Thiết kế, chế tạo xe lăn điện

Và ñương nhiên ñể làm ñược những việc ñó không thể không nói ñến những ñóng góp quý báu của các kỹ sư cơ ñiện tử bởi họ là những người ñang ngày ñêm miệt mài trực tiếp ñiều khiển vận hàn

ñời Và ñặc biệt em xin gửi tới các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử lời cảm ơn chân

thành nhất, các thầy ñã và ñang ngày ñêm miệt mài nghiên cứu, lao ñộng ñể truyền ñạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu Các thầy ñã tạo cho chúng em những ñiều kiện tốt nhất ñể chúng em ñược học tập, ñược sử dụng thiết bị bộ môn

ñể hoàn thành ñồ án nhanh nhất

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thăng Long ñã tận tình chỉ bảo, giúp ñỡ

chúng em trong suốt quá trình thực hiện ñồ án ñể chúng em hoàn thành ñược ñồ án với ñúng quy ñịnh

Xin cảm ơn tập thể các bạn lớp 49CKCD ñã ñóng góp những ý kiến quý báu cho ñồ án

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý thầy cô trong nhà trường, các bạn bè người thân ñã giúp ñỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc tốt ñẹp nhất!

Trường Đại học Nha Trang Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Hà

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 5

MỤC LỤC 6

DANH MỤC CÁC HÌNH 9

LỜI MỞ ĐẦU 12

Chương 1 13

TỔNG QUAN XE LĂN ĐIỆN 13

1.1 Giới thiệu chung 14

1.2 Nhu cầu và vai trò xe lăn ở Việt Nam 14

1.3 Giới thiệu một số nghiên cứu về xe lăn ñiện 15

1.3.1 Xe lăn thông minh 15

1.3.2 Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ 16

1.3.3 Xe lăn ñiều khiển bằng cần ñiều khiển (Joystick) 17

1.4 Mục ñích và yêu cầu 17

1.4.1 Mục ñích 17

1.4.2 Yêu cầu 18

Chương 2 19

PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19

2.1 Phương pháp nghiên cứu 20

2.2 Nội dung nghiên cứu 20

2.2.1 Các phương án thiết kế 20

2.2.1.1 Phuơng án 1 20

2.2.1.2 Phương án 2 22

2.2.1.3 Phuơng án 3 23

2.2.2 Thiết kế chế tạo phần cơ khí 24

2.2.2.1 Động lực học bánh xe và khái niệm về sự trượt 24

2.2.2.2 Tính chọn công suất ñộng cơ 26

2.2.2.3 Thiết kế bộ truyền ñộng 28

2.2.2.4 Chọn ổ bi 31

2.2.2.5 Vật liệu chế tạo xe 31

2.2.2.6 Dụng cụ thực hiện 33

2.2.2.7 Chế tạo khung xe 35

a Chế tạo lắp chặt giữa ñộng cơ và bộ truyền ñộng trục vít 35

b Chế tạo ñồ gá ñộng cơ 35

c Chế tạo phanh xe 36

2.2.3 Hệ thống ñiều khiển ñiện tử 37

2.2.3.1 Hệ thống cần ñiều khiển 37

2.2.3.2 Giới thiệu bộ thu phát hồng ngoại 38

a Bộ phát hồng ngoại 38

b Bộ thu hồng ngoại 41

2.2.3.3 Giới thiệu về Vi ñiều khiển AVR 41

2.2.3.4 Những tính năng chính của vi ñiều khiển AVR 42

2.2.3.5 Cấu trúc bộ nhớ của AVR 42

2.2.3.6 Cách thức hoạt ñộng của Vi ñiều khiển AVR 45

2.2.3.7 Cổng vào ra của Vi ñiều khiển AVR 46

2.2.3.8 Bộ ñịnh thời Timer/Counter của AVR 47

2.2.3.9 Các chế ñộ hoạt ñộng của bộ Timer 51

2.2.3.10 Vi ñiều khiển ATMEGA32 54

2.2.3.11 Một số linh kiện ñiện tử khác ñược dùng trên Board mạch ñiều khiển 55

2.2.3.12 Thiết kế chế tạo bộ ñiều khiển 58

a Khối nguồn 5V cho vi ñiều khiển 58

b Khối nguồn 24V cho rơle 59

c Khối cách ly 60

d Khối ñảo chiều ñộng cơ 61

e Khối vi ñiều khiển 62

f Chế tạo mạch ñiều khiển 63

2.2.4 Sơ ñồ giải thuật 64

2.2.4.1 Giải thuật giải mã tín hiệu remote Sony 64

2.2.4.2 Giải thuật chương trình 65

Chương 3 66

THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QỦA 66

3.1 Thử nghiệm kiểm tra kết cấu của xe 67

3.2 Thử nghiệm kiểm tra tính năng của xe 67

3.2.1 Chuẩn bị 67

3.2.1.1 Kiểm tra bình ắc quy 67

3.2.1.2 Kiểm tra mạch công suất 67

3.2.1.3 Kiểm tra các công tắc, nút nhấn 68

3.3.2 Thử nghiệm 69

3.2.2.1 Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe trên ñường bằng 69

3.2.2.2 Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi lên dốc 70

3.2.2.3 Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi xuống dốc 70

3.2.2.4 Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi vào ñường cua 70

3.2.2.5 Thử nghiệm khả năng lui của xe 71

3.2.2.6 Thử nghiệm xe với remote 71

Chương 4 72

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 72

4.1 Kết luận 73

4.1.1 Kết quả ñã ñạt ñược 73

4.1.2 Kết quả chưa ñạt ñược 73

4.2 Đề xuất 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hinh 1.1: Một số xe lăn trên thị trường 14

