BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài Thiết kế chế tạo mô hình xe lăn điện cho ngư.
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình xe lăn điện cho người khuyết tật Mã số đề tài: 21/1DL03 Chủ nhiệm đề tài: Lưu Đặng Anh Nguyên Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Động lực Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 05 năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đề tài “Thiết kế chế tạo mơ hình xe lăn điện cho người khuyết tật” xuất phát từ mục đích nhân văn nhằm hướng đến cá nhân may mắn xã hội ngày nay, mà ý tưởng khởi xướng người cố vấn thân thuộc nhóm Th.S Phan Văn Nhựt Qua nhiều khó khăn thử thách, với khắt khe tận tâm thầy mà nhóm đạt thành định trình thực đề tài khoa học Xin gửi lời cảm ơn đến thầy bảo tận tình giúp nhóm hồn thành đề tài khoa học Cảm ơn thầy nhiều Bên cạnh đó, phịng QLKH&HTQT tạo “sân chơi” cho sinh viên trường Đại Học Cơng Nghiệp TP HCM nói chung sinh viên Khoa Cơng Nghệ Động Lực nói riêng có hội giao lưu, học hỏi phát triển thân thông qua hoạt động mang tính thi đua cạnh tranh cơng Đồng thời phịng QLKH&HTQT cung cấp thơng tin hỗ trợ thủ tục nói chung cho sinh viên để hoàn thiện đề tài khoa học thân Xin chân thành cảm ơn công tác hỗ trợ phịng QLKH&HTQT giúp nhóm hồn thiện đề tài khoa học Để hồn thành cơng việc cuối q trình hồn thiện đề tài, khơng thể không kể đến hỗ trợ đến từ khoa Công nghệ Động lực cố gắng tổ chức buổi họp để đưa hoạt động tổng kết đề tài giúp cho sinh viên khoa Công nghệ Động lực nỗ lực hồn thành đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP HCM hỗ trợ kinh phí cho sinh viên tham gia nghiên cứu đề tài khoa học Nhờ đó, nhóm hồn thiện sản phẩm dựa vào hỗ trợ kinh phí đến từ nhà trường PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình xe lăn điện cho người khuyết tật 1.2 Mã số: 21/1DL03 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài Lưu Đặng Anh Nguyên (Sinh viên) Khoa CN Động Lực Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thị Khánh Huyền (Sinh viên) Khoa CN Động Lực Thành viên Trần Nguyễn Minh Châu (Sinh viên) Khoa CN Động Lực Thành viên Trần Ngọc Sinh (Sinh viên) Khoa CN Động Lực Thành viên Phạm Chí Hiếu (Sinh viên) Khoa CN Động Lực Thành viên 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Động lực 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng năm 2021 đến tháng 10 năm 2021 1.5.2 Gia hạn: Không gia hạn 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng … năm … đến tháng … năm … 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Thay đổi tổ chức thực so với thuyết minh ban đầu: Do yếu tố khách quan Đại dịch Covid nên hoạt động tiếp cận đề tài bị hạn chế, trì trệ công việc chuẩn bị hồ sơ thủ tục bắt buộc hoãn lại dẫn đến thời gian nghiệm thu lý đề tài bị chậm trễ so với thời gian dự kiến nêu thuyết minh ban đầu (7 tháng tính từ ngày 17 tháng năm 2021) Thay đổi Tổng kinh phí thực đề tài so với Tổng kinh phí duyệt: Q trình làm hồ sơ nghiệm thu đề tài phát thiếu báo IUH đăng ký thuyết minh ban đầu nên nhóm Phịng QLKH&HTQT làm thủ tục cần thiết trình lên Ban giám hiệu nhà trường xin phép nghiệm thu đề tài với kinh phí giảm từ 15 triệu đồng xuống triệu đồng mà khơng có báo IUH 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: Sáu triệu đồng II Kết nghiên cứu 2.1 Đặt vấn đề - Lý chọn đề tài: Các hộ gia đình có người khuyết tật thường khó khăn tài so với hộ gia đình bình thường nguồn thu nhập họ không dễ dàng phần lớn công việc cần