1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI XE LĂN THÔNG MINH Họ và tên NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV 1711020470 Thời gian Tháng 82021 5092021 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài XE LĂN THÔNG MINH Họ và tên NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV 1711020470 Thời gian Tháng 8202.
GIỚI THIỆU
Tổng quan về xe lăn
Xe lăn là một chiếc ghế có bánh xe, thiết kế để hỗ trợ những người gặp khó khăn trong việc đi lại do bệnh tật, chấn thương hoặc khuyết tật Có nhiều loại xe lăn khác nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng, bao gồm các tính năng như chỗ ngồi thích nghi và điều khiển cá nhân Một số xe lăn được thiết kế cho các hoạt động đặc biệt, như xe lăn thể thao và xe lăn bãi biển Hai loại xe lăn phổ biến nhất là xe lăn có trợ lực, sử dụng pin và động cơ điện để di chuyển, và xe lăn đẩy bằng tay, trong đó người dùng hoặc người phục vụ sẽ đẩy xe lăn.
Ghi chép sớm nhất về đồ nội thất có bánh xe xuất hiện trên một phiến đá ở Trung Quốc và một bức tranh trên bình Hy Lạp, có niên đại từ thế kỷ 6 đến thế kỷ 5 trước Công nguyên Những chiếc ghế có bánh xe đầu tiên được sử dụng để vận chuyển người khuyết tật được ghi nhận vào ba thế kỷ sau tại Trung Quốc, nơi mà xe cút kít đã được sử dụng để di chuyển cả người và vật nặng Tuy nhiên, sự phân biệt giữa hai chức năng này chỉ được thực hiện khoảng năm 525 sau Công nguyên, khi những chiếc ghế có bánh xe dành riêng cho việc chở người bắt đầu xuất hiện trong nghệ thuật Trung Quốc.
Hình 1.1: Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc
Mặc dù người châu Âu đã phát triển một thiết kế tương tự, phương pháp vận chuyển dành cho người khuyết tật chỉ xuất hiện vào năm 1595 khi một nhà phát minh vô danh từ Tây Ban Nha chế tạo chiếc xe lăn đầu tiên cho vua Phillip II Chiếc ghế này, mặc dù có tay vịn và gác chân, vẫn thiếu cơ chế đẩy hiệu quả, cần sự hỗ trợ để di chuyển, khiến nó giống như một chiếc ghế phức tạp dành cho người giàu hơn là một chiếc xe lăn hiện đại.
Vào năm 1655, Stephan Farffler, một thợ sửa đồng hồ 22 tuổi bị liệt nửa người, đã phát minh ra chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới Chiếc ghế này được thiết kế trên khung gầm ba bánh với hệ thống trục và bánh răng, có hình dáng giống như một chiếc xe đạp tay hơn là một chiếc xe lăn, nhờ vào các tay quay được gắn ở bánh trước.
Hình 1.2: Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới
Việc vận chuyển hoặc ghế Bath không hợp lệ đã đưa công nghệ này vào sử dụng phổ biến hơn từ khoảng năm 1760
Vào năm 1887, xe lăn lần đầu tiên được giới thiệu tại Thành phố Atlantic, cho phép du khách khuyết tật thuê để tận hưởng trải nghiệm trên Boardwalk Chẳng bao lâu sau, nhiều du khách khỏe mạnh cũng bắt đầu thuê những chiếc "ghế lăn" được trang trí cùng với người hầu để đẩy họ, như một cách thể hiện sự suy đồi và trải nghiệm những điều mà họ không bao giờ có thể có ở nhà.
Vào năm 1933, Harry C Jennings, Sr và Herbert Everest, hai kỹ sư cơ khí, đã phát minh ra chiếc xe lăn nhẹ, thép, gấp và di động đầu tiên Everest, người đã bị gãy lưng trong một tai nạn khai thác, cùng với Jennings nhận thấy tiềm năng kinh doanh của phát minh này và trở thành nhà sản xuất xe lăn đại trà đầu tiên Thiết kế "X-brace" của họ vẫn được sử dụng phổ biến ngày nay, mặc dù đã có nhiều cải tiến và vật liệu mới Ý tưởng về "X-brace" xuất phát từ những chiếc ghế, ghế đẩu gấp mà Harry và Herbert đã sử dụng trong các hoạt động ngoài trời và tại hầm mỏ.