Hinh 1.2: Các bạn khuyết tật trung tâm NLS 15

Hình 1.3: Xe lăn thông minh 16

Hình 1.4: Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ 16

Hình 1.5: Xe lăn ñiều khiển dùng Joystick 17

Hinh 2.1: Sơ ñồ tổng quát 20

Hình 2.2: Mô hình bản thiết kế 1 21

Hình 2.3: Mô hình bản thiết kế 2 22

Hình 2.4: Mô hình bản thiết kế 3 23

Hình 2.5: Chuyển ñộng thẳng của xe trên dốc 25

Hình 2.6: Mô hình một bánh 25

Hình 2.7: Sơ ñồ bộ truyền ñộng 26

Hình 2.8: Xích ống con lăn 28

Hinh 2.9: Ổ bi và cấu tạo bên trong ổ bi côn 31

Hình 2.10: Vật liệu thép 32

Hình 2.11: Que hàn 32

Hình 2.12: Máy cắt cầm tay 33

Hình 2.13: Máy cưa 33

Hình 2.14: Máy hàn 34

Hình 2.15: Bộ nối giữa ñộng cơ và bộ trục vít 35

Hình 2.16: Hệ thống tăng xích 36

Hình 2.17: Hệ thống phanh 36

Hình 2.18: Mô hình tổng thể 37

Hình 2.19: Bộ ñiều khiển 38

Hình 2.20: Remote Sony 39

Hình 2.21: Mã hóa tín hiệu sony 39

Hình 2.22: Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu 40

Hình 2.23: Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy ñầy ñủ 40

Hình 2.24: Mã hóa dữ liệu nhận 41

Hình 2.25: Mắt thu hồng ngoại 41

Hình 2.26: Một số vi ñiều khiển họ AVR 42

Hình 2.27: Cấu trúc bộ nhớ của AVR 43

Hình 2.28: Thanh ghi 8 bit 43

Hình 2.29: Register file 44

Hình 2.30: Cấu trúc bên trong của AVR 45

Hình 2.31: Cấu trúc chân trong PORT của vi ñiều khiển AVR 46

Hình 2.32: Thanh ghi DDRA 46

Hình 2.33: Thanh ghi PORTA 47

Hình 2.34: Thanh ghi PINA 47

Hình 2.35: Sơ ñồ khối bộ Timer/Counter 8bit 48

Hình 2.36: Sơ ñồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 48

Hình 2.37: Thanh ghi TCCR0 49

Hình 2.38: Thanh ghi TCNT0 50

Hình 2.39: Thanh ghi 0CR0 50

Hình 2.40: Thanh ghi mặt nạ ngắt 50

Hình 2.41: Thanh ghi cờ ngắt 51

Hình 2.42: Sơ ñồ thời gian của chế ñộ so sánh 52

Hình 2.43: Chế ñộ Fast PWM 52

Hình 2.44: Chế ñộ Phase correct PWM 53

Hình 2.45: Chế ñộ Phase correct PWM 53

Hình 2.46: Sơ ñồ chân của ATMEGA32 54

Hình 2.47: Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 55

Hình 2.48: Điốt nắn ñiện 5A 55

Hình 2.49: Linh kiện ốptô 56

Hình 2.50: Linh kiện IRF150 56

Hình 2.51: Rơ le 56

Hình 2.52: Cấu tạo của rơle ñiện từ 57

Hình 2.53: Cấu tạo ñộng cơ ñiện một chiều 58

Hình 2.54: Động cơ ñiện thực tế 58

Hình 2.55: Sơ ñồ khối nguồn 5V 59

Hình 2.56: Sơ ñồ khối nguồn 24V 59

Hình 2.57: Sơ ñồ khối cách ly 60

Hình 2.58: Sơ ñồ khối ñảo chiều 61

Hình 2.59: Sơ ñồ khối ñiều khiển 62

Hình 2.60: Sơ ñồ mạch layout 63

Hình 2.61: Mạch ñiều khiển 63

Hinh 2.62: Sơ ñồ giải thuật nhận mã tín hiệu remote Sony 64

Hình 2.63: Sơ ñồ giải thuật chương trình 65

Hình 3.1: Thử nghiệm khung xe 67

Hình 3.2: Kiểm tra bình ắc quy 67

Hình 3.3: Kiểm tra mạch ñiều khiển 68

Hình 34: Kiểm tra công tắc 68

Hình 3.5: Chỉ dẫn sử dụng bộ ñiều khiển 69

Hình 3.6: Xe trên ñường bằng 69

Hình 3.7: Xe lên dốc 70

Hình 3.8: Xe xuống dốc 70

Hình 3.9: Xe vào ñường cua 71

Hình 310: Thử nghiệm xe với remote 71

LỜI MỞ ĐẦU

Trong quá trình ñất nước ñang phát triển mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực như kinh

tế chính trị văn hóa xã hội, ñể trở thành một nước công nghiệp hóa hiện ñại hóa xứng tầm khu vực và vươn ra quốc tế thì cơ ñiện tử ñóng góp một phần không nhỏ vào quá trình xây dựng và phát triển ñấy Bởi sản phẩm của cơ ñiện tử là những sản phẩm mang tính ứng dụng cao, mang lại giá trị lợi ích kinh tế lớn cho xã hội Và ñương nhiên ñể làm ñược những việc ñó không thể không nói ñến những ñóng góp quý báu của các kỹ sư cơ ñiện tử bởi họ là những người ñang ngày ñêm miệt mài trực tiếp ñiều khiển vận hành các máy móc, các dây truyền tại các nhà máy, xí nghiệp ñể tạo ra những sản phẩm mang lại hiệu quả kinh tế cao

