thiết kế xe lăn điều khiển bẳng đầu kéo

MỞ ĐẦU Hiện nay trên thế giới sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đã kéo theo sự phát triển của rất nhiều lĩnh vực khác như sản xuất, tiêu dùng và các ngành dịch vụ khác… Nhữ

Chương 1: Tổng quan về xe lăn 9

1.2 Nhu cầu và vai trò của xe lăn ở Việt Nam 13

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, đã kéo theo sự phát triển của rất nhiều lĩnh vực khác như sản xuất, tiêu dùng và các ngành dịch vụ khác… Những công nghệ mới, tiên tiến liên tục được ra đời để thay thế công nghệ cũ lạc hậu, nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người.Không thể nằm ngoài quy luật của sự phát triển đó.Trong đó ngành cơ khí chiếm vị trí hết sức quan trọng nếu không muốn nói là quyết định đến sự phát triển của một nền công nghiệp

Việt Nam đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển, mọi người sống và làm việc trong một môi trường hoà bình Nhưng để có được điều đó đất nước ta

đã phải trải qua những năm tháng chiến tranh vô cùng khó khăn gian khổ mà cũng vô cùng oanh liệt Chiến tranh đã đi qua mấy chục năm rồi nhưng dư âm và hậu quả của nó thì không thể kể hết được Hiện nay nó vẫn còn đeo đuổi các bác, các chú và con cháu của họ làm cho họ mất đi khả năng lao động của đôi chân Bên cạnh đó còn do hậu quả của tai nạn lao động, tai nạn giao thông khiến họ không thể tự mình đi lại được

Để đáp ứng nhu cầu này, từ nhiều năm qua, con người đã nghiên cứu thiết

kế và chế tạo ra xe lăn Đây là một loại phương tiện thuận lợi trợ giúp cho người khuyết tật có thể tự mình di chuyển một cách dễ dàng

Theo thời gian cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ những chiếc

xe lăn ngày càng trở lên phong phú và tiện ích hơn cho người sử dụng Trước đây

xe lăn chỉ đơn thuần là những loại thô sơ, chủ yếu dùng sức của đôi tay để di chuyển như: xe lăn tay khung cứng, sau đó để thuận tiện cho việc vận chuyển nhẹ nhàng đỡ cồng kềnh người ta đã cho ra đời xe khung gấp Rồi xe lăn có thể

tự điều chỉnh tư thế nằm ngồi, xe có ghế vệ sinh và ngày nay nó đã trở lên thuận tiện hơn với xe gắn động cơ giúp người dùng không cần nhiều đến sức mạnh của đôi tay trong việc di chuyển nữa Trên thế giới đã và đang thiết kế ra các loại

xe có khả năng lên xuống cầu thang, nâng hạ độ cao của xe…

Hiện nay đất nước ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá Theo sự phát triển đó những cơ sở sản xuất xe lăn đã từng bước đổi mới và cải tiến công nghệ với mong muốn cho ra đời những chiếc xe ngày càng hoàn chỉnh về mặt kĩ thuật, nhỏ gọn về mặt kích thước, mẫu mã phong phú, giá thành hợp lý và có nhiều chức năng …tạo điều kiện cho những người khuyết tật sống hoà đồng trong xã hội

Nhiệm vụ này cũng là nhiệm vô chung của mọi người và cũng là nhiệm vụ của sinh viên ngành cơ khí nói riêng, những chủ nhân tương lai của đất nước phấn đấu cho một mục tiêu chung của toàn xã hội tất cả mọi người đều được sống và cống hiến Trước những yêu cầu và nhận thức này chúng em đã tìm hiểu, thiết kế và từng bước chế tạo 1 chiếc xe lăn đa dụng, thông minh dựa trên phần mềm Inventor

Đây là đồ án đầu tiên, song do trình độ của bản thân còn hạn chế nên chúng

em không thể nào tránh khỏi những sai sót rất mong được sự giúp đỡ của các Thầy để chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Bản đồ án của chúng em đã hoàn thành với sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của

Thầy Phạm Hải Trình

Chương 1: Tổng quan về xe lăn 1.1 Giới thiệu chung

Xe lăn là một phương tiện di chuyển dành cho những người bị khuyết tật, người già và người bệnh, trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại xe lăn với các kiểu dáng khác nhau

