Luận văn cơ điện tử Thiết kế và thi công giường đa chức năng

  KHOA     CÁO  :   Ths.   Nam  Biên Hòa, tháng 12 nă m 2013 LỜI CẢM ƠN Trong suốt khóa học (2009 – 2013) tại Trường Đại Học Lạc Hồng, với sự giúp đỡ của quý thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quy định. Em xin chân thành cảm tạ đến : Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện Trường Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực hiện tốt đề tài nghiên cứu khoa học này. Bộ môn Điện công nghiệp cùng tất cả quý thầy cô trong khoa Cơ Điện đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học. Đặc biệt em xin cảm ơn đến thầy Th.s Lê Phương Trường, giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy quý báu, giúp em định hướng tốt trong khi thực hiện luận văn. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. 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 10 Bảng 2.1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ Tên gọi Hiệu suất ɳ của bộ truyền hoặc ổ Được che kín Để hở Bộ truyền báng răng trụ Bộ truyền bánh răng côn Bộ truyền trục vít Tự hãm Không tự hãm với z 1 = 1 z 1 = 2 z 1 = 4 Bộ truyền xích Bộ truyền bánh ma sát Bộ truyền đai Một cặp ổ lăn Một cặp ổ trượt 0,96 – 0,98 0,95 – 0,97 0,30 – 0,40 0,70 – 0,75 0,75 – 0,82 0,87 – 0,92 0,95 – 0,97 0,90 – 0,96 0,99 - 0,995 0,98 – 0,99 0,93 – 0,95 0,92 – 0,94 0,2 – 0,3 0,90 – 0,93 0,70 – 0,88 0,95 – 0,96 Chú thích: Trị số hiệu suất của các bộ truyền báng răng cho trong bảng ứng với cấp chính xác 8 và 9 . Khi dùng bộ truyền kín với cấp chính xác 6 hoặc 7 thì tăng trị số trong bảng lên 1 – 1.5% Như vậy muốn xác định công suất động cơ cần biết công suất tính toán Pt. Trị số của Pt và do đó công suất của động cơ được xác định tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và tính chất tải trọng. Đối với động cơ làm việc lâu dài, chẳng hạn động cơ kéo máy bơm, quạt gió, máy cắt kim loại, hệ thống dẫn đọng băng tải, . . . tải trọng tác dụng có thể là tải trọng không đổi hoặc thay đổi. Trường hợp tải không đổi : Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục công tác P t = P lv (2.3) 26 3.3Thiết kế cơ khí nâng hạ Với thiết 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 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 thiết kế và thi công sản phẩm, ít tốn kém khi thiết kế. Nhược điêm: Cần có sự giúp đỡ của người thân khi vận động.  Nâng hạ bằng động cơ làm quay trục vitme. Ưu điềm: Người bệnh dễ dàng vận động mà không cần đến sự giúp đỡ của người thân, dễ dàng di chuyển giường bệnh. Nhược điểm: Cần phải tính toán kĩ càng và tìm ra những giải pháp tối ưu khi thiết kế. Từ phân tích những ưu nhược điểm của các phương pháp trên nhóm nghiên cứu đã chọn phương pháp nâng hạ bằng động cơ vitme thông qua lực nâng cánh tay đòn vì dùng động cơ vitme có thể dễ dàng thiết kế, giảm bớt đi cầu kì của cơ khí. Dùng động cơ vitme khi nâng hạ sẽ rất êm ái, sẽ không gây cảm giác khó chịu cho người bệnh. 28 Áp dụng công thức (2.1), (2.2), (2.4) tính công suất động cơ P ct =   =   = 34 W Ta nhân thêm hệ số an toàn cho động cơ P = P ct * 1.5 = 51 W Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn động cơ có model Z5D60-24 60W. Công suất động cơ nâng phần để chân Tính lực tác dụng lên phần để chân của giường với khối lượng đặt lên là 30kg. Ta có: F=m*g=30*9,8= 294N Moment cản. M cản = F*Cánh tay đòn = 294* 0,3 =88.2 Nm (2.11) Áp dụng công thức (2.5) tính tỷ số truyền bánh răng với w 2 là 34, w 1 là 17. w 2 là số răng của một bánh răng thứ 2, w 1 là số răng của một bánh răng thứ 1. u=   =   =   =   = 2 Tốc độ quay của động cơ n đc = n ct *u = 30*2= 60 v/p n công tác n ct = số vòng quay vitme = 30 v/p Áp dụng công thức (2.9) tính vận tốc quay của vitme. V =   =   = 0.0628 m/p Áp dụng công thức (2.2) tính hiệu suất truyền động của hệ thống η = η k* η 3 ol* η br = 0,99*0,99 3 *0,97 2 = 0,9 Áp dụng công thức (2.1), (2.2), (2.4) tính công suất động cơ P ct =   =   = 20 W Ta nhân thêm hệ số an toàn cho động cơ P = P ct * 1.5 = 30 W Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn động cơ có model Z5D40-24 40W. [...]... TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển - Tính toán thi t kế hệ dẫn động cơ khí [2]Th.s Nguyễn Việt Anh – Các cơ cấu truyền động Khoa cơ khí, Đại học Thủy Lợi [3]Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy – Phương pháp tính toán thi t kế và lựa chọn truyền động vitme-bi Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ VIII Hà Nội (12/2007) [4] Đặng Ngọc Nhân – Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng... xuống Khi động cơ quay đến cuối hành trình sẽ chạm vào công tắc hành trình ngay lúc đó công tắc hành trình phản hồi một tín hiệu về bo điều khiển AVR AVR xuất tín hiệu làm dừng động cơ 2 Khi nhấn nút N3, tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 3 và 4 làm động cơ 3 và 4 quay nâng hai bên chỗ gác tay Khi nhấn nút N4 tín hiệu được đưa vào bộ điều... vitme và nâng phần lưng lên Khi động cơ quay đến cuối hành trình sẽ chạm vào công tắc hành trình ngay lúc đó công tắc hành trình phản hồi một tín hiệu về bo điều khiển AVR AVR xuất tín hiệu làm dừng động cơ 1 Khi nhấn nút N2 tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR, bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 2 làm động cơ 2 quay thông qua truyền động bánh răng làm quay vitme và kéo... AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 5 và 6 làm động cơ 5 và 6 quay kéo hai thanh chống phía trước phần để chân giúp cho phần để chân thêm chăc chắn Khi đó hệ thống đã chuyển từ chiếc giường thành chiếc xe lăn Khi hệ thống đang ở trạng thái chiếc xe lăn Ta nhấn nút N1 lần thứ hai tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển Bộ điều khiển xuất tín hiệu ra bo đảo chiều làm làm động cơ 1 quay ngược lại... dựa vào datasheet chọn 2 động cơ có model KM3448A 24VDC 17W Momen xoắn cực đại 2.5Nm Hình 3.12 Đo lực nâng phần chống phía trước 31 3.6 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển Hình 3.14 Tay game điều khiển Hệ thống đang ở trạng thái chiếc giường Khi nhấn nút N1 tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR, bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 1 làm động cơ 1... Khi động cơ quay hết hành trình chạm vào công tắc hành trình, công tắc hành trình xuất tín hiệu về bo điều 34 3.8.3 Radio thư giãn Trong quá trình dưỡng bệnh, việc thư giãn giúp người bệnh có thể nhanh chóng lành bệnh Chính vì lẽ đó nhóm nghiên cứu đã thi t kế thêm radio để người bệnh có thể thư giãn những lúc không có ai bên cạnh Hình 3.20 Radio thư giãn Nệm massage Hình 3.21 Sản phẩm khi hoàn thi n... Nm Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn 2 động cơ có model KM3448A 24VDC 17W Momen xoắn cực đại 2.5Nm Hình 3.11 Đo lực nâng phần để tay 3.4.3 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng chống phía trước Tính lực nâng của 2 cây chống Dùng lực kế nhóm nghiên cứu đo được một lực để nâng được phần để tay lên F = 4 N hình 3.12 Tính momen cản Mcản = F*Cánh tay đòn = 4 * 0.3 = 1.2 Nm Với kết quả...29 3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần để tay Tính lực nâng của phần để tay Hiện nay, có rất nhiều 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]http://www.sch.vn/jqueryswfupload/uploads/07f9fcc650528527db9d7e823e2794 88.swf [9]http://docs.4share.vn/docs/3355/Thiet_ke_bi_nap_acquy_tu_dong.html [10]http://hethongtudong.vn/vn/latest-news-mainmenu-27/news-item-3-mainmenu33.htm 37 PHỤ LỤC CODE CÁC THUẬT TOÁN AVR Chương trình điều khiển động cơ #include #include "gamepad.h" #include void dung (void) { PORTD=255; PORTF=255 ; } void . 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. 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. 23 3.2 Thi t 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 thi n 25 3.3 Thi t kế cơ khí nâng hạ 26 3.4 Tính toán lựa chọn công suất