Và ñể ñạt ñược mục ñích ñó chúng ta không thể không nói tới những ñóng góp

vô cùng to lớn của nhà trường, các thầy cô cán bộ trong nhà trường Bởi ñây là nơi,

là những người nuôi dưỡng chắp cánh cho các kỹ sư về kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức văn hóa ñể làm hành trang vững vàng bước vào cuộc sống Và ñặc biệt hơn là các thầy trong bộ môn cơ ñiện tử ĐẠI HỌC NHA TRANG Không ngại khó khăn gian khổ ñang ngày ñêm miệt mài nghiên cứu, lao ñộng ñể truyền ñạt cho chúng em những kiến thức quý báu nhất Sau một quá trình học tập và nghiên cứu tại trường cùng với sự cố gắng tìm tòi, học hỏi của bản thân và ñược sự nhất trí của cán bộ hướng dẫn chúng em ñã ñi tới nghiên cứu “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN” ñể phần nào ñóng góp công sức nhỏ bé cuả mình vào công cuộc xây dựng ñất nước, và mang lại niềm vui cho các em nhỏ, người già ñang bị khuyết tật phải vất vả ñi lại với ñôi chân của mình Và ñồng thời ñể củng cố những kiến thức ñược học tập trong suốt thời gian qua Và dần làm quen với công việc tìm hiểu và nghiên cứu khoa học

Do lần ñầu làm quen tìm hiểu thực hiện ñồ án nên không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong ñược sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô ñể sản phẩm của chúng em ñược hoàn thiện hơn nữa và hi vọng trong tương lai không xa sản phẩm của chúng em sớm ñược ứng dụng vào thực tế trong cuộc sống

Nha Trang 15 tháng 4 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Phạm Thanh Hà

Chương 1 TỔNG QUAN XE LĂN ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chung

Xe lăn là một phuơng tiện di chuyển dành cho những nguời bị khuyết tật, người già và bệnh nhân Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại xe lăn ñiện với các kiểu dáng khác nhau Ở Nha Trang loại xe chủ yếu ñó là loại 3 bánh dùng cần lắc ñây là loại ñơn giản không mang tính tự ñộng hóa Loại này mang hiệu suất thấp với ưu ñiểm giá thành rẻ phù hợp với ñiều kiện của người sử dụng nên ñược chọn làm phương tiện di chuyển của người khuyết tật

Trong xã hội của chúng ta ngày nay xe lăn ñóng một vai trò rất to lớn, nhờ có

xe lăn mà biết bao con người có ñược cuộc sống ấm no hạnh phúc, giúp cho người già trẻ nhỏ ñi lại không còn khó khăn nữa

Hinh 1.1: Một số xe lăn trên thị trường

1.2 Nhu cầu và vai trò xe lăn ở Việt Nam

Những con số thống kê ở Việt Nam gần ñây cho thấy, với dân số khoảng 85 triệu người, thì có ñến gần 12 triệu người khuyết tật chiếm khoảng 15% dân số Họ

là những người vốn ñã gặp rất nhiều khó khăn trong việc học tập và làm việc do những khiếm khuyết về cơ thể và tinh thần, cộng thêm vào ñó là những kỳ thị của

xã hội, và những thiếu thốn về trợ giúp từ phía chính phủ Theo thống kê của tỉnh thì hiện nay ở Khánh Hòa ñang có khoảng 5.500 người khuyết tật, trong ñó có 2.200 phụ nữ và 1.500 trẻ em (theo báo tuoitre.vn )

Hinh 1.2: Các bạn khuyết tật trung tâm NLS

Khó khăn trong học tập ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng xin việc, trình ñộ học vấn chung của người khuyết tật thấp hơn tương ñối so với cộng ñồng Ngoài ra một số công việc có những yêu cầu mà người khuyết tật khó thực hiện tốt ñược, ñiều này có thể ñược giảm thiểu bằng cách tránh những việc liên quan ñến hạn chế của mình, chẳng hạn khuyết tật ở chân thì không nên tìm những việc phải ñi lại quá nhiều

Để khắc phục những khó khăn mà người khuyết tật ñang phải gánh chịu ngày nay với trình ñộ khoa học kỹ thuật phát triển máy móc hỗ trợ cho người khuyết tật rất nhiều, trên tất cả các phương diện từ khuyết tật vận ñộng cho ñến trí tuệ hay cảm giác Vận ñộng: Chân tay giả thường ñược thiết kế khi khả năng vận ñộng vẫn tương ñối tốt, ngày nay các chất liệu cũng như phần cơ khí của các bộ phận giả ñó rất tiến bộ, tuy nhiên giá thành lại cao, không phù hợp với phần ñông thu nhập của người Việt Với những người bị nặng ở chân, xe lăn là phương tiện hỗ trợ hữu hiệu, thông thường sự di chuyển của xe lăn ñược thực hiện bằng tay, ñối với những người tay rất yếu họ ñược thiết kế những chiếc xe lăn chuyên dụng chạy bằng ñiện chỉ phải ñiều khiển bằng nút bấm

1.3 Giới thiệu một số nghiên cứu về xe lăn ñiện

1.3.1 Xe lăn thông minh

Sự kết hợp của một robot tự ñộng và suy nghĩ của con người là hướng phát triển xe lăn trong thời gian tới Người bạn ‘thông minh’ của người khuyết tật Các giáo sư tại Đại Học Công Nghệ Sydney (UTS) ñang nghiên cứu và tìm cách chế tạo

ra những chiếc xe lăn tốt nhất cho người khuyết tật Một chiếc xe lăn ‘thông minh’

có chức năng như một robot tự ñộng kết hợp với ñiều khiển bằng ý nghĩ của con người

Hình 1.3: Xe lăn thông minh

Xe lăn ‘thông minh’ ñược thiết kế với những chiếc cảm biến nhỏ như laser, camera v.v ñể biến chúng thành những con rôbốt tự ñộng có thể tự di chuyển và có thể tránh các vật thể mà chúng có thể ‘nhìn thấy’ qua các camera ñược gắn trên xe nhằm tạo nên sự an toàn cho người sử dụng Người khuyết tật có thể sử dụng những cái lắc ñầu, ánh mắt hoặc suy nghĩ của mình ñể ñiều khiển xe Khi muốn di chuyển sang trái, họ chỉ cần lắc ñầu sang bên trái, nhìn sang bên trái hoặc chỉ cần suy nghĩ

là mình cần sang bên trái, chiếc xe lăn ‘thông minh’ sẽ tự ñộng di chuyển theo hướng suy nghĩ của người sử dụng