Trong xã hội của chúng ta ngày nay xe lăn đóng một vai trò hết sức to lớn, nhờ có xe lăn mà biết bao con người có được cuộc sống ấm no hạnh phúc, giúp cho những người bị khuyết tật đi lại không còn khó khăn nữa

Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thường người ta tiến hành khảo sát các sản phẩm tương tự nhằm tận dụng các ưu điểm của các sản phẩm đó, rút ngắn thời gian nghiên cứu tính toán thiết kế ở đây để thiết kế một

xe lăn mới, trước hết chúng em tiến hành khảo sát một số xe lăn cùng loại của các nhà sản xuất nước ngoài như Trung Quốc, mỹ và các nhà sản xuất trong nước… Sau đây là bảng thông số kỹ thuật của một số xe lăn mà chúng em thu

hoạch được trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu thị trường

Kiểu dáng

Chiều rộng ghế (mm)

Chiều dài ghế (mm)

Trọng lượng xe

Tải trọng cho phép

Giá bán (Vnd)

305- 406 356 25 – 27 220 12.000.00

0

Bảng 1: Bảng báo giá một số loại xe lăn trên thị trường

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

Theo những con số thống kê ở Việt Nam gần đây cho thấy, với dân số khoảng hơn 90 triệu người, thì có đến 13 triệu người khuyết tật chiếm khoảng 15% dân số Họ là những người vốn đã gặp rất nhiều khó khăn trong học tập và làm việc do những khiếm khuyết về cơ thể, cùng với đó là những kỳ thị của xã hội, và những thiếu thốn về sự trợ giúp từ phía chính phủ

Khó khăn trong học tập ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng xin việc, trình độ học vấn chung của người khuyết tật thấp hơn tương đối so với những người bình thường, một số công việc có những yêu cầu mà người khuyết tật khó thực hiện tốt được, điều này có thể tránh được bằng cách tìm những việc không liên quan đến hạn chế của bạn thân, ví dụ như khuyết tật ở chân thì không nên tìm những việc phải di chuyển qua nhiều

Để khắc phục những khó khăn mà người khuyết tật đang phải gánh chịu, ngày nay với trình độ khoa học kỹ thuật phát triển máy móc hỗ trợ cho người khuyết tật rất nhiều, tuy nhiên giá thành lại cao không phù hợp với phần đông thu nhập của người Việt, với những người bị khiếm khuyết nặng về đôi chân thì

xe lăn là phương tiện hỗ trợ và giúp ích cho ho rất nhiều, thông thường sự di chuyển của xe lăn được thực hiện bằng tay nhưng đối với những người tay yếu thì họ được thiết kế những chiếc xe lăn chuyên dụng chạy bằng điện

1.3 Phân loại và đối tượng sử dụng

Quá trình khảo sát và dựa vào những tính năng của các loại xe và do đặc thù của người sử dụng, tính năng và các đoạn đường mà người đó di chuyển mà xe lăn được chia làm nhiều loại khác nhau, mỗi loại được thiết kế theo các chuẩn

mực hay mục đích khác nhau sao cho thuận tiện nhất với đối tượng sử dụng do

đó ta có các cách phân loại xe như sau:

1 Phân loại dựa theo khả năng của người sử dụng:

- Xe dành cho người có khả năng sử dụng đôi tay

- Xe dành cho người bại não hay mất cả khả năng sử dung đôi tay

2 Phân loại theo khoảng cách mà người đó di chuyển:

- Xe dùng cho đoạn đường ngắn, nhỏ (di chuyển trong nhà, di dạo)

- Xe dùng đi đường trường, tốc độ di chuyển cao hơn (tương đương với xe đạp)

3 Phân loại theo kiểu thiết kế :

- Xe lắp ráp (các chi tiết được lắp rắp lại với nhau)

- Xe cố định (các chi tiết được gắn cứng với nhau)

4.Phân loại dựa theo mức độ hiện đại của các loại xe:

Mặt khác xe lăn là một mặt hàng hầu như không có thị trường, cơ sở phân phối do đó các cơ sở sản xuất đa phần chỉ sản xuất theo đơn đặt hàng của các tổ

chức nhân đạo để trợ cấp cho người tàn tật hoặc nhà nước ta hỗ trợ cho các thương bệnh binh và con em của những người bị ảnh hưởng của chiến tranh, chỉ một phần rất nhỏ được bán ra ngoài

