Mô phỏng kỹ thuật Ansys giúp hiện thực hóa thiết kế xe lăn địa hình AdvenChair

Geoff Babb là một nhà thám hiểm ngoài trời. Anh ấy đã thích đạp xe leo núi, trượt tuyết và đi bộ đường dài ở những địa hình hiểm trở cùng bạn bè trong nhiều năm. Anh ấy sẽ không để cho một cơn đột quỵ vào năm 2005 ngăn anh ấy tận hưởng niềm đam mê của mình, hay thậm chí là cơn đột quỵ thứ hai 12 năm sau đó.

Vào thời điểm đó, anh là người sáng lập công ty The Onward Project, người tạo ra AdvenChair, chuyên truyền cảm hứng và tạo điều kiện cho những người gặp khó khăn về khả năng vận động đến thăm những nơi hoang dã. Khẩu hiệu của công ty là: Roll Boldly.

Geoff Babb - nhà phát minh ra AdvenChair, và gia đình sau cơn đột quỵ não đầu tiên

Bạn có thể thấy Geoff làm điều đó trong một video trên YouTube có cảnh anh ấy trong một nguyên mẫu của AdvenChair trong rừng, trên bãi biển và trong tuyết, cùng với một nhóm bạn đẩy và kéo AdvenChair bằng cách sử dụng một bộ ghi đông ở phía sau và dây thừng ở phía trước.

Babb nói: “Đôi khi chúng tôi được hỏi về một phiên bản hỗ trợ điện, nhưng thành thật mà nói, chúng tôi không thực sự nghĩ về nó ở giai đoạn này, chủ yếu là vì chúng tôi coi động lực làm việc nhóm là nguyên lý chính của AdvenChair. "AdvenChairing là một môn thể thao đồng đội."

Trên con đường đến với thiết kế xe lăn địa hình

Khi ý tưởng đi bộ đường dài trên chiếc xe lăn đến với anh vào năm 2006, nhanh chóng nhận ra rằng chiếc xe lăn tiêu chuẩn, được thiết kế cho các tầng trong các tòa nhà và những con đường trải nhựa bên ngoài, không đủ thách thức với những bề mặt gồ ghề hơn.

Geoff nói: “Tôi đã muốn tạo ra một chiếc ghế không chỉ có ích cho tôi mà còn cho nhiều người muốn ra ngoài. Chúng tôi đã mày mò với một chiếc xe lăn tiêu chuẩn nhưng điều đó không hiệu quả.” Các ứng suất và biến dạng trên ghế sẽ là quá lớn, và những cú xóc nảy của người lái làm gai người.

Nguyên mẫu ban đầu của AdvenChair 1.0 tại Grand Canyon. Nguồn ảnh: Pat Addabbo

Vì vậy, Geoff đã quay về với kinh nghiệm đi xe đạp leo núi của mình và bắt đầu phát triển ý tưởng cho những gì sẽ trở thành AdvenChair. Nó sẽ là một chiếc xe ba bánh - hai bánh lớn ở phía sau để tăng sức mạnh và ổn định và một bánh nhỏ hơn ở phía trước để giữ thăng bằng và khả năng cơ động.

Nó sẽ kết hợp các vật liệu và thành phần của một chiếc xe đạp leo núi phù hợp với địa hình, bao gồm hệ thống treo lốp bên trong, phanh đĩa và một khung nhẹ nhưng chắc chắn.

Năm 2017, Jack Arnold, một kỹ sư có kinh nghiệm phát triển sản phẩm, kim loại tấm và máy móc, đã gia nhập nhóm của Geoff. Họ cùng nhau quyết định đã đến lúc loại bỏ các thiết kế ban đầu và xây dựng một cái gì đó mới từ đầu.

Công nghệ thiết kế một chiếc xe lăn mới

Jack đã mang kiến thức của một kỹ sư về mô phỏng tới nhóm. Trước cuộc họp đánh giá thiết kế đầu tiên, ông đã sử dụng một gói phần mềm kỹ thuật để mô phỏng các ứng suất và biến dạng trên một thiết kế nguyên mẫu có thể chứa một người lái nặng 250 pound với hệ số an toàn là 3, với tổng tải trọng là 750 pound.

Anh ấy biết họ sẽ không kết thúc việc xây dựng ở thiết kế này, nhưng anh ấy muốn truyền tải các ý tưởng và cho nhóm biết rằng đây sẽ là một quá trình lặp đi lặp lại.

Từ trái qua phải: Dale Neubauer, Geoff, Yvonne Babb và Jack Arnold

Jack nói: “Tôi đã muốn bước vào cuộc họp với cảm giác ‘ấm áp và mờ ảo’ khi biết rằng kết cấu đã ổn định ngay từ đầu. Bạn thực sự cần sử dụng mô phỏng từ trước để biết rằng nguyên mẫu đầu tiên của bạn ít nhất là không được tính toán chính xác nhưng trong phạm vi chung chính xác.”

Một loạt các sự kiện thuận lợi đã đưa mô phỏng Ansys vào việc thiết kế này. Vào năm 2018, một phóng viên tại một đài phát thanh địa phương đã thực hiện một câu chuyện về Geoff và nhóm AdvenChair. Geoff nói: “Sau khi câu chuyện đó được phát sóng, đã có một số người liên hệ với chúng tôi để cung cấp dịch vụ, và Ansys là một trong số họ.

Điều tiếp theo tôi biết Ansys đề nghị giúp chúng tôi phân tích. Tôi hỏi Jack anh ấy nghĩ gì và anh ấy nói rằng chúng tôi chắc chắn nên bám sát vào điều đó”.

