne 2
vias será utilizado para facilitar a ligação dos cabos de alimentação dos motores de
corrente contínua. Na Figura 8 é ilustrada a placa Ponte H utilizada no projeto.
Figura 8 - Placa Ponte H
Fonte: Elaborado pelo autor.
Para o controle do PWM (Pulse Width Modulation - Modulação por Controle
de Pulso), será utilizado o microcontrolador Arduino Mega 256, que pode ser
definido como:
“Uma plataforma de prototipagem eletrônica criado com o objetivo de permitir o desenvolvimento de controle de sistemas interativos, de baixo custo e acessível. Além disso, todo material (software, bibliotecas, hardware) é open-source, ou seja, pode ser reproduzido e usado por todos sem a necessidade de pagamento de direitos autorais. Sua plataforma é composta essencialmente de duas partes: O Hardware e o Software.” SILVEIRA (2012)
Escolheu-se para a aplicação no projeto o Arduino por ele ser um
microcontrolador didático, de fácil programação e com várias possibilidades de uso.
A escolha do Mega 2560 deve-se à quantidade de entradas e saídas digitais que
este possui, bem como já possuir saídas próprias para PWM. Abaixo segue a tabela
com as especificações:
Tabela 1 - Especificações do Arduino Mega 2560
Tensão de Operação 5 V
Tensão de entrada (recomendada) 7-12V
Tensão de entrada (limite) 6-20V
Pinos Entrada/Saída Digitais 54
Pinos Entrada/Saída Analógicas 16
Corrente CC por pino 40mA
Corrente CC por 3.3V/pino 50mA
Velocidade de Clock 16 MHz
Fonte: SILVEIRA (2012)
Na Figura 9 é ilustrada o modelo da placa utilizada na elaboração do projeto.
Figura 9 - Arduino Mega 2560
Fonte: SILVEIRA (2012)
2.1.3 Baterias
Como optou-se pelo motor DC, será necessário uso de baterias para seu
funcionamento, sem a necessidade de ficar plugado a uma tomada. Como o motor
necessita de 24V para sua alimentação, pretende-se utilizar duas baterias de 12V
10A ligadas em série para cada motor, totalizando 4 baterias.
2.1.4 Cadeira Motorizada
A placa Arduino Mega 2560 possui12 saídas (pinos) para PWM, a
comunicação entre a placa Ponte H e a placa Arduino será feita através de um
desses pinos. Ela irá gerar um pulso de tensão responsável por magnetizar as
bobinas dos relés para que estes venham a interverter suas saídas, fazendo com
que o motor gire para o lado contrário.
A alimentação da placa Ponte H será feita através das saídas de 5v e GND da
placa Arduino, visto que trata-se de um protótipo em dimensões reduzidas. Para a
alimentação da placa Arduino, serão utilizados 5V.
Na Figura 10 é ilustrado o circuito elétrico do projeto em proporções
reduzidas.
Figura 10 – Circuito da Cadeira Elétrica
Fonte: Elaborado pelo autor.
Na Figura 11, segue ilustrada a alimentação da placa Arduino.
Figura 11 – Alimentação da placa Arduino
Fonte: Elaborado pelo autor.
A Figura 12 e a Figura 13 mostra a estrutura da Cadeira Elétrica em tamanho
real, parte da frente e parte de trás.
Figura 12 – Estrutura da Cadeira Elétrica – Parte da Frente
Fonte: Elaborado pelo autor.
Figura 13 – Estrutura da Cadeira Elétrica – Parte da Trás
Fonte: Elaborado pelo autor.
Na Figura 14 é ilustrada a cadeira elétrica com uma visão lateral, a roda
traseira é de aro 20 e a dianteira, aro 26, própria de cadeira de rodas.
Figura 14 – Estrutura da Cadeira Elétrica – Visão lateral
Fonte: Elaborado pelo autor.
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através da elaboração deste artigo, chegou-se a conclusão que se faz
necessário que a sociedade se adapte para inserir os deficientes físicos em
atividades de convívio comum. Porém, para que esse processo inclusivo seja
satisfatório é necessário considerar as peculiaridades dessas pessoas. Como base,
o deficiente físico necessita de uma cadeira de rodas para viabilizar sua locomoção,
entretanto, o meio em que está inserido também deve estar adaptado. As ruas e
calçadas com pavimentação, rampas de acesso, cômodos maiores, elevadores,
entre diversos outros aspectos essenciais.
Dessa forma, objetivou-se ao longo do desenvolvimento deste projeto,
oferecer uma ferramenta que proporcionasse autonomia aos deficientes físicos, e
levou-se em consideração, principalmente a questão de ser uma ferramenta
monetariamente acessível e viável. A cadeira de rodas motorizada, foi construída a
partir de materiais reutilizados, como pedaços de ferros e partes de uma cadeira de
rodas danificada.
Pretende-se continuar o desenvolvimento deste protótipo e colocá-lo em
funcionamento, implementando toda a parte elétrica, que atualmente funciona em
versão reduzida, e assim, efetuar testes de usabilidade com os cadeirantes, e se
caso for, realizar as mudanças sugeridas, afim de, alcançar os objetivos traçados
inicialmente e proporcionar autonomia e qualidade de vida ao deficiente.
4. REFERÊNCIAS
CENSO Demográfico de Pessoas Portadoras de Deficiência no Brasil (2000).
Disponível em <http://www.cedipod.org.br/Ibge1.htm>. Acesso em 17 Julho 2013. COOK, A.M. & HUSSEY, S. M. (1995) Assistive Technologies: Principles and
Practices. St. Louis, Missouri. Mosby - Year Book, Inc.
BRASIL. Ministério de Ciência e Tecnologia. Chamada pública MCT/FINEP/Ação Transversal - Tecnologias assistivas - Seleção pública de propostas para apoio a projetos de pesquisa e desenvolvimento de tecnologias assistivas para
inclusão social de pessoas portadoras de deficiência e de idosos (2005), Disponível em
<http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/10253.html>. Acesso em 13 Julho 2013. FREEDOM SX. Disponível em
<http://www.sinetecirurgica.com/loja/produtos/detalhe/359/cadeira-de-rodas-
motorizada-sx?gclid=COKY04Ku7boCFQpnOgod0gMA-g>. Acesso em 12 Setembro 2013. IBGE, Censo demográfico do (2010). Disponível em
<http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_impressao.php?id_noticia
=2125>. Acesso em 25 Agosto 2013. _____. Resultados Preliminares do Censo (2010). Disponível em
<http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/censo2010/resultados_preliminares_amostra/notas_resultados_preliminares_amostra.pdf>. Acesso em 25 Agosto
2013. JUNIOR, Cirilo (2012). IBGE: 4,7% das vias urbanas do País têm rampas para
cadeirantes. Disponível em
<http://noticias.terra.com.br/brasil/noticias/0,,OI5793952-EI306,00-
IBGE+das+vias+urbanas+do+Pais+tem+rampas+para+cadeirantes.html>. Acesso em 14 Julho 2013. RAMBO, W. Como funciona o motor de corrente contínua - ART476 (2012).
Disponível em <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/3414-
art476a>. Acesso em 18 Julho 2013. SENAI (2011). Instrumentação - Eletrônica Geral. Halliday - Física - Vol 3 - 8ª Ed.