Báo cáo nghiên cứu Thiết kế và thi công giường đa chức năng

MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Lịch sử nghiên cứu . 2 1.3 Mục tiêu chọn đề tài. 4 1.4 Nội dung nghiên cứu . 4 1.5 Giới hạn đề tài . 4 1.6 Ý nghĩa thực tiễn . 5 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 6 2.1 Động cơ điện một chiều 6 2.2 Tính toán lựa chọn động cơ điện 9 2.3 Các loại nút nhấn 12 2.4 Đèn báo 13 2.5 Công tắc hành trình 14 2.6 Ắc quy 14 2.7 Hệ truyền động 17 2.8 Vitme 18 2.9Vi xử lý AVR 19 Chương 3: Thiết Kế Và Thi Công 22 3.1 Thiết kế cơ khí 22 3.1.1 Khung giường 22 3.1.2 Vật liệu làm khung 23 3.2 Thiết kế khung 23 3.2.1 Phần lưng tựa 24 3.2.2 Phần chỗ ngồi 24 3.2.3 Phần để chân. 25 3.2.4 Thi công hoàn thiện 25 3.3 Thiết kế cơ khí nâng hạ 26 3.4 Tính toán lựa chọn công suất động cơ 27 3.4.1 Tính toán lựa chọn công suất 2 động cơ chính 27 3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần để tay 29 3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần chống phía trước 29 3.5 Tính toán lựa chọn dung lượng ắc quy 30 3.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 30 3.7 Phần điện. 32 3.7.1Bộ điều khiển trung tâm 32 3.7.2 Bộ điều khiển đảo chiều 32 3.8 Các chức năng của giường. 33 3.8.1 Chức năng chuông gọi người 33 3.8.2 Chức năng massage 33 3.8.2 Chức năng Radio thư giãn 33 Chương 4: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài 35 4.1 Kết luận 35 4.2 Tính mới 35 4.3 Tính sáng tạo 35 4.4 Khả năng áp dụng 35 4.5 Tính hiệu quả 35 4.6 Mức độ triển khai 35 4.7 Hướng phát triển của đề tài 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Khảo sát trong bệnh viện 1 Hình 1.2 Ông Phương (bên trái ) với chiếc giường đa năng của mình. 2 Hình 1.3 Giường bệnh DCN-09 3 Hình 1.4 Ông Hà Trọng Dũng và sản phẩm ghế giường đa năng 3 Hình 2.1 Động cơ DC 6 Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản động cơ DC 6 Hình 2.3 Nắp động cơ 7 Hình 2.4 Bạc đạn 7 Hình 2.5 Cực từ 8 Hình 2.6 Phần ứng 8 Hình 2.7 Chổi than và vành góp 9 Hình 2.8 Các loại nút nhấn 13 Hình 2.9 Các loại đèn báo 13 Hình 2.10 Công tắc hành trình 14 Hình 2.11 Cấu tạo bình ắc quy 15 Hình 2.12 Bánh răng 18 Hình 2.13 Vitme 18 Hình 2.14 Vi điều khiển AVR 19 Hình 2.15 Sơ đồ chân Atmega64 20 Hình 3.1 Chiếc giường 22 Hình 3.2 Chiếc xe lăn 22 Hình 3.3 Nguyên liệu inox 22 Hình 3.4 Lưng tựa 24 Hình 3.5 Chỗ ngồi 24 Hình 3.6 Chỗ để chân 25 Hình 3.7 Khung xe lăn 25 Hình 3.8 Khung chiếc giường 25 Hình 3.9 Động cơ vitme 27 Hình 3.10 Cánh tay đòn 27 Hình 3.11 Đo lực phần để tay 22 Hình 3.12 Đo lực phần chống phía trước 22 Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống 22 Hình 3.14 Tay game điều khiển 31 Hình 3.15 Bo chủ AVR 32 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý 22 Hình 3.17 Bo đảo chiều 32 Hình 3.18 Chuông báo động 33 Hình 3.19 Nệm massage 33 Hình 3.20 Radio thư giãn 34 Hình 3.21 Sản phẩm khi hoàn thiện 34 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ 10 Bảng 2.2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ 11 Bảng 2.3 Tham khảo công suất một số thiết bị thông dụng trong gia đình và văn phòng. 