1.3.2 Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ

Các nhà khoa học Tây Ban Nha vừa chế tạo thành công loại xe lăn có thể nhận lệnh ñiều khiển trực tiếp từ não người sử dụng

Hình 1.4: Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ

Chiếc xe lăn ñặc biệt - do Đại học Zaragoza (Tây Ban Nha) chế tạo - sử dụng một thiết bị quét laser ñể tạo ra hình ảnh không gian ba chiều của khu vực xung quanh nó trong thời gian thực Hình ảnh ñược hiển thị trên một máy tính trước mặt

người ngồi trên xe Người sử dụng nhìn vào hình ảnh và quyết ñịnh vị trí họ muốn tới Trên ñầu người sử dụng có một mũ gắn các ñiện cực ñể theo dõi hoạt ñộng não Các ñiện cực này sẽ xác ñịnh ñiểm ñến mong muốn của người sử dụng rồi truyền tín hiệu tới bộ phận ñiều khiển

1.3.3 Xe lăn ñiều khiển bằng cần ñiều khiển (Joystick)

Được các sinh viên K49 bộ môn Tự Động Hóa khoa ñiện Đại Học Bách Khoa

Hà Nội nghiên cứu và chế tạo, xe lăn ñiện PET nhanh chóng gây ñược sự chú ý của những người quan tâm ñến lĩnh vực xe chạy bằng ñiện Mới chỉ là kết quả nghiên cứu bước ñầu nhưng xe PET ñược thiết kế một cách gọn gàng, tiện dụng và nhất là hướng tới những người tàn tật, người già giúp họ có thể chủ ñộng hơn trong việc di chuyển và ñi lại Xe sử dụng tới hai ñộng cơ ñiện Sử dụng ñộng cơ BLDC liền bánh (InWheel Motor), công suất 350W mỗi ñộng ắc quy 36V gồm 3 ắc quy 12V 12Ah,

có thể chạy xe liên tục trong 2-3 tiếng Điều khiển xe bằng tay cầm (Joystick) Có phanh ñiện và phanh cơ

Hình 1.5: Xe lăn ñiều khiển dùng Joystick

không thể bước ñi vững vàng như bao người bình thường Hay những con người không may xảy ra tai nạn mất ñi ñôi chân của mình hay một lý do nào ñó khiến họ không thể ñi lại bình thường ñược Họ phải chịu ñựng cuộc sống khó khăn vất vả ñi lại với những ñôi nạn gỗ ñể ñến trường, ñể làm việc như bao nhiêu người khác Trên tinh thần cảm thông với những số phận không may ấy, ñể mang lại tiếng cười trong cuộc sống mang lại hạnh phúc cho mọi người mọi nhà ñể phần nào chia

sẻ bớt nỗi ñau của những người tàn tật ấy, chúng em là những sinh viên Cơ Điện Tử của trường Đại Học Nha Trang cho ra ñời chiếc xe lăn ñiện với những tính năng ưu việt thân thiện với người sử dụng Mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng Xe ñược thiết kế gọn gang dễ dàng sử dụng ở mọi nơi, phục vụ cho nhiều ñối tượng như người già, trẻ nhỏ, người tàn tật và bệnh nhân

1.4.2 Yêu cầu

Sau một thời gian tìm hiểu và tham khảo các xe lăn trên thị trường và một số

ý kiến của nguời sử dụng xe lăn ñiện chúng em ñã ñúc kết và thấy rằng xe lăn ñiện cần phải có các yếu tố sau:

Tốc ñộ tối ña 15km/h

Động cơ xe có công suất lớn, có thể chở ñược người khoảng 70 kg

Hệ thống ñiều khiển xe phải thân thiện với người dùng và dễ sử dụng

Xe có hệ thống phanh an toàn cho người sử dụng khi xe xuống dốc

Dễ dàng bảo hành sửa chữa và tháo lắp

Kết cấu cơ khí của xe phải vững chắc, gọn nhẹ, mang tính thẩm mỹ cao

Đáp ứng tín hiệu ñiều khiển nhanh nhạy

Có hệ thống chiếu sáng cho xe chạy vào ban ñêm và ñèn tín hiệu rẽ trái, rẽ phải

Xe có giỏ ñựng những vật dụng cá nhân, cần thiết của người sử dụng

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG

NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp nghiên cứu

Hinh 2.1: Sơ ñồ tổng quát

Phương pháp nghiên cứu chế tạo xe lăn ñiện dựa trên tính toán lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, Cụ thể:

Phân tích các yếu tố chuyển ñộng của xe lăn ñiện, các yếu tố bao gồm lực cản chuyển ñộng, tải trọng, vận tốc, gia tốc, tính ổn ñịnh… ñể từ ñó xác ñịnh kích thước

và kết cấu của xe lăn ñiện và vị trí ñặt nguồn ñộng lực cho thích hợp

Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và ñiều khiển: Nhằm lựa chọn ñược kết cấu tốt nhất, phù hợp và thân thiện với người sử dụng, một số phương án thiết kế sẽ ñược xây dựng Mỗi phương án sẽ ñược phân tích kỹ lưỡng ñể chọn phương án thích hợp Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, sẽ tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn ñộng cơ, tính toán sức bền thân xe, lựa chọn ổ bi, lựa chọn giải pháp ñiều khiển…và thiết kế mạch ñiều khiển Sau ñó xe lăn ñiện sẽ ñược chế tạo ñể tiến hành thử nghiệm Và viết chương trình ñiều khiển xe

Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh xe lăn ñiện: Việc thử nghiệm của xe sẽ ñược tiến hành bằng cách kiểm tra kết cấu cơ khí sau ñó kiểm tra công suất ñộng cơ