Một phân tích kết cấu của khung AdvenChair trong Ansys Discovery

Ngay sau đó Jack đã làm việc với Ansys Discovery như một phần của Chương trình Khởi nghiệp Ansys (Ansys Startup Program) để xác minh việc mô phỏng khung mà anh đã thực hiện với gói phần mềm khác. Anh đã thực hiện một số mô phỏng khác nhau với ghế ở các vị trí khác nhau và với tải trọng khác nhau để xem những thay đổi này ảnh hưởng đến khung như thế nào.

Jack nói: “Tôi nhanh chóng biết được rằng việc chỉnh sửa thiết kế trong Explore mode của Discovery dễ dàng hơn rất nhiều và nhận được lời giải gần như ngay lập tức để thấy rằng bạn đang có hướng đi đúng. Tôi thực sự yêu thích việc sử dụng thông minh bộ nhớ tích hợp trên video card để có thể cập nhật gần như tức thì”.

Advenchair được lắp ghép với những cơ chế điều chỉnh khác nhau để đáp ứng kích thước và cân nặng của người lái.

Nhưng điều anh ấy yêu thích nhất ở Discovery là tính năng tạo ra thiết kế.

Jack nói: “Việc xem nó lặp đi lặp lại, loại bỏ vật liệu ở những khu vực không cần thiết và sau đó đề xuất một hình dạng cuối cùng - điều đó thực sự tuyệt vời. AdvenChair hiện tại của chúng tôi nặng hơn mục tiêu thiết kế của chúng tôi, vì vậy chúng tôi sẽ sử dụng thiết kế được tạo ra để loại bỏ phần vật liệu không cần thiết. Điều đó sẽ làm giảm trọng lượng và chuyển thành tiết kiệm vật liệu và chi phí”.

Hướng đến thị trường

Ở một nơi nào đó, nhóm nghiên cứu đã đưa ra cái mà Geoff gọi là cách tiếp cận “Con dao của quân đội Thụy Sĩ”. Điều này có nghĩa là thêm khả năng điều chỉnh và khả năng mở rộng cho AdvenChair, vì vậy nó có thể được sử dụng trong suốt cuộc đời của một người cho các mục đích khác nhau.

Một tính năng quan trọng của cách tiếp cận này là bánh trước có thể tháo rời để AdvenChair có thể được sử dụng như một chiếc xe lăn tiêu chuẩn để đi vào các tòa nhà, lắp dưới bàn và cho phép chuyển ra vào xe.

Phần lớn những gì Jack và nhóm thiết kế đã làm trong hai năm qua là dựa vào khả năng điều chỉnh của các thành phần. Họ muốn người lái có thể điều chỉnh vị trí ghế phía trước và phía sau, điều chỉnh góc nghiêng của ghế và đặt chỗ để chân ở vị trí thoải mái nhất. Di chuyển các thành phần này xung quanh trong Discovery và xem cách chúng thay đổi tải trọng trên ghế và việc thực hiện của nó thật dễ dàng.

Isaac Shannon đi trên những con đường mòn nhờ vào AdvenChair

Jack nói: “Với Discovery, chúng tôi đã thiết kế một nền tảng có thể mở rộng mà có thể điều khiển bởi bất kỳ ai, từ trẻ nhỏ đến người lớn. Điều này bao gồm ba kích thước thùng ghế khác nhau có thể được hoán đổi khi cần thiết. Ý tưởng là một gia đình có thể mua cái này cho một đứa trẻ và nó có thể là một chiếc ghế suốt đời cho chúng”.

Trong kế hoạch lớn hơn của mọi thứ, Geoff coi AdvenChair là một cách giúp mọi người ở mọi lứa tuổi với các khả năng khác nhau một lần nữa được tận hưởng không gian ngoài trời.

“Chúng tôi muốn liên hệ với các cựu chiến binh để đưa bạn bè của họ đi lại được bằng việc sử dụng tinh thần đồng đội,” anh nói. “Trẻ bại não. Những người cao tuổi không thể dễ dàng đi bộ đường dài nữa và những người mắc bệnh Parkinson muốn đến thăm lại hồ nước yêu thích của họ”. Anh kể về việc vài tuần trước anh nhận được một cuộc gọi từ một người đàn ông có cô con gái khuyết tật muốn thăm lại những nơi yêu thích của cô bé trên nông trại của gia đình một lần cuối. Anh cho họ mượn một chiếc AdvenChair và cô bé đã đạt được điều ước của mình, một tuần trước khi cô ấy qua đời.

Theo cách này và nhiều cách khác, nhóm AdvenChair đã thực hiện được ước mơ của mình là giúp những người yêu thích cuộc sống hoang dã ngoài trời vượt qua những con đường dài trong suốt cuộc đời của họ, bất kể những khắc nghiệt mà cuộc sống đã giáng vào họ.

Họ hiện đang nhận đơn đặt hàng cho đến ngày 15 tháng 2 năm 2021 cho đợt sản xuất đầu tiên của AdvenChairs, với kế hoạch xuất xưởng 10 chiếc đầu tiên vào quý 2 năm 2021. Trong thời gian chờ đợi, họ đang tiếp tục sử dụng Ansys Discovery để giảm trọng lượng tổng thể của AdvenChair, đặc biệt là ở chỗ ngồi, và đang phát triển một phiên bản nhẹ hơn, ít tốn kém hơn, dành cho những ai thấy thành phố đủ hoang dã.