17 1 Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong những lần khảo sát trong bệnh viện, việc chăm sóc bệnh nhân ngày càng vất vả, những bệnh nhân bị tai biến mạch máu não, gãy chân, phụ sản sau khi sanh, nhất là sanh mổ…, họ không thể tự đi lại được. Hình 1.1 Khảo sát trong bệnh viện Việc di chuyển bệnh nhân từ giường cố định sang giường di động để đưa họ sang từng khu khám bệnh gặp nhiều khó khăn. Vì những bệnh nhân này không thể tự mình di chuyển từ giường cố định sang giường di động, mà cần phải có người nhà giúp đỡ. Và trong khi nhấc người lên để di chuyển thì làm cho người bệnh rất đau đớn nhất là những phụ sản vừa mới sinh mổ xong. Khi phải tự nhấc người di chuyển thì động tới vết thương hoặc vết mổ. Chính vì thế, nhóm nghiên cứu đã nảy ra một ý định là thiết kế một chiếc giường đa năng với đầy đủ tiện nghi. Bình thường nó sẽ là một chiếc giường, nhưng khi cần nó sẽ chuyển thành một chiếc xe 2 lăn chỉ thông qua một nút nhấn. Với tính năng như vậy sẽ giúp cho bệnh nhân giảm bớt đau khi không cần phải di chuyển từ giường cố định sang giường di động hoặc từ giường cố định sang xe lăn. Với kích thước nhỏ gọn, nó sẽ dễ dàng di chuyển trong bệnh viện. 1.2 Lịch sử nghiên cứu Hiện nay ở nước ta có khá nhiều người nghiên cứu về chiếc giường đa chức năng. Điển hình như ông Lê Văn Phương [5] (thôn Mậu Lâm, phường Khai Quang, thị xã Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc) là một trong những người chế tạo ra chiếc giường đa năng này. Hình 1.2 Ông Phương (bên trái) với chiếc giường đa năng của mình Chiếc giường này giống như chiếc ghế tựa cỡ lớn, rộng 1.2m, có thể di chuyển trên các bánh xe, cuối giường có đặt tấm gỗ ngang tạo thành bàn ăn khá tiện lợi. Bình thường nhìn nó là một chiếc ghế tựa, khi cần ta ra phía sau gạt phanh hãm, phần tựa lưng từ từ ngã xuống, phần đế chân cũng nâng dần lên thành chiếc giường dài gần 2m. Chiếc giường này đảm bảo đầy đủ các tính năng nhưng vẫn còn có khuyết điểm: bề rộng của chiếc giường đến 1m2 nên việc di chuyển qua các cánh cửa hẹp rất khó khăn, cơ cấu nâng hạ không êm có thể gây cảm giác khó chịu cho người bệnh … Ngoài ra Công Ty TNHH TM & SX Ngân Hoàng 6 [6] cũng đã chế tạo ra nhiều chiếc giường đa chức năng phục vụ cho người bệnh. Ví dụ như là “ Giường điện đa chức năng DCN-09”. 3 Hình 1.3 Giường bệnh DCN-09 Chiếc giường DCN-09 này trông khá là đẹp mắt, bình thường nó là một chiếc giường thông thường nhưng khi cần nó có thể dựng thẳng thành ghế ngồi với nhiều chức năng tựa khác nhau, biến giường thành bàn ăn, hoặc giúp bệnh nhân tựa lưng đọc sách ở nhiều vị trí thoải mái. Với những tính năng vượt trội như trên, thì chiếc giường DCN-09 vẫn có một số khuyết điểm nhất định đó là: việc di chuyển bệnh nhân từ giường qua xe lăn gặp nhiều khó khăn, với kích thước như vậy, thì việc di chuyển chiếc giường đi ra cũng gặp nhiều bất tiện. Với quan niệm chìa khóa cuộc sống không phải tiền nhiều hay ít, mà là khả năng tự vận động để tạo ra sự sống, một kỹ sư cao tuổi [7] ở Hà Nội đã tạo ra chiếc ghế-giường giúp người già chống chọi bệnh tật. Hình 1.4 Ông Hà Trọng Dũng và sản phẩm ghế giường đa năng Năm 2005, kỹ sư Hà Trọng Dũng mới bắt đầu thực hiện ý tưởng tạo sản phẩm chiếc ghế giường đa năng hỗ trợ cho đối tượng ưu tiên là người già bị liệt do tai biến mạch máu não, đột quỵ, liệt nửa người, người khó khăn trong sinh hoạt. 4 Thiết bị còn hỗ trợ khả năng luyện tập phục hồi các khớp. Với những