NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO TÍCH HỢP XE LĂN VÀ GIƯỜNG BỆNH PHỤC VỤ BỆNH NHÂN, NGƯỜI TÀN TẬT TẠI CÁC BỆNH VIỆN

Vì vậy, nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tích hợp xe lăn và giường bệnh đa chức năng phục vụ cho bệnh nhân và người tàn tật tại các bệnh viện mang tính cấp thiết hiện nay, phù hợp điều ki

UBND TỈNH PHÚ YÊN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ PHÚ YÊN

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO TÍCH HỢP XE LĂN VÀ GIƯỜNG BỆNH PHỤC VỤ BỆNH NHÂN, NGƯỜI TÀN TẬT TẠI CÁC BỆNH VIỆN

Mã số:

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Tấn Tùng

Phú Yên, năm 2015

UBND TỈNH PHÚ YÊN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ PHÚ YÊN

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO TÍCH HỢP XE LĂN VÀ GIƯỜNG BỆNH PHỤC VỤ BỆNH NHÂN, NGƯỜI TÀN TẬT TẠI CÁC BỆNH VIỆN

Mã số:

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn Tấn Tùng Cán bộ phối hợp nghiên cứu:

ThS.Phạm Hùng AnhThS Phùng Văn TĩnhThS Lê Thanh Tạo

KS Võ Xuân Hoang

KS Trần Kim Lai

Phú Yên, ngày 05 tháng 06 năm 2015

DANH MỤC HÌNH

LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trong nước và trên thế giới có rất nhiều loại xe lăn chuyên phục

vụ cho người bệnh và người tàn tật, người già có cả xe lăn di chuyển bằng cơ và

xe lăn chạy bằng điện, xe lăn điều khiển thông minh Tuy nhiên do giá thành quá cao, cơ cấu phức tạp, không thuận lợi trong việc vận hành, Đặc biệt, các sản phẩm chưa có sự linh hoạt trong việc phục vụ tại nhà, trong các bệnh viện các

trung tâm nuôi dưỡng, cho người già, tàn tật và người bệnh Vì vậy, nghiên

cứu, thiết kế, chế tạo tích hợp xe lăn và giường bệnh đa chức năng phục vụ cho bệnh nhân và người tàn tật tại các bệnh viện mang tính cấp thiết hiện nay,

phù hợp điều kiện kinh tế - xã hội và đối tượng sử dụng tại địa bàn tỉnh Phú Yên

Trong các bệnh viện, xe lăn tích hợp đa chức năng rất hữu ích cho các bệnh nhân Đặc biệt đối với các bệnh nhân bị đa chấn thương cơ thể, sẽ không bị gây ra đau đớn khi phải di chuyển cơ thể của mình đến các giường khác nằm để phục vụ công tác khám chữa bệnh như phẫu thuật, chụp X Quang, siêu âm hoặc di chuyển sang giường khác để thay ra giường, thay đồ hằng ngày Ngoài ra, bệnh nhân cũng có thể dùng sản phẩm này đi lại trong môi trường bệnh viện trong giai đoạn phục hồi chức sức khỏe, thư giãn mà không cần người khác trợ giúp

Sản phẩm xe lăn tích hợp đa chức năng là giải pháp hiệu quả giúp cho các bệnh nhân bị bại liệt nửa người, liệt cả 2 chân hoặc liệt một tay trong giai đoạn phục hồi sức khỏe có thể đi lại ở môi trường xung quanh bệnh viện y học cổ truyền, ngả lưng ghế một góc bất kì hoặc chuyển từ xe lăn thành giường nằm đọc sách báo, xem ti vi, và đặc biệt tự di chuyển sang giường phục hồi sức khỏe của bệnh viện một cách dễ dàng mà không cần sự giúp đỡ của người thứ 2

Ngoài ra sản phẩm trên là giải pháp hiệu quả cho các người già, người tàn tật tại các gia đình ít con cái, tại nhà, tại các trung tâm nuôi dưỡng người có

công và bảo trợ xã hội di chuyển ở môi trường xung quanh để thư giãn, giảm Stress cũng như hòa nhập vào cộng đồng xã hội một cách dễ dàng nhất.

