Silla De Ruedas

SISTEMA DE CONTROL DE UNA SILLA

DE RUEDAS MOTORIZADA PARA PERSONAS

CUADRIPLÉJICAS

C.D. RIGANO, J.P. BOTTANI, A. ROMANO, R. MORO ZUBILLAGA

Y O.A.A. ORQUEDA

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Bahía Blanca (UTN-FRBB)

11 de Abril 461 – (8000) Bahía Blanca – Argentina

Resumen- En este trabajo se presenta el desarrollo

de varios sistemas de control de una silla de ruedas

motorizada para personas de distintas discapacidades

físicas, hasta la cuadripléjia. Los sistemas de

control están basados en la programación de un PLC

S7-212 de Siemens. La silla se puede controlar mediante

joystick, soplo y aspiración o contacto.

Los objetivos fundamentales perseguidos con este

trabajo son: (a) desarrollar un sistema de desplazamiento

para mejorar la calidad de vida de personas

discapacitadas; (b) desarrollar circuitos y programación

de control con aplicaciones inmediatas, que

permitan profundizar y afianzar conocimientos a los

alumnos del Departamento de Ingeniería Eléctrica

de la Universidad Tecnológica Nacional - Facultad

Regional Bahía Blanca (UTN-FRBB.)

Palabras Claves - Circuitos Combinacionales,

Autómata Programable, Silla de Ruedas Motorizada.

I. INTRODUCCIÓN

El proyecto se concibe con la intensión de desarrollar un

sistema de control para aplicarlo en una silla de ruedas.

Este trabajo está orientado a favorecer la calidad de vida

de personas con distintas incapacidades motrices, hasta

el grado de personas cuadripléjicas. El prototipo se observa

en la figura 1.

El sistema de control responde a tres tipos de comandos,

implementados sobre la silla. Para personas

parapléjicas, ofrece la posibilidad del comando a través

del clásico joystick, controlado manualmente. Para problemas

de cuadripléjia, se puede comandar bucalmente,

sobre una boquilla, mediante una cantidad determinada

de soplidos y aspiraciones. Mientras que para personas

con dificultades intermedias o especiales, existe la posibilidad

de controlar la silla mediante una cierta cantidad

de pulsos sobre un contacto.

El proyecto se ha llevado a cabo sobre una silla de

ruedas motorizada y comandada por joystick y lógica de

contactores. Esta ha sido diseñada y construida enteramente

por alumnos y docentes de la especialidad Electromecánica

de la Escuela de Educación técnica N°1

“Crucero A.R.A. Gral. Belgrano” de Ing. White. Este

proyecto ha obtenido el primer lugar en la Feria de

Ciencias local del año 1997 y ha accedido a competir en

el mismo certamen en el ámbito provincial. El primer

autor de este trabajo es uno de los alumnos participantes

en el proyecto original.

El trabajo está organizado de la siguiente manera:

En la sección II, se presenta las características físicas de

la silla y los distintos elementos que la componen. En la

sección III, se describen los distintos tipos de movimientos.

En la sección IV, se desarrolla el circuito de

potencia, que es el encargado de activar los motores. En

la sección V se analiza el PLC, empezando por las entradas

y salidas y terminado con el programa. En la sección

VI se resume los resultados experimentales obtenidos.

Las conclusiones, los proyectos futuros y la bibliografía

cierran este trabajo.

Figura 1 – Representación de la silla de ruedas.

II. CARACTERÍSTICAS

La silla está construida en caño estructural, lo que le

otorga mayor peso y mucha mayor resistencia, aunque

menor autonomía. Ha sido construida, a excepción de

los motores, con material reciclado.

Las dimensiones del prototipo son estándar, diferenciándose

solamente en un mayor ancho, dependiente del

tamaño de las dos baterías de 12 voltios de automóvil,

que tiene colocadas bajo el asiento. La butaca ha sido

reciclada de una silla de escritorio. Las ruedas traseras

son de un ciclomotor de 50cm3. Las ruedas delanteras

son de movimiento libre, extraídas de otra silla de ruedas

de rezago.

La tracción es obtenida de dos motores de corriente

continua de 24 voltios con conexión en derivación y con

una potencia de 1 HP. Cada motor está acoplado a una

caja reductora y la cupla se transmite a las ruedas por

medio de un sistema de poleas y una correa en V.

