Thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí và đo lường cho giường chuyển bệnh nhân bán tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o HUỲNH PHƯỚC THỊNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐO LƯỜNG CHO GIƯỜNG CHUYỂN BỆNH NHÂN BÁN TỰ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà nẵng – Năm 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o HUỲNH PHƯỚC THỊNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐO LƯỜNG CHO GIƯỜNG CHUYỂN BỆNH NHÂN BÁN TỰ ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số: 85.20.114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TIẾN SĨ ĐOÀN LÊ ANH Đà nẵng – Năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo luận văn này, trước hết xin gửi đến nhóm nghiên cứu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng lời cảm ơn chân thành Đặc biệt xin gửi đến Tiến sĩ Đồn Lê Anh, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi để tơi hồn thành tốt báo cáo luận văn tốt nghiệp lời cảm ơn sâu sắc Nội dung nghiên cứu thuộc đề tài công nghệ cấp thành phố Hợp đồng thực nhiệm vụ khoa học cơng nghệ cấp thành phố số 33/HĐ-SKHCN TS Đồn Lê Anh Vì kiến thức thân cịn hạn chế trình học tập nên báo cáo luận văn khơng tránh khỏi sai sót Vì vậy, tơi kính mong nhận ý kiến đóng góp từ Hội đồng phản biện Xin chân thành cảm ơn! Người thực Huỳnh Phước Thịnh THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội BẢNG PHÂN CHIA NỘI DUNG CÔNG VIỆC STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC Đánh giá thành tựu có lĩnh vực chuyển bệnh lên ý tưởng thiết kế sản phẩm Thiết kế, tối ưu hệ thống khí lựa chọn phương pháp gia công, chế tạo chi tiết thiết bị chuyển bệnh nhân Sản phẩm trung gian: Bản vẽ 3D có khả mơ hoạt động cho phép tách thành vẽ chi tiết để phục vụ gia công chế tạo Thiết kế mạch ổn định tốc độ động hệ thống bảng mạch điều khiển tổng cho thiết bị chuyển bệnh nhân Sản phẩm trung gian: + Bản vẽ mạch điều khiển hoàn chỉnh cho phép thay đổi tốc độ kéo + Bản vẽ mạch điều khiến kích nâng hạ có giới hạn hành trình Thiết kế, lựa chọn hệ thống phục vụ đo lường thu thập xử lý liệu" Sản phẩm trung gian: + Sơ đồ khối cách kết nối cụm cảm biến để thu thập liệu + 02 Mẫu phiếu khảo sát NGƯỜI THỰC HIỆN Huỳnh Phước Thịnh Nhóm đề tài Thành phố* Huỳnh Phước Thịnh Nhóm đề tài Thành phố* Nhóm đề tài Thành phố* Huỳnh Phước Thịnh Nhóm đề tài Thành phố* Nhóm đề tài Thành phố* Tính tốn, thiết kế hệ thống lưu trữ lượng cho giường chuyển bệnh nhân Huỳnh Phước Thịnh Nhóm đề tài Thành phố* Chế tạo lắp ráp thiết bị chuyển bệnh nhân thiết bị đo lường Nhóm đề tài Thành phố* * Nhóm đề tài Thành theo hợp đồng thực thi nhiệm vụ Khoa học Công nghệ cấp thành phố theo hợp đồng số 33/HĐ-SKHCN THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐO LƯỜNG CHO GIƯỜNG CHUYỂN BỆNH NHÂN BÁN TỰ ĐỘNG Học viên: Huỳnh Phước Thịnh Mã số: 85.20.114 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Khóa: K41 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Việc vận chuyển bệnh nhân bệnh viện công đoạn tưởng đơn giản lại quan trọng, bệnh nhân bị hạn chế việc di chuyển Sự thiếu chuyên nghiệp công đoạn tạo nguy gây tổn thương cho người bệnh gây tác động xấu đến hệ xương khớp đội ngũ nhân viên y tế Những sản phẩm hỗ trợ chuyển bệnh nhân bán tự động có mặt nước ngồi, nhiên giá thành cao công nghệ bị giấu kín Bên cạnh sản phẩm nước ta hồn tồn chưa có Vì đề tài này, tác giả nhóm nghiên cứu Trường Đại học Sư Phạm kỹ Thuật chế tạo thiết bị giường chuyển bệnh nhân bán tự động mang thương hiệu Việt Nam Trên sở nghiên cứu, tính toán, thiết kế kiểu dáng, lựa chọn động cơ, cấu nâng hạ, chúng tơi hồn thành thiết kế để đảm bảo yếu tố động học, độ an toàn, độ bền điều kiện làm việc thiết bị Hơn nữa, nhóm nghiên cứu lựa chọn mạch điều khiển điện tử, pin lưu trữ lượng, thiết kế mẫu khảo sát đánh giá thiết bị chế tạo thành công sản phẩm demo Tác giả tóm tắt kết đạt đưa hướng phát triển Từ khóa: giường chuyển bệnh, kích nâng điện, điều khiển Smart Driver DC Motor, Mẫu khảo sát Borg CR10 Scale, pin Lithium – ion DESIGN AND PRODUCTION MECHANICAL AND MEASUREMENT SYSTEM FOR Semi-AUTOMATIC PATIENT TRANSFER BED Abstract: The transportation of patients in hospitals is a seemingly simple but very important step, especially for patients with limited mobility The lack of professionalism in this step will create the risk of injury to the patient as well as adversely affect the musculoskeletal system of the medical staffs Some products to support semi-automatic patient transfer have been available in foreign countries, however, the high cost and hidden technology Besides, domestic products