nhiều linh hoạt thể, việc tiếp cận môi trường học tập họ gặp nhiều khó khăn phủ có sách hỗ trợ tích cực Vì vậy, ý tưởng xe lăn điện giá thấp thực với mong muốn hỗ trợ họ di chuyển bình thường cách độc lập mà nhờ người giám hộ - Đối tượng nghiên cứu: Người khuyết tật chân tay bình thường đầu óc minh mẫn điều khiển xe Người lớn tuổi sức yếu, khả di chuyển - Ý nghĩa khoa học thực tiễn, quy mô phạm vi ứng dụng: Ý nghĩa khoa học: Tạo xe lăn điện vừa có khả gấp gọn có chế an toàn xe Ý nghĩa thực tiễn: Tạo xe lăn điện an toàn, giá rẻ, tiện lợi phù hợp với người tiêu dùng lứa tuổi Quy mô phạm vi ứng dụng: Với mơ hình xe lăn điện hồn thiện, giới hạn người thiếu minh mẫn để kiểm soát hành vi thân hay người bị khuyết tật hai tay Hình 2.1 Xe lăn điện Hình 2.2 Xe lăn điện xếp gập 2.2 Mục tiêu - Mục tiêu tổng quát: Đạt thiết kế chế tạo xe lăn điện xếp gập lắp đặt chế an toàn cho người sử dụng - Mục tiêu cụ thể: Xe có tầm giá phù hợp với gia đình có thu nhập thấp => Tổng kinh phí thực tế 12 triệu đồng Thiết kế xe có kết cấu chịu mức cân nặng trung bình người già người khuyết tật => Cân nặng xe lăn chịu lên đến 70 kg Khối lượng xe 40 kg Chế tạo xe hoạt động thời gian dài => Xe hoạt động liên tục tiếng với pin sạc đầy Đạt cần điều khiển hướng di chuyển xe Không bị giật hay tăng tốc đột ngột => Vẫn hạn chế 2.3 Phương pháp nghiên cứu Thiết kế khung sườn: Khung sườn xe thiết kế phần mềm CATIA chuyên vẽ 3D ngành khí Khung sườn vật liệu chế tạo inox 304, với kích thước (DxRxC): 1050 x 590 x 985 mm, độ dày inox 1,4mm Hình 2.3 Khung sườn xe lăn điện cho người khuyết tật - Mô lực tác dụng lên khung xe phần mềm Catia, với lực 1000N tương đương với tải trọng lên đến 100kg Bảng thơng số vật liệu: Young Modulus (mơ đun đàn hồi E): 1,37e+11 N/m3 Poison Ratio (chuyển vị): 0,28 Density (khối lượng riêng): 7860 (kg/m3) Thermal Expansion (nhiệt độ nóng chảy): 1,17e-005 K Yield Strength (độ bền uốn): 2,93e+8 N/m2 Sau suất ứng suất uốn vị trí khung sườn xe, ta thấy biến dạng khung chịu lực Công thức ứng suất uốn: Hình 2.4 Thơng số vật liệu Trong đó: M momen uốn, W momen cản uốn Hình 2.5 Khung tựa lưng Nhận xét: Hình biểu diễn ứng suất khung tựa lưng ngồi, bỏ qua lực người ngồi tựa lưng xe đứng n để đơn giản tính tốn Thang đo ứng suất phân bố theo màu, nơi có màu đỏ vùng có ứng suất lớn (7,19e+007 N/m2) nơi có màu xanh nơi ứng suất thấp (1,37e-038 N/m2) Ở hình ta thấy ứng suất max nhỏ độ bền uốn, độ chuyển vị nhỏ (max 0,884) chứng tỏ khung không bị biến dạng nhiều Khung đảm bảo độ bền Hình 2.6 Khung mặt ngồi Nhận xét: Ứng suất lớn 2,209e+7 N/m2 tập trung nhiều hàn nối inox, nhìn chung khung mặt ngồi yếu có nhiều chi tiết hàn Màu ứng suất chủ yếu xanh nhỏ độ bền uốn vật liệu Về chuyển vị ta thấy khung mặt ngồi không biến dạng nhiều (max 0,102 mm) Khung xe đảm bảo độ bền Hình 2.7 Khớp mặt ngồi với khung xe Nhận xét: Ứng suất cao (8,1e+7 N/m2) phân bố chủ yếu cung bo Vì edge fillet nhỏ nên không tránh khỏi khả ứng suất tập trung đây, ứng suất nhỏ độ bền uốn vật liệu sắt (3,1e+8 N/m2) Chuyển vị lớn 0,061mm nhỏ Nhìn chung khung đảm bảo độ bền cho phép Hình 2.8 Thanh nối bánh trước Nhận xét: Đây chi tiết chịu lực phức tạp chuyển động, nên xét trường hợp tải tĩnh tác dụng Ở đây, ứng suất lớn (7,99e+7 N/m2) phân bố chủ yếu nơi có uốn mối hàn nối khối, nhiên ứng suất nhỏ độ bền uốn vật liệu, đồng thời chuyển vị 0,173mm mức nhỏ Chi tiết đảm bảo bền, nhiên di chuyển góc chữ L dễ bị móp méo gặp va chạm thực tế Nên ta cần phải chọn ống dày gia