Chính vì vậy mà điều kiện để phát triển sản xuất của các loại xe này gặp rất nhiều khó khăn, do đó các cơ sở sản xuất của ta được trợ cấp một số tiền để có thể duy trì sản xuất và hoạt động Hơn nữa xe lăn là một mặt hàng không bị đánh thuế cũng tạo điều kiện phát triển Tuy nhiên do cơ sở sản xuất còn lạc hậu, sản xuất nhỏ lẻ đơn chiếc do đó mà nó cũng làm tăng giá thánh sản xuất lên rất cao,

độ chính chính xác khi gia công thấp

Trong khi đó thị trường trong nước lại tràn ngập xe Trung Quốc với giá rẻ hơn Tuy nhiên giá cả này vẫn cao đối với những người có nhu cầu sử dụng xe lăn do các loại xe nhập vào nước ta chu yếu là xe nhập lậu, không có thương hiệu

rõ ràng, chưa qua thẩm định về độ an toàn do đó độ an toàn thấp hơn, nhanh hư hại hơn nhưng lại có ưu điểm là giá thành thấp hơn, mẫu mã phong phú hơn và các tính năng cũng đa dạng hơn

Đặc điểm chung của các loại xe hiện nay ở nước ta vẫn là xe thô sơ (dùng cơ bắp để di chuyển xe), điều này do nhiều nguyên nhân mà việc lắp động cơ vào xe lăn khó thực hiện ví dụ như :

- Giá thành cao (tăng lên 4 - 5 lần khi lắp động cơ) mà nhu cầu của người khuyết tật chưa thể đáp ứng (nếu có thì chỉ một bộ phận rất nhỏ có khả năng chi trả)

- Do đòi hỏi về mức độ an toàn giao thông ở nước ta: khi một phương tiện giao thông có gắn động cơ thì bắt buộc người điều khiển phương tiện đó phải có giấy phép lái xe (điều này phi thực tế với người khuyết tật)

 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

1 Mục đích

Hiện nay trên thị trường xuất hiện xe lăn chủ yếu là loại xe lăn tay, loại này hiệu suất chưa cao Sau các cuộc chiến tranh khốc liệt của dân tộc thì hậu quả là căn bệnh chất độc màu da cam với hàng triệu người đang phải hứng chịu, những đôi chân tật nguyền không thể bước đi vững vàng như bao người bình thường, hay những người không may tai nạn bị mất đi đôi chân của mình Họn phải gánh chịu 1 cuốc sống khó khăn vất vả đi lại trên những chiếc nạn gỗ để làm việc như bao người khác

Trên tinh thần thông cảm với những số phận không may ấy, để mang lại hạnh phúc cho mọi người mọi nhà và để phần nào chia se bớt nỗi đau của những người tàn tật, chúng em là những sinh viên khoa Công Nghệ Cơ Khí của trường Đại Học Điện Lực cho ra đời chiếc xe lăn điện với những tính năng ưu Việt, thân thiện với người sử dụng Mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng Xe được thiết kế gọn gàng dễ sử dụng, phục vụ cho nhiều đối tượng

2 Yêu cầu

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

ý kiến của người sử dụng xe lăn điện, chúng em đã đúc kết ra được chiếc xe lăn điện cần phải có những yếu tố sau:

- Tốc độ tối đa 15km/h

- Động cơ xe phải có công suất lớn, tải trọng tối đa 120kg

- Hệ thống điều khiển xe phải dễ dàng cho người sử dụng

- Dễ dàng bảo hành sửa chữa tháo lắp

- Có hệ thống chiếu sáng cho xe vào ban đêm

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

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

Chương 2: Phương tiện hỗ trợ 2.1 Autodesk Inventor

Autodesk Inventor.là một công ty đa quốc gia của mỹ với dòng sản phẩm chính là các phần mềm thiết kế 2D và 3D dành cho kiến trúc, kỹ thuật xây dựng, Autodesk do lập trình viên John Walkercùng mười hai thành viên khác sáng lập vào năm 1982 Trụ sở của công ty đặt tại San Rafael, California