ñể kiểm tra tính năng kéo tải của xe cũng như khả năng chuyển ñộng ñến các vị trí mong muốn, tính ổn ñịnh của xe, khả năng chịu tải trọng Quá trình này ñược tiến hành nhiều lần ñể phát hiện và sửa chữa các nhược ñiểm

2.2 Nội dung nghiên cứu

Hình 2.2: Mô hình bản thiết kế 1

Hoạt ñộng:

Xe sử dụng 3 bánh, bánh trước là bánh tự lựa, xe sử dụng bộ truyền ñộng xích,

sử dụng hai ñộng cơ ñiện ñồng tốc lắp hai bên, ñộng cơ ñược lắp nghiêng so với trục bánh xe một góc tạo sự căng xích nâng cao hiệu suất của xe Khi muốn tăng tốc

ñộ của xe ta sử dụng tay ga ñể tăng tốc ñộ Khi muốn rẽ trái, rẽ phải ta ñiều khiển trực tiếp càng xe Khi gặp vật cản hay khi xuống dốc dùng phanh tay ñể ñảm bảo an

toàn cho người sử dụng

Ưu ñiểm:

Xe lăn mang tính thẩm mỹ cao

Dễ dàng trong quá trình chế tạo

ta chỉ cần tăng ñiện áp cấp cho ñộng cơ dùng phương pháp băm xung ñể ñiều khiển tốc ñộ ñông cơ Khi muốn rẽ trái thì ta tăng tốc ñộ bánh phải lớn hơn bánh trái, ngược lại khi muốn rẽ phải thì ta tăng tốc ñộ bánh trái lớn hơn bánh phải

Xe chuyển ñộng ñảm bảo an toàn cho người dùng nhờ có hệ thống phanh an toàn

Nhược ñiểm:

Kết cấu bánh sau của xe một bên gắn cứng vào khung xe, khi xe chuyển ñộng hoặc chịu tải trọng có khả năng dẫn ñến hiện tượng gãy trục không an toàn cho người sử dụng

ñều không xảy ra hiện tượng cong, gãy trục Hai ñộng cơ ñược bố trí gọn gàng, xe

sử dụng bộ truyền ñộng xích, hai bánh trước gắn với khung xe sử dụng ổ bi côn ñảm bảo chịu lực dọc trục tốt Xe sử dụng cần ñiều khiển, hai ñộng cơ ñồng tốc khi mốn tăng tốc ñộ ñộng cơ ta chỉ cần tăng ñiện áp cấp cho ñộng cơ dùng phương pháp băm xung ñể ñiều khiển tốc ñộ ñông cơ Khi muốn rẽ trái thì ta gạt cần ñiều khiển sang trái lúc này vi ñiều khiển gửi tín hiệu ñiều khiển tăng tốc ñộ bánh phải lớn hơn bánh trái lúc này xe sẽ rẽ trái, ngược lại khi muốn rẽ phải thì ta gạt cần ñiều khiển sang phải vi ñiều khiển sẽ gửi tín hiệu ñiều khiển tăng tốc ñộ bánh trái lớn hơn bánh phải thì xe sẽ rẽ phải Và xe muốn chạy nhanh, chạy chậm ta chỉ cần ñẩy cần ñiều khiển lên trước hay gạt cần ñiều khiển về sau

Ưu ñiểm:

Tính tự ñộng cao

Thân thiện với người sử dụng

Thiết kế nhỏ gọn, ñảm bảo ñộ cứng vững

Xe chuyển ñộng an toàn cho người sử dụng nhờ có hệ thống phanh cơ

Có chỗ ñể ñồ dùng cho người sử dụng, và có hệ thống chiếu sáng phục vụ xe

ñi vào ban ñêm và có tín hiệu báo khi xe rẽ trái, rẽ phải

Đáp ứng ñược yêu cầu chuyển ñộng và rẽ lái ở mức cơ bản

Tính thẩm mỹ cao

Dễ dàng tháo lắp cũng như trong việc bảo dưỡng

Khắc phục ñược các nhược ñiểm của hai phương án trên

2.2.2 Thiết kế chế tạo phần cơ khí

2.2.2.1 Động lực học bánh xe và khái niệm về sự trượt

Để phân tích chuyển ñộng của một chiếc xe chạy thẳng trên ñường ta hãy xét trường hợp một chiếc xe có khối lượng M, chạy thẳng nghiêng trên dốc một góc α ở tốc ñộ V và gia tốc a như hình dưới ñây

Hình 2.5: Chuyển ñộng thẳng của xe trên dốc

M Là khối lượng xe tác dụng lên bánh

J Là mô men quán tính của xe

2.2.2.2 Tính chọn công suất ñộng cơ

Nguồn ñộng lực trong hệ thống truyền ñộng là ñộng cơ ñiện Các yêu cầu kỹ thuật, ñộ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của hệ thống truyền ñộng ñiện phụ thuộc chính vào lựa chọn ñộng cơ ñiện và phương pháp ñiều khiển ñộng

cơ Tiêu chuẩn chọn một ñộng cơ ñiện cho hệ thống truyền ñộng bao gồm nhiều yếu

tố sau

Động cơ ñủ công suất kéo tải

Tốc ñộ phù hợp và ñáp ứng ñược phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ với một phương pháp ñiều khiển thích hợp, thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm ñiện

Phù hợp với nguồn ñiện năng sử dụng (loại dòng ñiện, cấp ñiện áp)

Thích hợp với ñiều kiện làm việc (ñiều kiện thông thoáng, nhiệt ñộ, ñộ ẩm…)

 Các thông số: Vận tốc tối ña của xe khoảng V = 4,5 (m/s)

Khối lượng xe không tải m, = 30 (kg)

Khối lượng tải m = 70 (kg)

Ta có: F là diện tích cản chính diện (m2) Diện tích cản chính diện là diện tích hình chiếu của xe lên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của xe, việc xác ñịnh diện tích cản thường gặp nhiều khó khăn Người ta thường dùng công thức