1.2 Tình hình nghiên cứu

Hiện nay hệ thống xe điện phát triển khá mạnh trên cơ sở đó việc nghiên cứu và cho ra đời chiếc xe lăn điện làm phương tiện đi lại phục vụ cho người khuyết tật là một yêu cầu phù hợp và khả thi trong việc mở rộng và phát triển hệ thống xe lăn điện trên thế giới cũng như tại Việt Nam Hiện nay cũng có một số hãng xe lăn nổi tiếng cũng đã đầu tư và phát triển xe lăn điện nhằm phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng như hãng xe lăn Kiến Tường, xe lăn do sinh viên đại học bách khoa Đà Nẵng…Nhìn chung các mẫu xe lăn có kiểu dáng đẹp và phù hợp với thị hiếu của các đối tượng người tiêu dùng Một số mẫu xe lăn điện hiện nay như:

Hình 1.1: Xe lăn điện Kiến Tường một chỗ ngồi

Hình 1.2: Xe lăn điện Kiến Tường hai chỗ ngồi

Hình 1.3: Xe lăn điện sinh viên ĐH Bách Khoa Đà Nẵng

Hình 1.4: Xe lăn điện xuất xứ Trung QuốcCác loại xe lăn điện cũng ngày càng được tân trang và thiết kế đẹp hơn, đồng thời cũng có nhiều tính năng như các phương tiện chạy bằng xăng, dầu,…Nhiều hãng xe hơi lớn như Mittshubisi, Toyota,…cũng đã bắt đầu chuyển hướng đầu tư qua các loại hình xe hơi điện có kết cấu và hình dáng đẹp, đảm bảo các chức năng vận hành xe hơi hiện tại

Tuy nhiên, giá thành của những chiếc xe này thường cao hơn nhiều so với mức thu nhập bình dân của người sử dụng và các tính năng của xe chưa thực sự đáp ứng được hết các nhu cầu sử dụng Vì vậy thiết kế chế tạo một chiếc Xe Lăn Điện với nhiều tính năng tích hợp sẽ giúp cho người khuyết tật và người già cảm thấy thoải mái về tinh thần - khỏe về thể chất và thấy có ý nghĩa hơn với cuộc sống

1.3 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chung:

Nghiên cứu, chế tạo tích hợp xe lăn và giường bệnh phục vụ bệnh nhân, người tàn tật tại các bệnh viện nhằm để tạo ra sự dễ dàng trong khâu di chuyển của người bệnh, người bị tàn tật lên xuống giường bệnh để đi khám hoặc thay ra giường

Mục tiêu cụ thể:

 Thiết kế và xuất được bản vẽ tổng thể và bản vẽ chi tiết

 Thiết kế chế tạo hệ thống nâng ghế

 Thiết kế, chế tạo góc nghiêng gác chân từ 0 - 900

 Thiết kế, chế tạo góc nghiêng lưng tựa từ 0 - 900

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu các hoạt động và nhu cầu sử dụng để phục vụ bản thân hàng ngày trên người bị chấn thương, người già, người tàn tật tại các gia đình ít con, các bệnh viện hoặc các trung tâm nuôi dưỡng người có công

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu xe lăn phục vụ cho người bị chấn thương, người già, người tàn tật tại các bệnh viện, các trung tâm nuôi dưỡng người có công, do

đó chỉ nghiên cứu xe chạy ở một cấp tốc độ 6 km/h, trọng lượng người tối đa 70

kg, thời gian chạy khi sạc bình đầy là 20km

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp vùng mẫu nghiên cứu: thu thập số liệu nhu cầu sử dụng tại các bệnh viện, tại các trung tâm nuôi dưỡng người tàn tật

Phương pháp phân tích: Dựa vào mục tiêu cụ thể trên đi phân tích, đánh giá chọn phương án tối ưu, chọn phương pháp gia công,…