Autodesk Inventor Professional được phát triển bởi công ty phần mềm Autodesk, là phần mềm thiết kế 3D cơ khí dạng mô hình khối rắn, phần mềm này dùng để tạo ra nguyên mẫu kỹ thuật số 3D giúp hình dung, thiết kế và mô phỏng các sản phẩm trên môi trường 3D

Phần mềm Autodesk Inventor Professional thiết kế trực tiếp trong môi trường 3D, xuất ra bản vẽ 2D, 3D tự động tạo chuyển động, trình diễn tháo lắp các cơ cấu, cụm máy

+ Phần lắp ráp (Assembly): Thiết kế kết hợp giữa chi tiết và cụm chi tiết Người dùng có thể lắp ráp các chi tiết khác lại với nhau hoặc kiểm tra xung đột giữa các chi tiết

+ Phần kim loại tấm (Sheet Metal): Tự động hóa thiết kế nhiều mặt khi làm việc với các bộ phận kim loại tấm Người dùng có thể tạo ra các mô hình tấm phẳng, điều khiển kim loại tấm gấp, xác lập các thư viện đột dập và tùy chỉnh kim loại và tạo ra các bản vẽ sản xuất để hỗ trợ hoạt động sản xuất tấm kim loại + Phần thiết kế khung (Frame Generator): Giúp người dùng thiết kế và phát triển khung hàn cho các ứng dụng máy móc công nghiệp Nó xây dựng kết cấu khung bằng cách thả chi tiết vào khung dây đã được xác định trước Công cụ sinh khung đơn giản hoá khung về dạng khung dây và sau khi thiết kế xong khung dây chỉ việc xác lập lại các thành phần theo thư viện thép hình sẵn có

+ Phần thiết kế đường ống (Pipe & Tube): Giúp người dùng thiết kế ống chạy phức tạp trong không gian chật hẹp Nó bao gồm một thư viện với các phụ kiện đường ống theo tiêu chuẩn công nghiệp, và các đường ống Người dùng chỉ việc chạy đường dẫn sau đó chỉ định thuộc tính của các đường dẫn bằng thư viện các đường ống và phụ kiện đường ống

+ Phần Cable (Cable &Wiring): Cho phép sử dụng một thư viện các loại dây điện và cáp điện để chạy dây với bán kính uốn phù hợp trong các thiết kế điện Cho ta mô hình của thiết kế sát thực nhất

+ Phần mô phỏng chuyển động tích hợp mô phỏng và phân tích ứng suất (Dynamic and Stress Analysis): Được dùng để mô phỏng và dự đoán trước các phản ứng của thiết kế đối với các tác động vật lý trong môi trường thực Nhờ đó tối ưu hóa thiết kế

Khả năng kết hợp và trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác:

+ Autodesk Inventor Professional sử dụng các định dạng tập tin cụ thể cho các chi tiết (IPT), cụm (IAM), và bản vẽ (IDW hoặc DWG) Tập tin có thể được nhập hoặc xuất trong định dạng DWG hoặc định dạng bản vẽ trên Web (DWF)

để có thể dùng để trao đổi dữ liệu dễ dàng

+ Autodesk Inventor Professional có thể trao đổi dữ liệu với hầu hết các phần mềm được phát triển bở Autodesk

+ Ngoài ra Autodesk Inventor Professional có thể trao đổi dữ liệu với các ứng dụng như CATIA V5, UGS, SolidWorks, và Pro/ENGINEER Autodesk Inventor Professional hỗ trợ nhập trực tiếp và xuất của CATIA V5, JT 6, JT 7, Parasolid, Granite, UG-NX, SolidWorks, Pro/ ENGINEER, với các tập tin SAT

2.2 Autocad

CAD là chữ viết tắt của Computer – Aided Design (vẽ và thiết kế với sự

trợ giúp của máy tính) Phần mềm CAD đầu tiên là SKETCHPAD xuất hiện vào năm 1962 được viết bởi Ivan Sutherland thuộc Viện kỹ thuật Massachuselts

Hiện nay trên thế giới có hàng ngàn phần mềm CAD và một trong những phần mềm thiết kế trên máy tính cá nhân phổ biến nhất là AutoCAD AutoCAD

là phần mềm ứng dụng CAD để tạo bản vẽ kỹ thuật cho thiết kế 2D hay 3D, được phát triển bởi tập đoàn Autodesk Phần mềm này được giới thiệu lần đầu tiên vào tháng 11 năm 1982 tại hội chợ COMDEX và đến tháng 12 năm 1982 công bố phiên bản đầu tiên (relesase 1) Vào thời điểm đó, AutoCAD đã trở thành một trong những chương trình vẽ kĩ thuật đầu tiên chạy được trên máy tính cá nhân, nhất là máy tính IBM