F=B.H

Trong ñó: B là chiều rộng cơ sở của xe

H là chiều cao lớn nhất của xe tính từ mặt ñường lên tới ñiểm cao nhất

sin

l

p =G α = 980.sin 30o = 490(N) (2.5) Thay (2.3), (2.4) và (2.5) vào (2.3) ta ñược

p = p + p + p = 19, 5 1, 4 490 + + = 510, 9 (N)

Ta có p k=510,9(N)

Để tính ñược công suất ñộng cơ ta tính công suất cần thiết

Ta gọi N: Công suất ñộng cơ

Nct: Công suất cần thiết

η: Hiệu suất chung

η

Vậy công suất cần thiết là 2,4 (kw)

Do sử dụng hai ñộng cơ ñiện cho xe nên ta chỉ cần ñộng cơ có công suất 1,2 (kw)

Ta có công suất 1,2 (kw) với tốc ñộ ñộng cơ ñiện 100 (vòng/phút)

Số vòng quay trên bánh xe lăn:

60000. 60000.4, 5 172

xe

V n

2.2.2.3 Thiết kế bộ truyền ñộng

Truyền ñộng xích ñược dùng

truyền chuyển ñộng giữa hai trục

song song cách nhau với khoảng

cách trung bình, yêu cầu kích thước

bộ truyền nhỏ gọn và tỉ số truyền

trung bình ổn ñịnh

Truyền ñộng xích có ưu ñiểm

kích thước nhỏ gọn, làm việc không

trượt, hiệu suất cao, lực tác dụng

lên trục nhỏ Tuy nhiên bộ truyền cũng có nhược ñiểm: Chế tạo và lắp ráp phức tạp, yêu cầu bôi trơn thường xuyên và giá thành tương ñối cao

Kñ: Hệ số xét ñến tính chất của tải trọng tác dụng Do tải trọng êm nên ta chọn Kñ =

1

Ka: Hệ số xét ñến chiều dài xích Chon Ka = 1 với giả thiết A = (20-30)t

Ko: Hệ số xét ñến cách bố trí bộ truyền, chọn Ko = 1

Kñc: Hệ số xét ñến khả năng ñiều chỉnh lực căng xích, chọn Kñc = 1,25

Kb: Hệ số xét ñến ñiều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1(bôi trơn nhỏ giọt)

Kc: Hệ số xét ñến chế ñộ làm việc Do làm việc 2 ca/ngày, chọn Kc=1,25

ol n

n K n

) 2

1 2 ( 8 ) 2

2 1 ( 2

2 Z1 [

Z Z Z

Z X

Z X

25

t dc

14

t dc

t

+

 Tính lực tác dụng lên trục

K N R

 Giới thiệu ổ bi côn

Đặc ñiểm của loại ổ bi này là sử dụng con lăn côn lăn quanh các mặt dẫn côn trên vòng trong và vòng ngoài Những ổ này có khả năng chịu tải hướng kính và hướng trục (trên một hướng) rất cao NSK sản xuất vòng bi côn ñặc biệt, có ký hiệu bắt ñầu bằng HR, có các con lăn côn, có kích cỡ và số lượng cao hơn, do ñó có khả năng chịu ñược tải trọng cao hơn các vòng bi tiêu chuẩn

Hinh 2.9: Ổ bi và cấu tạo bên trong ổ bi côn

- Ký hiệu ñuôi: A Thiết kế bên trong có thay ñổiA…N11CA khe hở dọc trục

A theo µm, 2 vòng bi côn lắp theo kiểu X với miếng ñệm giữa 2 vòng B góc tiếp xúc tăng lên X kích thước bên ngoài thích ứng với tiêu chuẩn quốc tế

2.2.2.5 Vật liệu chế tạo xe

Thép là vật liệu ñiển hình thuộc nhóm vật liệu kim loại, ñược sử dụng nhiều trong các công trình cầu, ñường sắt và công trình xây dựng Chúng có ưu ñiểm là cường ñộ chịu lực cao, nhưng dễ bị tác dụng ăn mòn của môi trường Thép là hợp kim sắt - các bon, hàm lượng các bon < 2%

Theo hàm lượng các bon chia ra:

Khi tăng hàm lượng các bon, tính chất

của thép cũng thay ñổi: Độ dẻo giảm,

cường ñộ chịu lực và ñộ giòn tăng Để tăng

cường các tính chất kỹ thuật của thép có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như: Mangan, crôm, niken, nhôm, ñồng

Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra:

- Thép hợp kim thấp: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác ≤ 2,5%

- Thép hợp kim vừa: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác 2,5-10%

- Thép hợp kim cao: Tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác > 10%

Xe lăn là một thiết bị phục vụ người sử dụng nên yêu cầu ñặt ra là phải an toàn, cần vật liệu ñủ bền ñể sử dụng làm khung xe Do xe cũng không phải chịu tải trọng lớn nên ta chọn loại thép trung bình vẫn ñảm bảo kỹ thuật, giá thành rẻ phù hợp với người sử dụng

Que hàn nóng chảy là loại ñiện cực

mà lõi làm bằng kim loại (thép, gang,

dồng, nhôm, ) bên ngoài có một lớp

thuốc bọc Khi hàn que hàn sẽ bổ sung

kim loại và tăng cường một số tính chất

ñặc biệt cho mối hàn Que hàn nóng chảy

có nhiều loại như que hàn thép các bon,

que hàn thép inốc, que hàn thép hợp kim,

que hàn ñồng, que hàn nhôm

Hình 2.11: Que hàn Hình 2.10: Vật liệu thép

Tác dụng của lớp thuốc bọc que hàn kích thích hồ quang và làm cho hồ quang cháy ổn ñịnh Tạo khí & tạo xỷ ñể bảo vệ mối hàn Lớp xỷ có tác dụng làm cho muối hàn nguội chậm tránh hiện tượng tôi của mối hàn Khử ôxy hoàn nguyên kim loại Tăng cơ tính và một số tính chất ñặc biệt của mối hàn

+ Tay cầm phía trên có nút nhấn ñể

khởi ñộng ñiều chỉnh tốc ñộ quay lưỡi

cưa

+ Đặt vị trí cần cắt của chi tiết vào

khe cắt, kéo lưỡi cưa xuống ướm thử sao

cho lưỡi cắt trùng vào vị trí cắt

+ Thực hiện cưa: Vừa kéo tay cầm, vừa

nhấn nút (cần nhấn nút linh hoạt ñiều

chỉnh tốc ñộ quay của lưỡi cưa một cách

hợp lý).