Xe lăn hiện nay rất đa dạng, với nhiều loại khác nhau dựa trên phương pháp đẩy, cơ chế điều khiển và công nghệ sử dụng Một số xe lăn được thiết kế cho việc sử dụng hàng ngày, trong khi những loại khác phục vụ cho các hoạt động đặc thù hoặc nhu cầu truy cập cụ thể Mặc dù sự đổi mới trong ngành công nghiệp xe lăn diễn ra thường xuyên, nhưng nhiều sản phẩm lại không được đưa ra thị trường do quá chuyên môn hóa hoặc giá cả không hợp lý, dẫn đến tình trạng không tiếp cận được với người dùng.
1.1.2.1 Xe lăn tự hành bằng tay
Xe lăn tay tự hành bao gồm một khung, ghế ngồi, chỗ để chân và bốn bánh xe, với hai bánh trước nhỏ hơn và hai bánh sau lớn hơn Bánh sau thường có vành đẩy cho phép người dùng dễ dàng điều khiển xe mà không cần nắm lốp Ngoài ra, xe lăn tay còn được trang bị phanh chịu trên lốp bánh sau, nhưng phanh chuyển động chủ yếu phụ thuộc vào lực đẩy từ lòng bàn tay của người dùng.
Khi sử dụng xe lăn, việc đeo găng tay có đệm là rất cần thiết để giảm ma sát và tích tụ nhiệt, đặc biệt là trong những đoạn đường dốc dài Điều này giúp bảo vệ bàn tay và mang lại cảm giác thoải mái hơn cho người sử dụng.
Xe lăn thủ công hàng ngày có hai loại chính: gấp và cứng Xe lăn gấp thường có thiết kế đơn giản, dễ dàng gập lại, phù hợp cho người dùng bán thời gian cần lưu trữ thường xuyên Ngược lại, xe lăn cứng ngày càng được ưa chuộng bởi người dùng toàn thời gian nhờ vào mối hàn vĩnh viễn và ít bộ phận chuyển động, giúp giảm năng lượng cần thiết để đẩy ghế Việc hàn thay vì gấp khớp cũng làm giảm trọng lượng tổng thể của ghế Xe lăn cứng thường có bánh sau và tựa lưng có thể gập xuống phẳng, cho phép người dùng tháo dỡ nhanh chóng để cất giữ trong xe.
Nhiều mô hình xe lăn cứng siêu nhẹ hiện nay được làm từ vật liệu như nhôm, titan và sợi carbon, thường được gọi là "ghế người dùng tích cực" vì chúng lý tưởng cho việc sử dụng độc lập Thiết kế ghế cứng đã được cải tiến với việc lắp đặt các bộ giảm xóc như chân ếch, giúp giảm thiểu va đập Các bộ giảm xóc này có thể được lắp cho bánh trước, bánh sau hoặc cả hai Ngoài ra, ghế cứng còn có tùy chọn bánh sau với góc camber, nghiêng các đỉnh bánh xe về phía ghế, giúp người dùng đẩy hiệu quả hơn và giữ thăng bằng khi di chuyển trên dốc Xe lăn thể thao thường có góc camber lớn để cải thiện sự ổn định.
Ghế có khung cứng được thiết kế để phù hợp với kích thước và nhu cầu của người dùng, đồng thời chú trọng đến "độ giật" - yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của ghế quanh trục sau.
Người dùng có kinh nghiệm có thể dễ dàng điều chỉnh ghế trên bánh sau, giúp cân bằng và kiểm soát độ nhanh của ghế Bánh xe cho phép người sử dụng lăn độc lập, giúp họ leo lên và xuống lề đường một cách thuận tiện, đồng thời di chuyển dễ dàng qua các chướng ngại vật nhỏ và trên bề mặt không đều như đá cuội.
Bánh sau của xe lăn tự hành có đường kính từ 20 đến 24 inch (51 - 61 cm) và thường giống với bánh xe đạp Chúng được làm từ cao su mệt mỏi và có thể là loại rắn, khí nén hoặc gel Bánh xe của ghế gấp thường được gắn vĩnh viễn, trong khi bánh xe của ghế cứng thường sử dụng trục giải phóng nhanh, cho phép tháo lắp dễ dàng bằng cách ấn nút ở giữa bánh xe.
Các loại xe lăn chính có thể được tùy chỉnh cao để đáp ứng nhu cầu của người dùng, bao gồm điều chỉnh chỗ ngồi, chiều cao, góc ghế, footplates, chân dựa, bánh xe chân chống, và backrests Ngoài ra, còn nhiều phụ kiện tùy chọn như thanh chống lật, dây an toàn, tựa lưng có thể điều chỉnh, tính năng nghiêng và ngả, cũng như hỗ trợ cho tay chân hoặc đầu và cổ Các phụ kiện khác bao gồm giá đỡ nạng, xe tập đi, bình oxy, giá đựng đồ uống, và bảo vệ bánh xe để bảo vệ quần áo.