cơng để đủ bền Hình 2.43 Hướng tiến Hình 2.44 Hướng lùi Hình 2.45 Sang trái 73 Hình 2.46 Sang phải Hình 2.47 Leo dốc Dựa vào núm điều khiển, người sử dụng dễ dàng di chuyển xe tiến, lùi, sang trái, sang phải theo ý muốn Di chuyển linh hoạt, an tồn, nhẹ nhàng giúp người sử dụng xe tự tin di chuyển 74 Kiểm nghiệm khả xếp gập Hình 2.48 Gấp xe Hình 2.49 Xếp xe di chuyển xe 75 Hình 2.50 Mở xe Kiểm nghiệm cấu an tồn Hình 2.51 Đèn chiếu sáng trước xe 76 Hình 2.52 Đèn xe tích hợp đèn phanh Hình 2.53 Kiểm nghiệm đai an tồn 77 Hình 2.54 Phanh động dốc Hình 2.55 Phanh tay 78 Kiểm nghiệm khả chịu tải Hình 2.56 Khối lượng người ngồi 70kg Kiểm nghiệm thực tế Hình 2.57 Bác Vương chạy thử mơ hình 79 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình 3.1 Xe lăn điện hồn thiện 3.1 Chức - Xe lăn điện có khả di chuyển liên tục thời gian dài, gầm cao thống đễ di chuyển đường qua đoạn có gờ giảm tốc, phù hợp với đường Việt Nam - Xe có cấu an tồn phanh, đèn, kèn giúp cảnh báo nguy hiểm, giúp xe an toàn buổi tối, di chuyển đường - Thiết kế xe gấp gọn giúp xe gọn gàng 80x32 cm, dễ dàng vận chuyển xa người dùng di chuyển nơi khác - Khả vận hành linh hoạt, dễ dàng rẽ trái, rẽ phải, tiến hay lùi - Xe có khả điều chỉnh tốc độ nhanh chậm tùy theo tay điều khiển 3.2 Tải trọng cho phép Đảm bảo an toàn cho người sử dụng, khuyến cáo nên sử dụng xe với tải trọng tối đa 70kg để xe hoạt động tốt địa hình, tối ưu thời gian sử dụng xe 3.3 Thời gian làm việc Thời gian làm việc thực tế xe, chịu tải trọng 70kg, điều kiện xe di chuyển liên tục khoảng 80 3.4 Thống kê lý thuyết thực tế sau kiểm nghiệm Ưu điểm: - Xe có khả xếp gập, gọn gàng để di chuyển xa, vận hành linh hoạt tiến lùi trái phải, xoay chỗ,… - Độ an toàn, tin cậy cao, tạo cảm giác thoải mái sử dụng - Mạch điện xe bao kín bên hộp nhựa, giúp an toàn di chuyển gặp trời mưa - Các cấu bánh xe, pin có thời gian sử dụng lâu, không cần tốn nhiều thời gian bảo hành, sửa chữa Nhược điểm: - Khối lượng xe nặng - Giá thành chưa tối ưu nên cao - Lên xuống xe chưa thoải mái cho người sử dụng Bảng 3.1 Thông số xe lăn điện sau hoàn thiện XE LĂN ĐIỆN DÀNH CHO NGƯỜI KHUYẾT TẬT Kích thước (D x R x C) 1050mm x 590mm x 990mm Khối lượng không tải 40kg Tải trọng 70kg Kiểu động MY1016Z2 Công suất động 250W Điện áp định mức 24V Dung lượng pin 12Ah Thời gian sạc Vận tốc Góc dốc an tồn 6h 6km/h 20o 81 3.5 Tổng kinh phí sau hồn thiện mơ hình Bảng 3.2 Chi phí thực TT Cơng việc Vật liệu khung xe Thành tiền 7,000,000đ Gia công khung xe Bánh xe Pin + sạc 1,500,000đ Mạch điện điều khiển hệ thống 2,000,000đ Cơ cấu an toàn: 1,500,000đ Đèn Kèn Phanh tay Tựa lưng Đai an toàn Tổng chi phí (đã bao gồm chi phí phát sinh chế tạo lần đầu) 12,000,000đ 3.6 Một số lưu ý sử dụng xe lăn điện - Trước sau sử dụng xe cần ý dung lượng pin xem đủ quãng đường di chuyển hay không - Đối với người sử dụng không nên chạy xe đến nơi đông người Không di chuyển nhanh loại địa hình để đảm bảo an tồn - Đối với người mình, khơng nên di chuyển qua đoạn đường bùn đất, vượt qua chướng ngại vật cao 8cm, không băng qua đường tàu, không chở nhiều đồ, gây an toàn cho người điều khiển - Lên xuống xe chưa thoải mái cho người sử dụng 3.7 Hướng phát triển - Từ nguyên lý mạch điện điều khiển Arduino, cải tiến xe điều khiển từ xa điện thoại - Cải tiến sử dụng vật liệu nhôm để giảm khối lượng xe, giúp xe nhẹ hơn, dễ dàng vận chuyển - Cải tiến dùng động ba pha để giảm chi phí bảo dưỡng hư hỏng 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] PGS