Delante del apoya-brazos derecho tiene montado el

joystick, tres leds indicadores de funcionamiento y un

botón de comando.

En la parte posterior se encuentra el gabinete eléctrico,

y sobre un riel Din, en su interior, están montados un

PLC S7-212 de SIEMENS, cuatro contactores de potencia

para el comando de los motores, el diafragma para el

comando por soplos, su circuito electrónico y una protección

electromagnética. Este gabinete se observa en la

figura 2.

Figura 2 – Tablero eléctrico.

Las dimensiones de la silla son:

§ Alto:113 cm

§ Ancho:76 cm

§ Largo:103 cm

§ Peso:35 Kgf (Sin baterías)

III. MOVIMIENTOS

La silla de ruedas posee seis movimientos, los cuatro

clásicos de avance, retroceso, giro hacia la izquierda y

hacia la derecha, más dos movimientos de giro corto

hacia la derecha e izquierda. Estas últimas permiten

maniobrar en lugares de poco espacio.

Todos los movimientos se encuentran resumidos en

la figura 3.

Figura 3 – Tipos de movimientos.

La silla de ruedas avanza hacia delante, cuando los

dos motores giran en sentido horario, estando el observador

situado a la derecha de la silla. Al avanzar hacia

atrás, los dos motores giran en sentido antihorario.

El control permite girar de dos formas distintas. En

la forma denominada giro largo, un solo motor está

activo. Por ello, para girar hacia la derecha se activa el

motor izquierdo en sentido horario y para doblar a la

izquierda se acciona el motor derecho en sentido horario.

El radio de giro para esta forma es igual al ancho de

la silla de ruedas.

En la forma de giro corto, los dos motores funcionan

simultáneamente. Cuando gira hacia la derecha, el motor

izquierdo se activa en sentido horario y el motor

derecho en sentido antihorario. Mientras que en el giro

hacia la izquierda, el motor derecho gira en sentido horario

y el motor izquierdo en sentido antihorario. El

radio de giro es igual a la mitad del ancho de la silla de

ruedas. Esto permite que la silla maniobre en lugares de

poco espacio ya que la misma gira sobre su propio eje.

IV. CIRCUITO DE POTENCIA

La activación de los motores se realiza por medio de

cuatros contactores trifásicos. Las bobinas de los contactores

son de 24 Voltios de corriente continua. Cada

motor utiliza dos contactores, uno para poder girar en

sentido horario y el otro para invertirlo. Dos de los contactos

de cada contactor trifasico permiten invertir la

corriente del bobinado de campo y el restante es utilizado

para alimentar el bobinado de la armadura de manera

que siempre tenga una circulación de corriente en el

mismo sentido, representado en la figura 4.

Los contactores son activados indirectamente por las

salidas del PLC. Para protección, tiene colocado una

interfase intermedia, diseñada con relés de una central

telefónica que activa los contactores, figura 4. Los diodos

colocados en paralelo a las bobinas de los contactores

y de los relés son utilizados para disipar la energía

almacenada en la inductancia cuando se produce la desconexión.

A. Motor Izquierdo

Cuando se activa la salida Q0.0 del PLC, se energiza el

relé R1, el cual hace lo mismo con el contactor C1 y

produce la puesta en marcha del motor izquierdo en

sentido horario. Cuando la salida Q0.2 tiene valor lógico

igual a uno se activa el relé R3, el contactor C3 y el

motor se pone en funcionamiento en sentido antihorario.

B. Motor Derecho

De la misma manera, al estar la salida Q0.1 del PLC en

el nivel lógico alto, se activa el relé R2, con él, el contactor

C2 y pone en funcionamientos el motor derecho

en sentido horario.

Finalmente, cuando Q0.3 tiene valor lógico igual a

uno, se pone en marcha el motor en sentido antihorario.

Las salidas Q0.0 y Q0.2, así como las salidas Q0.1 y

Q0.3 del PLC poseen enclavamientos en la programación

que no les permite estar activas a la vez para evitar

que se produzca un cortocircuito.

Figura 4 – Circuito de Potencia.

V. AUTÓMATA PROGRAMABLE

El autómata programable que se utiliza en el control de

la silla de ruedas motorizada es un CPU 212 de la empresa

SIEMENS. Se alimenta con una tensión de 24

Voltios de corriente continua. Sus entradas y salidas

incorporadas son niveles lógicos de corriente continua.

A. Entradas y Salidas

En este proyecto se usan

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