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN XE LĂN ĐIỆN

1.1 Các loại hình xe điện đang hiện hành trên thế giới và tại Việt Nam:

Trước tình hình giá xăng dầu thế giới ngày càng tăng như hiện nay, và các nguyên liệu chất đốt cũng như nguồn dầu khí ngày càng cạn kiệt thì nhu cầu sử dụng nguồn nguyên liệu mới thay thế những nguồn nguyên liệu đang sử dụng hiện thời – trong việc vận hành các loại phương tiện vận chuyển (xe, tàu,…) là một nhu cầu cấp thiết Chính vì vậy năng lượng điện là nguồn nguyên liệu phù hợp nhất để thay thay thế cho các loại nguyên liệu hiện nay

Chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng phát triển trên thế giới hiện nay Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe điện phục vụ nhu cầu của “thượng đế”, và là những phương tiện phổ biến như: xe hơi điện, xe moto điện, xe đạp điện ,….Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đại trong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuận tiện cho việc điều khiển cũng như thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nguyên liệu mới này

Các loại xe điện cũng ngày càng được tân trang và thiết kế đẹp hơn, đồng thời cũng có nhiều tính năng như các phương tiện chạy bằng xăng, dầu… Nhiều hãng xe hơi lớn như Mittshubisi, Toyota,…cũng đã bắt đầu chuyển hướng đầu

tư qua các loại hình xe hơi điện có kết cấu và hình dáng đẹp, đảm bảo các chức năng vận hành như xe hơi hiện tại

Hình 1.5: Chiếc xe hơi điện do hãng Mittshubisi sản xuất

Tuy nhiên trên thị trường hiện nay loại phương tiện xe điện phổ biến nhất lại là xe đạp điện, một số nước phát triển ở Châu Á cũng đã và đang phát triển mạnh loại phương tiện như xe đạp điện và xe motor điện Việc phát triển hệ thống xe đạp điện dựa trên cơ sở nhu cầu thực tế của người sử dụng Một xe điện nói chung, thì nhược điểm lớn nhất chính là nguồn điện cung cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc phát triển các loại xe motor điện hay xe hơi điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện Chính vì các yếu tố về nguồn điện cung cấp, quãng đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏ gọn và tốc độ vừa phải là ưu điểm lớn để nghành sản xuất xe đạp điện ngày càng phát triển; Trung Quốc là một trong những nước phát triển mạnh công nghệ sản xuất xe đạp điện và xe motor điện Nhiều loại xe đạp điện ra đời với nhiều chức năng và có tính mỹ thuật cao.

Hình 1.6: Một loại xe đạp điện leo núi

Kết cấu một chiếc xe đạp điện khá đơn giản, bao gồm: một khung xe đạp thông thường, một động cơ đùm, một bộ điều khiển và bộ nguồn cung cấp, cùng với hệ thống truyền động như xích, líp, Chính vì yếu tố đơn giản và thuận tiện trong việc dịch chuyển nên xe đạp điện dần được người tiêu dùng quan tâm và

sử dụng ngày càng nhiều.Và nhu cầu đó cũng được người tiêu dùng tại Việt Nam (một đấc nước có truyền thống gắn bó với chiếc xe đạp) ưa chuộng

Hình 1.7: Động cơ xe đạp điện được gắn với hệ thống xích, líp và các cơ cấu

truyền động

Ngoài hệ thống xe đạp điện được phát triển khá mạnh hiện nay thì hệ thống xe máy điện cũng được các nhà sản xuất quan tâm như nhà sản xuất Vino hay Bianco của Yamaha Họ đã bắt tay vào việc chế tạo các loại xe máy chạy bằng điện có những chức năng tương tự như xe máy chạy bằng xăng Theo một