- Công dụng: Cưa nhôm, nhựa

khối, gỗ

Hình 2.13: Máy cưa Hình 2.12: Máy cắt cầm tay

 Máy hàn:

Hàn kim loại ñóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công, chế tạo

và sửa chữa phục hồi các chi tiết máy Hàn không chỉ ñể dùng ñể nối ghép các kim loại lại với nhau mà còn ứng dụng ñể nối các phi kim loại hoặc hỗn hợp kim loại với phi kim loại Hàn có mặt trong các ngành công nghiệp, trong ngành y tế hay trong các ngành phục hồi sửa chữa các sản phẩm nghệ thuật

Hàn kim loại là một phương pháp nối liền các chi tiết lại với nhau thành một khối không thể tháo rời ñược bằng cách:

- Nung kim loại vùng hàn ñến nhiệt

ñộ nóng chảy sau khi ñông ñặc ta ñược

mối liên kết vững chắc gọi là hàn nóng

chảy

- Hoặc có thể nung chúng ñến nhiệt

ñộ cao nhỏ hơn nhiệt ñộ nóng chảy của

kim loại ñó (ñối với kim loại dẻo thì có

thể không nung) rồi dùng lực lớn ép

chúng dính chắc vào nhau gọi là hàn áp

lực

- Có thể dùng kim loại trung gian nóng chảy rồi nhờ sự hoà tan, khuyếch tán kim loại hàn vào vật hàn mà tạo nên mối ghép gọi là hàn vảy Hiện nay còn có thể

dùng keo ñể dán các chi tiết lại với nhau ñể tạo nên các mối nối ghép

Để mối hàn ñược ñảm bảo kỹ thuật thì cần phải có các yếu tố nhất ñịnh:

Trước hết chúng ta phải gá cho thật chắc chắn ñể tránh hiện tượng cong vênh biến dạng của chi tiết sau khi hàn Để tạo ñiều kiện cho mối hàn kết tinh (ñông ñặc) tốt, tránh ñược một số khuyết tật, người ta phải chuẩn bị các mép hàn trước khi hàn: Làm sạch mép vật hàn, ñối với thép mỏng cần gấp mép Đối với thép có chiều dày lớn cần phải vát mép Hình dạng và kích thước cần vát theo tiêu chuẩn Chọn khe

Hình 2.14: Máy hàn

Đối với vật liệu chi tiết mỏng thì không nên ñể que hàn tiếp xúc với chi tiết quá lâu sẽ dễ xảy ra thủng chi tiết do nhiệt ñộ chỗ mối hàn tăng quá cao, khắc phục trường hợp trên bằng cách không nên ñể que hàn quá lâu Khi thấy chi tiết tại vùng ñang hàn có màu rực ñỏ thì nhả que hàn ra và chờ nguội bớt ta hàn tiếp

2.2.2.7 Chế tạo khung xe

Quá trình chế tạo xe lăn ñược thực hiện qua các bước sau:

B1: Tiến hành lắp chặt giữa trục ñộng cơ và bộ truyền ñộng trục vít

B2: Hàn khung xe

B3: Lắp ñặt hai bánh phía trước

B4: Lắp ñặt hai bánh phía sau

B5: Gá ñộng cơ, lắp ñặt hệ thống phanh an toàn

B6: Bọc da, sơn màu cho xe

B7: Lắp ñặt bộ ñiều khiển và hệ thống ñiện sử dụng trên xe

a Chế tạo lắp chặt giữa ñộng cơ và bộ truyền ñộng trục vít

Hình 2.15: Bộ nối giữa ñộng cơ và bộ trục vít

Giữa ñộng cơ và bộ truyền ñộng trục vít ñược thông qua bộ nối như hình 2.15 Chỗ ghép này cũng rất quan trọng nếu ta lắp chặt dẫn ñến ñộng cơ không quay ñược

bộ truyền ñộng trục vít, dẫn ñến hiện tượng nóng ñộng cơ và không kéo ñược tải, khi lắp lỏng quá tạo nên ñộ rơ và khi ñộng cơ quay tạo nên tiếng ñộng ma sát lớn ñộng cơ sẽ nhanh hỏng, ñể khắc phục khó khăn này khi lắp ghép chúng ta sử dụng ñệm, bằng thực nghiệm ñể ta làm khi thấy ñộng cơ quay nhẹ nhàng không có tiếng kêu là ñược

b Chế tạo ñồ gá ñộng cơ

Hình 2.16: Hệ thống tăng xích

Chỗ gá ñộng cơ là bộ phận rất quan trọng nó ñảm bảo tính ổn ñịnh của hệ thống chính vì vậy mà cần phải chế tạo chính xác, ñảm bảo ñộ căng xích ñể xích không căng quá cũng như không chùng quá và có hệ thống ñể ta dễ dàng tăng xích mỗi khi xích chùng Nếu ñồ gá không chuẩn dây xích không nằm trên một ñường thẳng khi chuyển ñộng dẫn tăng tải làm ñộng cơ nóng dẫn ñến ñứt xích phá hủy kết cấu xe