are completely different Therefore, in this topic, the author and the research team of the University of Technical Education have created a Vietnamese-branded semi-automatic patient transfer bed device On the basis of research, calculation, design model, engine selection, lifting mechanism, we have completed the design to ensure the factors of kinematics, safety, durability and other factors and equipment working conditions Moreover, the research team also selected electronic control circuits, energy storage systems, designed survey samples to evaluate equipment and successfully manufactured demo products The author has summarizes the obtained results and gives directions for further development Keywords: patient transfer bed, electric lifting equipment, Smart Driver DC Motor controller, Borg CR10 Scale survey sample, Lithium - ion battery THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 4.1 Tên bảng Trang Thông số kỹ thuật kích điện ROGTZ 29 tần số dao động riêng hệ 46 Những phương pháp điều chỉnh thông số PID 55 Bảng khảo sát theo Form Borg CR10 Scale 62 Thông số kỹ thuật pin axit – chì 65 Thơng số kỹ thuật pin kiềm Niken – Sắt 66 Thông số kỹ thuật pin kiềm Niken - Cadimi 67 Thông số kỹ thuật pin kiềm Niken – Hydro 67 Thông số kỹ thuật pin kiềm Niken – Kim loại 68 Hydride Thông số kỹ thuật pin Lithium – ion 69 Thông số kỹ thuật pin ZEBRA 69 Thông số kỹ thuật pin dịng oxy hóa khử Vanadium 70 Thơng số kỹ thuật pin dịng kẽm – brom 70 Thông số kỹ thuật pin kẽm – không khí 71 So sánh thơng số loại pin 72 Thông số kỹ thuật pin Lithium sắt phosphat 73 Kết test tốc độ hai động cho băng tải 81 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Chuyển bệnh hoạt động nguy cao gây rối loạn xương khớp cho trợ lý điều dưỡng Bệnh viện Hình 1.2 Di chuyển bệnh nhân từ giường sang xe lăn Hình 1.3 Phương pháp di chuyển bệnh nhân dây nịt Hình 1.4 Phương pháp để bệnh nhân tự trườn Hình 1.5 Phương pháp người Hình 1.6 Phương pháp di chuyển bệnh nhân xuống oto cáng 10 Hình 1.7 Kỹ thuật khiêng cáng người 10 Hình 1.8 Kỹ thuật khiêng cáng an tồn 11 Hình 1.9 Các hình thức chuyển bệnh 12 Hình 1.10 Tấm trượt chất liệu nilon 12 Hình 1.11 Mẫu khảo sát rối loạn chi RULA ứng dụng mơi 13 trường làm việc Hình 1.12 Mẫu khảo sát mức độ hài lòng sử dụng thiết bị bệnh 14 nhân đội ngũ nhân viên y tế Hình 1.13 Dữ liệu từ cảm biến lực kéo hai tay Camera tốc độ 15 ProReflex Hình 1.14 Thiết bị chuyển bệnh bán tự động đăng ký quyền 17 sáng chế Mỹ Hình 1.15 Thiết bị chuyển bệnh bán tự động đăng ký quyền 17 sáng chế Trung Quốc Hình 1.16 Các thiết bị chuyển bệnh thương mại hóa 18 Hình 1.17 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 1)I-Move; 2) Power Nurse; 3) Patient Transfer Stretcher ; 4) Citadel NRX Patient Tranfer Thiết bị giường chuyển bệnh Citadel NRX Thiết bị giường chuyển bệnh nhân Citadel NRX Trục vít me đai ốc bi Cấu tạo xi lanh điện Xi lanh điện SMC Bàn nâng chữ X Thiết bị kích nâng điện ROGTZ sử dụng đề tài Kiểu dáng thiết bị thiết kế Thanh sắt hộp dùng để đỡ băng tải chuyển động lên xuống Phần khung bên băng tải Sơ đồ động thiết bị Phân tích lực tác động hai bên trục kích có bệnh nhân Góc φ tam giác cần xét Phân tích lực tác dụng điểm C Lực ma sát ổ bi băng tải quay Động băng tải nhóm nghiên cứu lựa chọn Dao động xảy đẩy bệnh nhân thiết bị THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 21 23 24 26 27 28 29 30 31 32 32 34 35 35 37 38 40 Lưu hành nội Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Một vị trí bệnh nhân phân tích Kết tốn phân tích phân bố tải trọng Sơ đồ khối trình tự thực toán PTHH Biến dạng tương ứng với tần số dao động riêng 41 41 43 45 a Mode (41.706 Hz); b Mode (79.802 Hz); c Mode (87.709 Hz); d Mode (112.58 Hz); e Mode (120.6 Hz); f Mode (130.23 Hz) Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Thanh inox chữ U vị trí ba vít ren đai ốc cần mô Tạo ràng buộc cho bách Cố định vị trí bu lơng bách Cố định vị trí bu lơng inox chữ U Tấm bách ba bu lông cần ràng buộc Kết biến dạng inox chữ U với tải trọng người bệnh 200kg Ứng suất vị trí ốc Chuyển vị inox chữ U Bộ điều khiển PID điều khiển vị trí bánh xe Bộ điều khiển tốc độ động Smart Driver DC Motor Đèn LED báo trạng thái hoạt động sau kết nối Giao diện phần mềm khởi động Giao diện phần mềm kết nối thành công Setup chế độ PID vận tốc Form khảo sát theo mẫu Borg RPE Scale CR10 Scale Quá trình xả (trái) sạc (phải) pin Pin ắc quy (bên trái) pin Li- ion (bên phải) Pin Lithium- ion LiFePO4 12V – 100Ah Máy trợ thở đèn sưởi hồng ngoại (Công suất 100W) Màn hình theo dõi bệnh nhân (36W) bơm tiêm điện (16W) Máy trợ thở (200W) máy tạo oxi (