TS Nguyễn Văn Phụng, Lý thuyết ô tô, Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh, (2013) [2] Bùi Quốc Khánh tác giả, Điều chỉnh tự động truyền động điện [3] Nguyễn Hữu Lộc, Giáo trình sở thiết kế máy, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, (2015) [4] Đặng Quý, Tính tốn thiết kế tơ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, (2010) [5] Ngơ Hắc Hùng, Kết cấu tính tốn tơ, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải Hà Nội, (2008) [6] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí Tập 1, Nhà xuất Giáo Dục, (2010) [7] PGS TS Đỗ Văn Dũng, Điện động điều khiển động cơ, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, (2013) [8] Tổng cục Thống kê UNICEF (2019), “Việt Nam công bố kết Điều tra Quốc gia quy mô lớn người khuyết tật”, https://www.unicef.org/vietnam/vi/th%C3%B4ng-c%C3%A1o-b%C3%A1och%C3%AD/vi%E1%BB%87t-nam-c%C3%B4ng-b%E1%BB%91-k%E1%BA%BFtqu%E1%BA%A3-%C4%91i%C3%AA%CC%80u-tra-qu%C3%B4%CC%81c-gia-quym%C3%B4-l%E1%BB%9Bn-%C4%91%E1%BA%A7u-ti%C3%AAnv%C3%AA%CC%80-ng%C6%B0%C6%A1%CC%80i [9] PGS.TS Huỳnh Thái Hoàng (2013), “Thiết kế thực xe lăn điện điều khiển mắt”, https://automation.net.vn/Nghien-cuu-Khoa-hoc/Thiet-ke-va-thuc-hien-xe-lan-diendieu-khien-bang-mat.html [10] Lê Hồng Kỳ (2018), “Nghiên cứu thiết kế cấu leo cầu thang xe lăn điện dùng cho người khuyết tật”, https://khcn.haui.edu.vn/media/29/uffile-upload-no-title29873.pdf [11] Nguyễn Hải (2020), “Hai nam sinh chế tạo xe lăn vượt địa hình”, https://vnexpress.net/hai-nam-sinh-che-tao-xe-lan-vuot-dia-hinh-4045438.html [12] Phan Hân (2017), “210 bệnh nhân khuyết tật lắp chân, tay giả”, https://baodongkhoi.vn/210-benh-nhan-khuyet-tat-duoc-lap-chan-tay-gia-13122017a46471.html [13] https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99ng_c%C6%A1_%C4%91i%E1% BB%87n_m%E1%BB%99t_chi%E1%BB%81u#Tham_kh%E1%BA%A3o Tài liệu tiếng Anh [14] Thomas Rofer, Christian Mandel, Tim Laue (2009), “Controlling an Automated Wheelchair via Joystick/Head-Joystick Supported by Smart Driving Assistance”, 2009 IEEE 11th International Conference on Rehabilitation Robotics Kyoto International 83 Conference Center, Japan, http://www.informatik.uni-bremen.de/kogrob/papers/ICORRRoefer-etal-09.pdf [15] Jinsun Ju, Yunhee Shin, Eunyi Kim (2009), “Intelligent wheelchair (IW) interface using face and mouth recognition”, https://dl.acm.org/doi/10.1145/1502650.1502693 84 PHỤ LỤC 85 86 PHẦN III PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM (tất văn có sẵn, chủ nhiệm cần photo đính kèm sau nội dung trên, sử dụng lý hợp đồng với phịng kế tốn Khi lý, báo cáo in thành 03 cuốn, đó, 01 đóng bìa mạ vàng, 02 đóng bìa cứng thường) Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học Thuyết minh đề tài phê duyệt Quyết định nghiệm thu Hồ sơ nghiệm thu (biên họp, phiếu đánh giá, bảng tổng hợp điểm, giải trình, phiếu phản biện) Sản phẩm nghiên cứu (bài báo, vẽ, mơ hình .) 87 ... thân hay người bị khuyết tật hai tay Hình 2.1 Xe lăn điện Hình 2.2 Xe lăn điện xếp gập 2.2 Mục tiêu - Mục tiêu tổng quát: Đạt thiết kế chế tạo xe lăn điện xếp gập lắp đặt chế an toàn cho người sử... khiến xe khó tiếp cận người sử dụng - Kết luận: Đề tài ? ?Thiết kế chế tạo mơ hình xe lăn điện dành cho người khuyết tật? ?? hoàn thành đạt mục tiêu mà nhóm mong muốn xe lăn điện mang lại cho người. .. 32 Hình 1.2 Xe lăn truyền thống xe lăn điện 32 Hình 1.3 Xe lăn điện TM064 33 Hình 1.4 Xe lăn điện E114 33 Hình 1.5 Xe lăn điện E104 34 Hình 2.1