Giới thiệu về Arduino
Arduino là một nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho việc phát triển ứng dụng điện tử, bao gồm board mạch lập trình được (vi điều khiển) và phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp (IDE) để soạn thảo, biên dịch mã và nộp chương trình cho board.
Arduino hiện nay rất phổ biến cho những người mới bắt đầu học về điện tử nhờ vào tính đơn giản, hiệu quả và khả năng tiếp cận dễ dàng Khác với các vi điều khiển khác, Arduino không yêu cầu các công cụ chuyên dụng như Pic kit để nạp code Việc kết nối Arduino với máy tính chỉ cần một cáp USB, và lập trình trên Arduino cũng rất dễ dàng với trình biên dịch Arduino IDE, sử dụng phiên bản đơn giản hóa của ngôn ngữ C++.
Giới thiệu chung về Android
Android là nền tảng di động chủ yếu cho smartphone và tablet, nhưng hiện nay cũng được mở rộng cho nhiều thiết bị khác như TV, HD player và bộ điều khiển ô tô Nền tảng này được phát triển dựa trên công nghệ tiên tiến, mang lại trải nghiệm người dùng phong phú và đa dạng.
25 tản Linnux do Google phát hành Các ứng dụng được phát triển chủ yếu bằng ngôn ngữ java, đồng thời cũng hổ trợ Native-C.
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Tổng quan
Phần mềm điều khiển các thiết bị từ xa do nhóm phát triển cho phép người dùng dễ dàng điều khiển xe lăn bằng nút bấm, điều chỉnh tốc độ và tư thế nằm ngồi theo ý muốn Ngoài ra, xe còn hỗ trợ điều khiển bằng cử chỉ và giọng nói, cùng với các tính năng như nút bấm đèn và còi báo động Xe lăn được thiết kế cho người có trọng lượng tối đa 130kg.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Phần bluetooth:
Kết nối Arduino với các thiết bị và module điện tử khác là một quá trình đơn giản Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách kết nối Arduino với module Bluetooth và điều khiển nó thông qua điện thoại Android Bạn có thể áp dụng kỹ thuật này để điều khiển các thiết bị điện trong nhà như bật tắt đèn, quạt, hay bình nóng lạnh, hoặc thậm chí tự chế tạo một chiếc ô tô điều khiển từ xa bằng Bluetooth.
▪ Module Bluetooth HC06( Có 2 loại Master và Slave, ở đây tôi sử dụng Module Slave)
▪ Vài con điện trở 560 Ohm
3.2.1 Tìm hiểu qua về Module Blutooth HC06
Module này có 4 chân: GND, VCC, TX, RX Để kết nối, bạn chỉ cần nối chân TX với chân 0 và chân RX với chân 1 trên Arduino, sau đó có thể lập trình gửi và nhận dữ liệu như một cổng Serial thông thường Module này có ba loại: Master, Slave và loại hỗ trợ cả hai chế độ Trong ví dụ này, tôi sử dụng loại Slave, và khi kết nối với điện thoại, bạn cần nhập mật khẩu mặc định là 1234.
Arduino là một board mạch vi xử lý cho phép lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như động cơ và cảm biến Điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng thân thiện và ngôn ngữ lập trình dễ học, phù hợp cho cả những người mới bắt đầu và không có nhiều kiến thức về điện tử hay lập trình.
Arduino được ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên của một vị vua và thế kỷ thứ 9 là King Arduin.
Được giới thiệu chính thức vào năm 2005, Arduino là một công cụ học tập dành cho sinh viên, do giáo sư Massimo Banzi, một trong những nhà phát triển của Arduino, tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII) phát triển.
Hình 3.2: Arduino UNO Hình 3.3: Arduino Leonado
Hình 3.4: Arduino Due Hình 3.5:Arduino Yún
Hình 3.6: Arduino Tre Hình 3.7: Arduino Micro
Hình 3.8: Arduino Robot Hình 3.9: Arduino Esplora
Hình 3.10: Arduino Mega Hình 3.11: Arduino Ethernet
Hình 3.12: Arduino Mini Hình 3.13: Lilypad Arduino
Hình 3.14: Lilypad Arduino USB Hình 3.15: Lilypad Arduino Simplesnap
Hình 3.16: Arduino Nano Hình 3.17: Arduino Pro Mini
3.2.3 Tổng quan hệ điều hành Android
Hệ điều hành Android là một nền tảng mở và linh hoạt, cho phép người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu cá nhân Nó tương thích với hầu hết các nhà sản xuất phần cứng, mang đến trải nghiệm phong phú và đa dạng cho người sử dụng.