AutoCAD sử dụng các đối tượng nguyên thủy để xây dựng các đối tượng từ đơn giản đến phức tạp Autocad hỗ trợ các công cụ có khả năng tùy biến cao thông qua ứng dụng lập trình ngôn ngữ C++ Với sự phát triển không ngừng của mình thì Autodesk đã giúp AutoCAD ngày càng mạnh mẽ hơn ở nhiều mặt so với phiên bản đầu tiên Từ AutoCAD 2007 đã được cải thiện các công cụ hỗ trợ người dùng dựng và chỉnh sửa các mô hình 3D tốt hơn và dễ dàng hơn Đến AutoCAD 2010 thì đã phát triển thêm chức năng quản lý đối tượng theo tham số

và mô hình lưới

Ngoài ra AutoCAD còn hỗ trợ nhiều giao diện lập trình ứng dụng (API Application Programming Interface) để tùy biến dễ dàng và hổ trợ rất nhiều cho việc tự động hóa các tính năng chung hoặc một ứng dụng được viết với mục đích ứng dụng riêng cho công việc bởi người dùng Chúng bao gồm AutoLISP, Visual LISP, VBA, NET và ObjectARX ObjectARX không chỉ đơn thuần là một thư viện C++ mà còn là cơ sở cho các sản phẩm mở rộng chức năng AutoCAD đến các lĩnh vực cụ thể, để tạo ra các sản phẩm như AutoCAD Architecture, AutoCAD điện, AutoCAD Civil 3D, AutoCAD dựa trên ứng dụng của bên thứ

-ba

Các định dạng tập tin chính của AutoCAD là DWG và định dạng trao đổi DXF; hai định dạng này được trở thành tiêu chuẩn trên thực tế' về dữ liệu CAD Gần đây, AutoCAD cũng hỗ trợ DWF, một định dạng được Autodesk phát triển

và quảng cáo có mục đích xuất bản dữ liệu CAD Năm 2006, Autodesk ước

lượng rằng số tập tin DWG đang được sử dụng hơn một tỷ Autodesk cũng ước lượng tổng số tập tin DWG hơn ba tỷ

2.3 Spoke Length Calculator (phần mềm bắt căm vành xe)

Việc bắt căm xe đạp là một nghệ thuật chứ không phải là công việc tầm thường như mọi người thường nghỉ Tuy nhiên nếu chịu khó một chút và thêm 1 chút kiên nhẫn thì mình hoàn toàn có thể tự học được nghề này 1 cách bài bản

Hình 2.1: Tính nan hoa bằng Spoke length

Phần mềm đo chiều dài nan hoa

http://www.bikeschool.com/tools/spoke-length-calculator

Các thông số cần quan tâm:

Effective rim diameter (ERD): đường kính vành

Hub flange diameter : khoảng cách giữa mép đùm bên trái đến mép đùm bên phải (C + D)

Hình 2.2: Kích thước cơ bản của Moay ơ

Hub center to flange center: Đường kính của đường tròn tạo bởi tâm lỗ nan hoa trên mặt bích

Hình 2.3: Đo khoảng cách tâm lỗ đan nan hoa

Hub spoke hole diameter: đường kính lỗ đan nan hoa

Number of spokes in the wheel: số lượng lỗ căm nan hoa trên vành

Cross pattem: số lần chéo căm

Hình 2.4: Các dạng bắt chéo nan hoa

Sau khi nhặp đầy đủ các thông số ta bấm nút calculate để xuất ra chiều dài nan hoa cần tìm Giả sử kết quả trả về là 288,1 thì chúng ta sẽ chọn mua nan hoa

có kích thước từ 286,1 đến 290,1 (±2)

2.4 Mạch điện

2.4.1 Mạch cầu H (mạch đảo chiều).

Giả sử bạn có một động cơ DC có 2 đầu A và B, nối 2 đầu dây này với một nguồn điện DC (ắc qui điện – battery) Ai cũng biết rằng nếu nối A với cực (+),