tính năng vượt trội nói trên thì chiếc giường này vẫn còn có một số hạn chế: là bệnh nhân không thể tự mình nâng hạ phần tựa lưng và phần chân, mà cần phải có người hỗ trợ. Ở nước ngoài hiện nay cũng có khá nhiều nước nghiên cứu về vấn đề này, một số nước đã chế tạo được những chiếc giường như mong đợi. Tại Nhật Bản đã chế tạo thành công chiếc giường đa năng có tên là “The Panasonic Robobed” điều khiển bằng giọng nói. Điều hạn chế ở đây là chi phí của chiếc giường này khá cao, giá bán của nó có thể lên đến hàng nghìn đô la. 1.3 Mục tiêu chọn đề tài Dựa trên những tìm hiểu và những phân tích ưu, nhược điểm về những sản phẩm của những nhóm nghiên cứu trước, nhóm nghiên cứu quyết định thiết kế một chiếc giường đảm bảo các tính năng giúp người bệnh được thoải mái, người chăm sóc đỡ vất vả hơn. Nhóm em đặt ra mục tiêu khi nghiên cứu như sau: • Thiết kế và thi công chiếc giường với 2 chức năng chính là giường và xe lăn. • Cơ cấu nâng hạ nhẹ nhàng. • Kích thước gọn gàng, thẩm mỹ. • An toàn và tiện nghi cho người sử dụng. • Giá thành phù hợp với người Việt Nam. 1.4 Nội dung nghiên cứu Đề tài nghiên cứu những vấn đề sau: • Cơ cấu nâng hạ. • Vật liệu làm giường. • Cơ cấu vít me. 1.5 Giới hạn đề tài Nhóm chỉ đặt mục tiêu nghiên cứu chế tạo một chiếc giường với hai chức năng chính là nâng hạ để chuyển từ trạng thái một chiếc giường bình thường thành một chiếc xe lăn. Xe muốn di chuyển được phải có người đẩy. 5 1.6 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đã giải quyết được yêu cầu thực tiễn đưa ra đó là một chiếc giường với những tính năng khác nhau. Bình thường nó sẽ là một chiếc giường, nhưng khi cần nó sẽ là một chiếc xe lăn giúp người bệnh di chuyển dễ dàng từ nơi này sang nơi khác. Qua đó đỡ một phần gánh nặng cho gia đình và người thân. [...]... chỗ ngồi cũng được thi t kế rộng rãi phù hợp với tất cả mọi người và mang lại cảm giác dễ chịu khi di chuyển và dưới đây là hình ảnh thực tế khi thi công Hình 3.5 Chỗ ngồi 25 3.2.3 Phần để chân Phần để chân cũng được thi t kế dựa trên chiều dài thực tế trung bình của con người, hình ảnh thi công thực tế Hình 3.6 Chỗ để chân 3.2.4 Thi công hoàn thi n Giường bệnh đa chức năng được thi t kế với 2 chế độ,... cao Từ những ưu và nhược điểm trên của các loại nguyên liệu nhóm nghiên cứu đã chọn inox làm nguyên liệu để thi công Hình 3.3 Nguyên liệu Inox 3.2 Thi t kế khung Để thi t kế chiếc giường đa chức năng phù hợp với người bệnh nhóm nghiên cứu đã dựa trên kích thước thực tế của con người và tính toán chia nhỏ chúng ra từng phần để phù hợp với tính bộ phận trên cơ thể con người khi chiếc giường chuyển sang... sang chế độ xe lăn Dựa vào thi t kế bản vẽ và lựa chọ nguyên liệu làm 24 khung giường nhóm nghiên cứu thi công các bộ phận của chiếc giường gồm 4 phần: lưng tựa, chỗ ngồi, chỗ để chân 3.2.1 Phần lưng tựa Để thi t kế phần lưng tựa nhóm nghiên cứu đã dựa trên chiều dài trung bình ở phần lưng của người Việt Nam nói chung và người Châu Á nói riêng Sau đây là hình ảnh thực tế khi thi công Hình 3.4 Lưng tựa... để xử lý và đưa ra các phương án điều khiển cho giường nâng lên, hạ xuống, chạy hoặc dừng Board Master sử dụng chíp xử lý Atmega64, là vi điều khiển họ AVR 22 Chương 3 Thi t Kế Và Thi Công 3.1 Thi t kế cơ khí 3.1.1 Khung giường