Android là hệ điều hành cho thiết bị cầm tay, được phát triển dựa trên lõi Linux bởi công ty Android Inc tại California, Mỹ Năm 2005, Google đã mua lại Android Inc và bắt đầu xây dựng nền tảng Android Các thành viên chủ chốt của Android Inc bao gồm Andy Rubin, Rich Miner, Nick Sears và Chris White.
Hình 3.18 : Biểu tượng Android phiên bản 5.0 Lollipop
Vào cuối năm 2007, Liên minh thiết bị cầm tay mã nguồn mở (Open Handset Alliance) đã được thành lập, bao gồm nhiều thành viên nổi bật trong ngành viễn thông và thiết bị xe lăn thông minh cầm tay.
Texas Instruments, Broadcom Corporation, Google, HTC, Intel, LG, Marvell
Technology Group, Motorola, Nvidia,Qualcomm, Samsung Electronics, Sprint Nextel, T-Mobile, ARM Holdings, Atheros Communications, Asustek Computer Inc, Garmin Ltd, Softbank, Sony Ericsson, Toshiba Corp, and Vodafone Group,…
Liên minh này hướng đến việc nhanh chóng đổi mới nhằm đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng, với kết quả đầu tiên là nền tảng Android Android được phát triển để phục vụ các nhà sản xuất thiết bị, nhà khai thác và lập trình viên thiết bị cầm tay.
Khi Android ra mắt, một trong những mục tiêu chính trong kiến trúc của nó là cho phép các ứng dụng tương tác và tái sử dụng các thành phần từ ứng dụng khác Sự tái sử dụng này không chỉ áp dụng cho các dịch vụ mà còn mở rộng đến cả các thành phần dữ liệu và giao diện người dùng.
Cuối năm 2008, Google phát hành Android Dev Phone 1, một thiết bị cầm tay cho phép chạy ứng dụng Android mà không cần ràng buộc với nhà cung cấp mạng Mục tiêu là tạo điều kiện cho các nhà phát triển thử nghiệm trên thiết bị thực mà không cần hợp đồng Cùng thời điểm, Google cũng phát hành phiên bản vá lỗi 1.1 của hệ điều hành Android Cả hai phiên bản 1.0 và 1.1 đều không hỗ trợ bàn phím ảo, yêu cầu sử dụng bàn phím vật lý Để khắc phục vấn đề này, Google đã phát hành SDK 1.5 vào tháng 4 năm 2009, kèm theo nhiều tính năng mới như cải thiện khả năng ghi âm truyền thông và các live folder.
Các phiên bản của Android
3.2.4 Chương trình tạo giao diện Android
3.2.4.1 Giới thiệu phần mềm viết chương trình và thiết kế giao diện
Phần mềm viết chương trình và thiết kế giao diện được viết trực tiếp trên wed
Hình 3.19: Giao diện của phần mềm tạo giao diện trên wed
Hình 3.20 : Giao diện viết chương trình trên wed
Các biểu tượng cơ bản để tạo giao diện
Nút có khả năng phát hiện các nhấp chuột, cho phép người dùng tương tác dễ dàng hơn Nhiều khía cạnh của nút có thể được tùy chỉnh, bao gồm cả trạng thái bật hoặc tắt, cũng như thiết kế và các khối trong trình chỉnh sửa.
Một hộp nhập văn bản cho phép người dùng nhập và hiển thị các giá trị văn bản Các giá trị này có thể được thiết lập từ các thuộc tính Text ban đầu hoặc do người dùng nhập vào Thành phần này giúp tạo danh sách các yếu tố văn bản trên màn hình của bạn.
Danh sách này có thể được tạo ra thông qua tài sản ElementsFromString hoặc bằng cách sử dụng khối Elements trong trình soạn thảo Khi người dùng nhấp vào, một hộp thoại popup sẽ xuất hiện, cho phép họ chọn ngày và thời gian mong muốn.