B với cực (-) mà động cơ chạy theo chiều thuận (kim đồng hồ) thì khi đảo cực đấu dây (A với (-), B với (+) thì động cơ sẽ đảo chiều quay Tất nhiên khi bạn là một “control guy” thì bạn không hề muốn làm công việc “động tay động chân” này (đảo chiều đấu dây), bạn ắt sẽ nghĩ đến một mạch điện có khả năng tự động thực hiện việc đảo chiều này, mạch cầu H (H-Bridge Circuit) sẽ giúp bạn Như thế, mạch cầu H chỉ là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng Tuy nhiên, rồi bạn sẽ thấy, mạch cầu H không chỉ có một tác dụng “tầm thường” như thế Nhưng tại sao lại gọi là mạch cầu H, đơn giản là vì mạch này

đến B hoặc B đến A Thành phần chính tạo nên mạch cầu H của chúng ta chính

là 4 “khóa” L1, L2, R1 và R2 (L: Left, R:Right) Ở điều kiện bình thường 4 khóa này “mở”, mạch cầu H không hoạt động Tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát hoạt động của mạch cầu H thông qua các hình minh họa a và b

Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động mạch cầu H

Giả sử bằng cách nào đó (cái cách nào đó chính là nhiệm vụ của người thiết

kế mạch) mà 2 khóa L1 và R2 được “đóng lại” (L2 và R1 vẫn mở), bạn dễ dàng hình dung có một dòng điện chạy từ V qua khóa L1 đến đầu A và xuyên qua đối tượng đến đầu B của nó trước khi qua khóa R2 và về GND (như hình 2.6a) Như thế, với giả sử này sẽ có dòng điện chạy qua đối tượng theo chiều từ A đến B Bây giờ hãy giả sử khác đi rằng R1 và L2 đóng trong khi L1 và R2 mở, dòng điện lại xuất hiện và lần này nó sẽ chạy qua đối tượng theo chiều từ B đến A như trong hình 2.6b (V->R1->B->A->L2->GND) Vậy là đã rõ, chúng ta có thể dùng mạch cầu H để đảo chiều dòng điện qua một “đối tượng” (hay cụ thể, đảo chiều quay động cơ) bằng “một cách nào đó”

Chuyện gì sẽ xảy ra nếu ai đó đóng đồng thời 2 khóa ở cùng một bên (L1 và L2 hoặc R1 và R2) hoặc thậm chí đóng cả 4 khóa? Rất dễ tìm câu trả lời, đó là hiện tượng “ngắn mạch” (short circuit), V và GND gần như nối trực tiếp với

nhau và hiển nhiên ắc qui sẽ bị hỏng hoặc nguy hiểm hơn là cháy nổ mạch xảy

ra Cách đóng các khóa như thế này là điều “đại kị” đối với mạch cầu H Để tránh việc này xảy ra, người ta thường dùng thêm các mạch logic để kích cầu H Giả thuyết cuối cùng là 2 trường hợp các khóa ở phần dưới hoặc phần trên cùng đóng (ví dụ L1 và R1 cùng đóng, L2 và R2 cùng mở) Với trường hợp này,

cả 2 đầu A, B của “đối tượng” cùng nối với một mức điện áp và sẽ không có dòng điện nào chạy qua, mạch cầu H không hoạt động Đây có thể coi là một cách “thắng” động cơ (nhưng không phải lúc nào cũng có tác dụng) Nói chung, chúng ta nên tránh trường hợp này xảy ra, nếu muốn mạch cầu không hoạt động thì nên mở tất cả các khóa thay vì dùng trường hợp này

Sau khi đã cơ bản nắm được nguyên lý hoạt động của mạch cầu H, phần tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát cách thiết kế mạch này bằng các loại linh kiện cụ thể Như đã trình bày trong phần trước, thành phần chính của mạch cầu H chính là các “khóa”, việc chọn linh kiện để làm các khóa này phụ thuộc vào mục đích sử dụng mạch cầu, loại đối tượng cần điều khiển, công suất tiêu thụ của đối tượng

và cả hiểu biết, điều kiện của người thiết kế Nhìn chung, các khóa của mạch cầu

H thường được chế tạo bằng rờ le (relay), BJT (Bipolar Junction Transistor) hay MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) Phần thiết kế mạch cầu H vì vậy sẽ tập trung vào 3 loại linh kiện này