Từ mục đích của giải pháp và tìm hiểu thực tế tại bệnh viện, nhóm nghiên cứu đã tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương án thi t kế phù hợp với người bệnh và đưa... người bệnh và đưa ra bản vẽ tổng thể của chiếc giường Khung giường là phần rất quan trọng của giường, khung giường phải chắc chắn, không bị biến dạng trong quá trình sử dụng Nhóm nghiên cứu thi t kế khung giường với hai chế độ, bình thường nó là một chiếc giường để khi cần thi t ta nhấn nút nó sẽ thành một chiếc xe lăn để đẩy bệnh nhân đi Hình 3.1 Chiếc giường Hình 3.2 Chiếc xe lăn 23 3.1.2 Vật liệu... phương pháp để tính lực như là dùng công thức tính toán và phương pháp thực nghiệm để tính lực Trong đề tài nghiên cứu này nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp thực nghiệm là dùng lực kế để đo Dùng lực kế nhóm nghiên cứu đo được lực để nâng được phần để tay lên F = 8 N hình 3.11 Tính momen cản Mcản = F*Cánh tay đòn = 8 * 0.3 = 2.4 Nm Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn 2 động cơ có... điểm A Đường kính nút nhấn và switch Ø Màu sắt nút nhấn Xanh, đỏ, vàng 2.4 Đèn báo Đèn báo là thi t bị điện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng Đèn báo được phân thành 2 loại theo cấp điện áp (24V DCvà 220V AC) Đèn cũng được lựa chọn với 3 màu khác nhau (đỏ, xanh, vàng) nhằm cung cấp cho người sử dụng thông tin và tình trạng hoạt động của máy Hình 2.9 Các loại đèn báo 14 Các thông số lựa chọn... lăn và chế độ 2 là chiếc giường Hình 3.7 Khung xe lăn Hình 3.8 Khung chiếc giường 26 3. 3Thi t kế cơ khí nâng hạ Với thi t kế như trên thì phần nâng hạ cũng rất quan trọng, nâng hạ phải đảm bảo có người ngồi lên và nâng một cách nhẹ nhàng để đảm bảo sức khỏe cho người bệnh Có rất nhiều phương pháp nâng hạ bằng khí nén, nâng hạ bằng sức người, nâng hạ bằng động cơ vitme…Mỗi phương pháp đều có các ưu và. .. bằng động cơ vitme…Mỗi phương pháp đều có các ưu và nhược điểm khác nhau và sau đây là các ưu nhược điểm của các phương pháp  Nâng hạ bằng khí nén Ưu điềm: Dễ dàng điều chỉnh tốc độ Nhược điểm: Khó di chuyển và phải nạp khí thường xuyên  Nâng hạ bằng sức người Ưu điềm: Dễ dàng thi t kế và thi công sản phẩm, ít tốn kém khi thi t kế Nhược điêm: Cần có sự giúp đỡ của người thân khi vận động  Nâng hạ... 16 đèn, quạt thì công suất của bộ kích điện nên lớn hơn 1,5 lần tổng công suất thực tế tính ở bước 1 Nếu thi t bị có dòng khởi động lớn như máy lạnh, tủ lạnh, máy in Laser, máy bơm thì công suất của Inverter tối thi u phải gấp 2 lần tổng công suất, nếu số lượng thi t bị loại này nhiều có thể cần gấp 2,5 hoặc 3 lần tổng công suất Bước 3: Xác định thời gian sử dụng hệ thống, tuỳ nhu cầu và thực tế số giờ . Các chức năng của giường. 33 3.8.1 Chức năng chuông gọi người 33 3.8.2 Chức năng massage 33 3.8.2 Chức năng Radio thư giãn 33 Chương 4: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài 35 4.1 Kết. nghiên cứu như sau: • Thi t kế và thi công chiếc giường với 2 chức năng chính là giường và xe lăn. • Cơ cấu nâng hạ nhẹ nhàng. • Kích thước gọn gàng, thẩm mỹ. • An toàn và tiện nghi cho người. báo 13 2.5 Công tắc hành trình 14 2.6 Ắc quy 14 2.7 Hệ truyền động 17 2.8 Vitme 18 2.9Vi xử lý AVR 19 Chương 3: Thi t Kế Và Thi Công 22 3.1 Thi t kế cơ khí 22 3.1.1 Khung giường 22 3.1.2