Checkbox đó đặt ra một sự kiện khi người dùng nhấp chuột vào nó
Có rất nhiều tính ảnh hưởng đến sự xuất hiện của nó có thể được đặt trong các thiết kế hoặc Blocks Editor
Một Label hiển thị văn bản được xác định qua thuộc tính Text, cùng với các tài sản khác có thể được thiết lập trong thiết kế hoặc Blocks Editor, giúp kiểm soát sự xuất hiện và vị trí của văn bản.
Khi người dùng nhấp vào, một danh sách văn bản sẽ xuất hiện để họ lựa chọn Các văn bản này có thể được xác định qua thiết kế hoặc trình soạn thảo Blocks bằng cách thiết lập thuộc tính ElementsFromString để kết nối các chuỗi cách nhau, hoặc thông qua việc thiết lập thuộc tính yếu tố cho một danh sách trong trình soạn thảo Blocks.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Chọn thiết bị
_ Xe lăn dùng người khuyết tật
_ Động cơ xe đạp điện: động cơ 3 pha vận tốc 20-30km/h
_ Bình ắc quy và bộ sạc cho động cơ xe đạp điện (12v-12a) và (12v-14a) _ Bộ kết nối Bluetooth và điều khiển Bluetooth
_ Bộ báo động bằng âm thanh
_ Bộ trục xoay cân bằng
4.2 Thông số kĩ thuật thiết bị
Cường độ dòng điện bộ điều khiển 50A
Khí áp sâm xe 2KGF/M 2
Quãng đường hành trình 10-20 km
Xe quay lùi Bluetooth được trang bị động cơ DC250*2PCS, với độ cao chỗ tựa là 445mm và độ cao chỗ để tay là 210mm Kích thước chỗ ngồi bao gồm độ rộng 510mm, độ sâu 450mm và độ cao 480mm, mang lại sự thoải mái tối ưu cho người sử dụng.
Cự ly phanh thắng an toàn ≤1.5M
Tính ổn định khi duy chuyển ≥6°
Tải trọng an toàn ≤100KG
Tính ỏn định khi xe không di chuyển ≥9° Đường kính bánh rước 25CM
Dường kính bánh sau 61CM
Hình 4.1:hình mô phỏng thiết kế xe lăn
Hình 4.2: tổng qua phía bên xe lăn
Hình 4.3: tổng quan trước sau xe
Khối công suất điều khiển động cơ
Định hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ hiện đại hơn với chi phí thấp, nhằm nâng cao khả năng tiếp cận người dùng và mở rộng sự phổ biến.
Nhiệm vụ của nghiên cứu "Xe lăn thông minh" là khám phá sự kết nối giữa thiết bị và Bluetooth, cũng như nguồn cung cấp cho thiết bị và ứng dụng tích hợp Nghiên cứu này bao gồm việc phân tích chuyển động vật lý của xe, hệ thống điện trong xe và cách thức hoạt động của động cơ DC Bên cạnh đó, nghiên cứu còn tìm hiểu cách truyền tải và dự trữ dòng điện.
Phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm việc thu thập tài liệu từ các trường học đã công khai và được xác nhận bởi giảng viên uy tín Đồng thời, nghiên cứu cũng tích hợp các nguồn thông tin đáng tin cậy từ các trang mạng và diễn đàn kỹ thuật có độ tin cậy cao.
Kết quả đề tài đạt được dựa tên tính thành công của sản phẩm được ứng dụng khoản 50%-60%
• CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
• CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
• CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ
THI CÔNG
Mô hình mô phỏng
Hình 5.1: mô phỏng chuyển động xe lăn lúc ngồi
Hình 5.2: Mô phỏng chuyển động xe lăn lúc ngồi ngữa ra 1/2
Hình 5.3: Mô phỏng nằm ngang ra của xe lăn
Mô hình vật lý
Hình 5.4: tổng quan thực tế của thiết bị
Hình 5.5: chi tiết tổng thể thiết bị
Chạy thử sản phẩm
Hình 5.6: chạy thử sản phẩm thực tế qua đường có chướng ngại
Hình 5.7: chạy thử sản phẩm thực qua đường bằng phẳng
Hình 5.8: khởi động sản phẩm trong thực tế Hình 5.9:công ắc nguồn
Hình 5.10: bô trung tâm điều khiển nguồn trong thực tế
Ứng dụng đã hoàn thiện và đáp ứng đầy đủ yêu cầu của đề tài, cho phép điều khiển xe lăn hoàn chỉnh với đệm đầu Sau khi kết nối với mô hình, người dùng có thể điều khiển xe di chuyển tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, dừng lại và thay đổi tốc độ một cách linh hoạt.