số tài liệu đươc nghiện cứu về tình hình phát triển hiện nay của xe điện tại Việt Nam ta thấy: “Những chiếc xe máy điện trên thị trường được thiết kế chủ yếu theo 2 mẫu xe của Yamaha là Bianco và Vino, một số giống loại xe máy tay ga hiện hành Tuy chạy bằng điện nhưng nhà sản xuất vẫn để một nắp bình xăng giả phía sau cho giống với xe chạy bằng xăng Do vậy hình thức loại xe này khá bắt mắt, nhất là có nhiều màu sắc như vàng hay hồng, ít thấy ở xe máy thông thường Xe cũng được lắp vành đúc và giảm xóc như xe gắn máy Tuy nhiên, nếu quan sát kỹ sẽ thấy mặt đồng hồ nhìn không nét, còn các chi tiết mà cũng không được sáng Do bình ắc-quy không quá lớn nên các xe đều có một cốp xe rất rộng dưới yên Dưới gầm xe, thay vào chỗ của động cơ là một bình ắc-quy dùng để tạo năng lượng Mỗi ắc-quy này cần chừng ít nhất 3 tiếng đồng hồ để nạp đầy, đủ để chạy một quãng đường chừng 80km, thích hợp với một người có nhu cầu đi lại ở phạm vi hẹp Xe có thể đạt vận tốc khoảng 40km/ giờ So với xe

đạp điện, xe máy điện khác ở chỗ có công suất lớn hơn, do đó có tốc độ cao hơn Tuy nhiên, do dáng xe “nhái” theo kiểu xe ga của các hãng nổi tiếng, nên không

có bàn đạp, khi hết điện, người sử dụng chỉ còn cách dắt bộ

Về mặt kỹ thuật, xe máy điện được vận hành theo nguyên lý truyền động, dạng động cơ điện một chiều truyền động bằng trục chính của động cơ qua hộp giảm tốc để kéo xe thông qua xích hoặc bánh răng với năng lượng lấy từ bình ắc-quy khô được đặt bên trong thân xe Bình ắc-quy dùng cho xe điện được nạp bằng nguồn điện từ 90 đến 204V Với xe điện sản xuất trong nước, bình ắc-quy được sử dụng thường là hàng của Nhật, có độ trữ lâu, chất lượng ổn định Ngược lại bình ắc-quy xe điện nhập từ Trung Quốc hay bị hư, chảy nước và cháy Khi chọn mua, nên lưu ý xem xét kỹ bình ắc-quy vì đây là một trong những bộ phận quan trọng của xe điện Mang xe đi bảo hành 2 đến 3 tháng/lần để đảm bảo an toàn cho xe, đồng thời không nên để bánh xe mềm quá, cũng không nên bơm bánh xe căng quá Nếu không cần thiết nên tránh lắp thêm còi nhạc, đèn nháy,

Hình 1.8: Một số mẫu

xe điện hiện nay tại Việt Nam

1.2 Chức năng xe lăn điện tích hợp giường bệnh

Sản phẩm nghiên cứu là xe lăn điện tích hợp giường bệnh người sử dụng điều khiển hoàn toàn tự động thông qua các nút nhấn có các chế độ cua trái cua phải, điều khiển chạy tới, chạy lui, nâng hạ ghế, nâng hạ gác chân, nâng hạ lưng tựa để điều khiển từ ghế ngồi sang giường

Hình 1.9: Điều khiển ở chế độ xe lăn

Hình 1.10: Điều khiển ở chế độ giường nằmToàn bộ cơ cấu cơ khí sử dụng đa dạng các loại truyền động như cơ cấu truyền động xích, bánh vít, trục vít,…Tất cả được mô phỏng trên phần mềm Autodesk Inventor Thiết kế mạch điện điều khiển sử dụng các rơ le điện từ 24V

và các nút nhấn để điều khiển các cơ cấu

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KỸ THUẬT 2.1 Thông số sơ bộ kích thước khung xe

Sau quá trình nghiên cứu nhóm đã tiến hành thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh xe lăn tích hợp giường bệnh với các thông số sau: Ghế: Dài 1.1m x Rộng 0,68m x Cao 1.31m; với khối lượng xe là 70 kg, khối lượng toàn bộ xe và người tối đa là 140 kg; được thiết kế chạy với vận tốc cực đại là 6 km/h, leo dốc 12o

Phần khung xe: phần khung được thiết kế với những thông số tiêu chuẩn, phù hợp với thể trạng trung bình của người Việt Nam: khoảng cách từ mặt đất lên trục bánh xe sau 0.25m, chiều cao phần gác tay so với mặt đất từ 0.61m-0.74m, chiều cao phần tựa lưng khoảng 0,8m, chiều cao tổng thể của xe 1.31m – 1.44m, dài 1.1m, rộng 0,68m chiều dài tổng thể khi thành giường 1.6m, chiều cao giường so với mặt đất là 0,51m – 0,64m Các phần của khung có thể tháo lắp dễ dàng để điều chỉnh hoặc để sử dụng vào các mục đích khác khi xảy ra sự cố