2.4.2 Động cơ

Ngày nay xe lăn tồn tại rất nhiều dạng cơ cấu truyền động khác nhau Do đặc điểm truyền động xe lăn là người khuyết tật chỉ được dùng tay nên các cơ cấu này đều được bố trí sao cho người sử dụng thuận tiện nhất khi sử dụng và tác động lực nhỏ nhất mà đẩy được xe đi một quang đường xa nhất

Các cơ cấu truyền động đang tồn tại phổ biến ở xe lăn:

Cơ cấu truyền động điện: đây là dạng cơ cấu hiện đại, giá thành chế tạo cao, thuận tiện cho những người có sức khoẻ yếu nhưng có khả năng về kinh tế

Cơ cấu truyền động cơ (sức người): Tồn tại phổ biến, chiếm phần lớn trong

hệ thống xe lăn Có nhiều loại truyền động cơ, sau đây là một số loại truyền động

cơ phổ biến ở xe lăn trên thị trường Việt Nam:

Truyền động bằng vành lăn tay (đây là phương pháp truyền động truyền thống của xe lăn)

Truyền động bằng cơ cấu cần lắc thanh lắc

Truyền động bằng xích (loại này ít sử dụng vì chuyển vị trí bàn đạp chân đẩy lên tay nên rất bẩn do dầu mỡ tra xích, có thể tạo hộp xích nhưng rất vướng và chiếm không gian phía trước)

Do các đặc điểm trên mà xe lăn do chúng em thiết kế quyết định sử dụng cơ cấu truyền động điện (dùng động cơ điện), kết hợp vành lăn tay Khi có nhu cầu

đi dạo, đi dã ngoại hay đi xa, ta chỉ cần gắn phần đầu kéo (tạm đặt tên là Dolphin), gá acquy vào phần thân xe lăn là chúng ta đã biến một chiếc xe lăn tay thường thành xe lăn điện Ngược lại, khi di chuyển trong nhà, thì chiếc xe lăn tay tuần túy dường như là sự lựa chọn tối ưu nhất Lúc đó, ta chỉ cần tháo đầu kéo Dolphin và bộ nguồn acquy ra Chiếc xe lăn điện nhanh chóng thành chiếc xe lăn tay chỉ trong vòng vài phút

Hình 2.7: Động cơ xe lăn

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo:

Động có cấu trúc gồm 2 phần chính: Stato và rôto

Nam châm tạo ra từ trường (bộ phận đứng yên gọi là stato phần cảm)

Khung dây dẫn có dòng điện chạy qua (bộ phận quay gọi là rôto phần ứng)

Nguyên lý hoạt động:

Lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực có chiều không đổi nên mômen do lực điện từ sinh ra cũng có chiều không đổi, làm cho khung dâu quay theo một chiều nhất định Đó chính là nguyên lý làm việc của động cơ điện

1 chiều

2.4.3 Phương pháp điều khiển động cơ

Có hai phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng của động cơ

Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… các thiết bi nguồn này có chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện từ của động cơ Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến vì vậy

hệ điều hành chính từ thông cũng là phi tuyến

Thường khi điều chỉnh thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức từ thông định mức và được gọi là đặc tính

cơ bản (đôi khi chính là đặc tính tự nhiên) Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông

để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi Để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là momen trên trục động cơ giảm rất

nhanh ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm nhanh khi giảm từ thông kích thích

Vì vậy phương pháp điều khiển động cơ ở đây được sử dụng là điều khiển điện áp cấp cho mạch động cơ

Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

Để điều chỉnh điện áp phần ứng cần có thiết bị nguồn một chiều kích từ động lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển,… Thiết bị nguồn 1 chiều này có sức điện động

b

E điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển U Vì nguồn có công suất hữu hạn dk

so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R khác không ( b R udđiện trở phần ứng động cơ)

Hình 2.8: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp U của hệ thống dk

Cấp nguồn cho động cơ 3 pha

Để cấp nguồn cho động cơ ta cần IC chính trong mạch là MC33035:

Hình 2.9: IC MC 33035 tạo dòng 3 pha cấp cho motor

IC có 24 chân, dòng điện 3 pha ra trên chân 19, 20, 21 và tín hiệu 3 pha đưa vào trên các chân 6, 5, 4 Các ngả ra khác là 24, 1, 2