Sau quá trình tìm hiểu thiết kế, tính toán và chế tạo hoàn thành sản phẩm xe lăn có hình dáng như hình 2.18

ta chỉ cần ñẩy cần ñiều khiển về phía trước lúc này vi ñiều khiển sẽ xuất tín hiệu ñiều khiển làm cho xe tăng tốc Khi ta kéo cần ñiều khiển về phía sau thì xe sẽ chạy

chậm lại Còn khi muốn rẽ trái rẽ phải ta chỉ cần gạt cần ñiều khiển sang trái sang phải

Hình 2.20: Remote Sony

Luôn có một xung Start có ñộ dài khoảng 2,4ms còn lại là mã thiết bị (TV, VCD, Điều Hòa ) và mã ñiều khiển (Với TV là nút Power, kênh 1, kênh 2, Volume ) tùy hãng mà bố trí khách nhau, nhưng chúng ta chỉ quan tâm nhận ñược

gì, và chắc chắn rằng nếu ñọc ñúng thì tất cả các nút trên bộ ñiều khiển sẽ cho ra mã khác nhau Trong giải mã Remote người ta sử dụng ñộ dài xung ñể xác ñịnh bit chứ không phải cứ truyền bít 1 là Hight (vì nếu truyền 2 bit 1, ñiện áp sẽ không ñổi, và không ñồng bộ ñược xung Clock nên không thể nhận dạng ñược) Sony sử dụng mã theo tiêu chuẩn IR Sử dụng giao thức chế ñộ rộng xung,

hoặc là SIRC Dùng mã hóa ñộ rộng xung và ñiều chế biên ñộ Data payload gồm 7 bits lệnh và 5 bits ñịa chỉ

Dữ liệu ñược khởi ñầu bằng chuỗi xung 2.4ms mark và 0.6ms space ñể cấu hình cho AGC của máy thu

Tín hiệu sóng mang từ LED hồng ngoại của Remote Sony phát ra có tần số khoảng từ 36 Khz ñến 38 Khz

Sóng mang này chuyên chở tín hiệu dữ liệu mã hóa có dạng như sau:

Hình 2.21: Mã hóa tín hiệu Sony

- Bit 0 ñược mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 µs và chuyển trạng thái sang mức cao 600 µs

- Bit 1 ñược mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 µs và chuyển trạng thái sang mức cao 1200 µs

-Hình 2.22: Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu

Hình 2.23: Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy ñầy ñủ

Xung Start sẽ ñược phát ñi trước và có dạng là một tín hiệu mức cao trong khoảng thời gian 2400 µ s, tiếp theo là các bit dữ liệu Tổng cộng có 12 bits dữ liệu

và kết thúc bằng một xung Stop ở mức thấp trong thời gian 2400 µs Tiếp theo, tín hiệu sẽ ñược duy trì ở mức thấp trong khoảng thời gian 20 ms và xung Start thứ 2 sẽ ñược phát ñi ñể báo hiệu cho sự tiếp tục của một khung dữ liệu thứ 2 Khung dữ liệu này hoàn toàn giống với khung dữ liệu trước ñó Và cứ như thế tiếp tục cho ñến khi nào phím Remote nhả ra thì thôi

Mục ñích của chúng ta là phải lấy 12 bits dữ liệu mà Remote phát ñi Mỗi phím bấm của Remote sẽ cho giá trị 12 bit dữ liệu khác nhau Dùng chương trình vi ñiều khiển ñể phân tích 12 bits dữ liệu này thì chúng ta sẽ ñiều khiển tắt mở những thiết bị ñiện từ xa một cách dễ dàng

Khi LED thu nhận mã dữ liệu từ LED phát gửi Mã hóa dữ liệu có dạng:

Cấu tạo bằng chất bán dẫn có 3 chân:

Chân ñưa tín hiệu ra (OUT)

Chân nối mass (GND)

Chân nối nguồn +5V (VCC)

Chân tín hiệu OUT ñược nối với chân

ngắt ngoài của vi ñiều khiển

- Nguyên lý hoạt ñộng:

Khi Remote phát tín hiệu hồng ngoại thì

mắt thu sẽ nhận ñược, tín hiệu thu ñược ñưa về chân ngắt ngoài INT0 của vi ñiều

khiển

2.2.3.3 Giới thiệu về Vi ñiều khiển AVR

AVR là họ vi ñiều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh ñược tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh ñơn giản hóa ), nó mạnh ngang hàng với các họ vi ñiều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc Do ra ñời muộn hơn nên họ vi ñiều khiển AVR có nhiều tính năng mới ñáp ứng tối ña nhu cầu của người

Hình 2.25: Mắt thu hồng ngoại

sử dụng So với họ 8051, 89xx thì nó có ñộ ổn ñịnh, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và tiện lợi hơn rất nhiều

2.2.3.4 Những tính năng chính của vi ñiều khiển AVR

Hình 2.26: Một số vi ñiều khiển họ AVR

- Bộ nhớ chương trình Flash dung lượng lớn có thể lập trình nhiều lần

- Bộ nhớ Ram tĩnh (SRAM) có dung lượng lớn

- Có thể sử dụng xung CLOCK lên ñến 16MHz, hoặc sử dụng xung Clock nội lên ñến 8MHz

- Có nhiều cổng vào ra (I/O)

- Có các bộ Timer/Counter 8 bit, 16 bit có tích hợp PWM

- Có các bộ chuyển ñổi Analog – Digital ñộ phân giải 8 bit, 10 bit và có nhiều kênh chuyển ñổi

- Có giao thức nối tiếp USART

- Có giao thức nối tiếp I2C

- Có giao thức nối tiếp SPI

2.2.3.5 Cấu trúc bộ nhớ của AVR

AVR có cấu trúc Harvard, trong ñó ñường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (Data memory bus) và ñường truyền cho bộ nhớ chương trình (Program memory bus) ñược tách riêng Data memory bus chỉ có 8 bit và ñược kết nối với hầu hết các thiết

bị ngoại vi, với tệp thanh ghi (Register file) Trong khi ñó ñường truyền cho bộ nhớ chương trình có ñộ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho thanh ghi lệnh (Instruction registers)