Hình 2.1: Kích thước ở chế độ xe lăn

Hình 2.2: Kích thước ở chế độ giường nằmGóc xoay ngả lưng nằm trong khoảng 0-900, góc nâng hạ chân nằm trong khoảng 0-900, là góc độ đảm bảo sự thoải mái nhất cho từng thể trạng người sử dụng

2.2 Công suất động cơ chính

Trọng lượng bản thân xe G0= 700N, trọng lượng người tối đa G = 700N, vận tốc tối đa 6 km/h Lực kéo tiếp tuyến các bánh xe chủ động (hai bánh xe lớn) Chọn động cơ DC 24V 750 vòng/ phút, cho qua bộ giảm tốc giảm 11.56 lần cho ra bánh xe chủ động 68 vòng/ phút

2.3 Chọn ắc quy

Một phần không thể thiếu trong quá trình vận hành xe lăn điện, đồng thời cũng là yếu tố đáng quan tâm nhất của các nhà sản xuất đó là bộ nguồn cung cấp cho xe hoạt động Bộ nguồn này được hình thành trên cơ sở kết hợp 2 bình ắc quy có giá trị 12V để hình thành nguồn 24V cung cấp cho động cơ, dòng định mức của bộ nguồn từ 20Ah Việc sử dụng nguồn điện ắc quy làm nguồn cung cấp mang lại một ưu điểm khá lớn trong việc điều khiển đó là nguồn cung cấp

ổn định và đảm bảo yếu tố công suất khi động cơ hoạt động Ắc quy có thể cung cấp cho xe chạy trong phạm vi 15-20 (km) Thời gian sạc đầy bình cho ắc quy từ

4 - 6(h)

Hình 2.3: Bộ nguồn cung cấp cho xe lăn điện

2.4 Hệ thống điện và điều khiển

2.4.1 Bố trí hệ thống điện

Điện năng cung cấp cho xe là dòng một chiều được lấy từ ắc quy Lượng điện năng này được dùng để chạy các động cơ điện một chiều thông qua các cơ cấu truyền động: trục vít, xích tải Ngoài ra điện năng còn được dùng để cung cấp cho các bộ phận ngã lưng, nâng ghế, nâng hạ gác chân Nhằm đạt được sự linh hoạt và chính xác khi điều khiển thì phần mạch điện được chia thành các

module nhỏ Các module này thực hiện các chức năng riêng biệt

2.4.2 Thiết kế mạch điện điều khiển

Xe sử dụng các mạch điện điều khiển nâng hạ lưng tựa, các mạch điện điều khiển nâng hạ gác chân, các mạch điện điều khiển nâng hạ ghế, các mạch điện điều khiển lái, các mạch điện điều khiển chạy cảu xe

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điều khiển nâng hạ ghế

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điều khiển nâng hạ lưng

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điều khiển nâng hạ chân

Hình 2.7: Sơ đồ mạch điều khiển lái

Hình 2.8: Sơ đồ mạch điều khiển chạy

2.4.3 Thiết kế hộp nút nhấn điều khiển

Người sử dụng điều khiển xe lăn một cách tự động nhờ thiết kế hệ thống nút bấm ngay vị trí để tay

Nút bấm điều khiển nâng hạ ghế, nâng hạ gác chân, nâng hạ lưng tựa và điều khiển hệ thống lái sử dụng các công tắc thường mở, người sử dụng điều khiển các cơ cấu ở vị trí bất kì theo ý muốn

Điều khiển hệ thống chạy tới và lui bằng 2 công tắc gạc ở 2 chế độ ON, OFF

Hình 2.9: Hộp nút nhấn điều khiển các cơ cấu

2.5 Hệ thống truyền động

2.5.1 Truyền động bánh xe chính :

Mômen từ động cơ được truyền qua hộp giảm tốc đến trục của hai bánh

xe truyền động thông truyền động xích