Cảm biến dòng đưa vào trên chân 9, 15 Mạch dao động nội định tần theo điện trở RT trên chân 8, 10 và tụ điện CT trên chân 10 và masse Chân 8 là ngả ra của mức điện áp chuẩn

Chân 3 nhận tín hiệu đảo chiều quay Chân 22 chọn góc pha của các tín hiệu ngả ra Chân 7 kiểm soát dòng ngả ra IC làm việc với chân 16 nối masse và nguồn Vcc vào trên chân 18 (và cả trên chân 17) Chân 23 nhận tín hiệu tạo tác dụng thắng

Chương 3: Tính toán thiết kế xe lăn điện 3.1 Cấu tạo

Về cơ bản, bộ đầu kéo xe lăn gồm 2 bộ phận chính:

- Phần đầu kéo: Phần đầu kéo được thiết kế đơn giản tương tự như phần càng trước của một chiếc xe đạp thông thường Tại bộ phận này vừa có chức năng điều hướng cho xe, vừa là nơi gá đặt bộ điều khiểu cho xe

- Phần thân xe: Đó hoàn toàn là một chiếc xe lăn tay thông thường được gá thêm 4 khớp nối để có thể dễ dàng liên kết hay tách rời với phần đầu kéo phía trước

Hình 3.1: Cấu tạo bộ xe lăn tay, đầu kéo Dolphin

3: Hộp chứa board mạch điều khiển 11: Đệm xe

- Dễ dàng kết nối cũng như tách rời phần xe lăn tay

- Thuận tiện trong di chuyển ngoài đường cũng như trong nhà

- Hệ thống lái vô cùng đơn giản

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

- Có hệ thống chiếu sáng phục vụ xe khi đi vào ban đêm

- Đáp ứng được yêu cầu chuyển động và rẽ lãi ở mức cơ bản

- Dễ dàng tháo lắp cũng như bảo dưỡng

- Khối lượng xe: 30 (kg)

- Tải trọng tối đa 120 (kg)

- Hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường k = 0,05 (Bảng hệ số ma sát giữa các vật liệu)

- Vận tốc tối đa trên đường bằng v = 15 (km/h)

 Trạng thái xe di chuyển trên đường bằng

Hình 3.3:Thành phần ngoại lực trên đường bằng

y

Hình 3.6: Xe mắc viên đá khi lên dốc +) Phản lực tại hai gối đỡ

để sử dụng các mạch bên ngoài (phóng điện) kết nối với các điện cực

Thời gian sử dụng accu phụ thuộc vào dung lượng của accu và công suất của

tải

3.4 Thiết kế phần thân xe lăn

Khung xe bao gồm các thanh ống được gắn cứng với nhau bởi mối hàn axetilen, hồ quang điện, là phần chịu lực chính của xe và cũng là chi tiết trung tâm liên kết các bộ phận khác của xe

3.4.1 Chọn vật liệu:

Inox là kim loại phổ biến và được ưa chuộng nhất hiện nay trên thế giới Inox chiếm đến 50% lượng thép không gỉ được sản xuất trên toàn cầu Và ở Úc thì con số này dao động từ 50 - 60% lượng thép không gỉ được tiêu thụ Inox được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng ở mọi lĩnh vực Bạn có thể thấy inox ở mọi nơi xung quanh cuộc sống hàng ngày của bạn như: Xoong, chảo, nồi, thìa, nĩa, bàn, ghế, đồ trang trí…

Loại Inox 304L là loại inox có hàm lượng Carbon thấp (Chữ L ký hiệu cho

chữ Low, trong tiếng Anh nghĩa là thấp) 304L được dùng để tránh sự ăn mòn ở những mối hàn quan trọng Còn loại Inox 304H là loại có hàm lượng Carbon cao hơn 304L, được dùng ở những nơi đòi hỏi độ bền cao hơn Cả Inox 304L và 304H đều tồn tại ở dạng tấm và ống, nhưng 304H thì ít được sản xuất hơn

Tính chống ăn mòn: Inox đã thể hiện được khả năng chống ăn mòn tuyệt vời

của mình khi được tiếp xúc với nhiều loại hóa chất khác nhau Inox 304 có khả năng chống gỉ trong hầu hết ứng dụng của ngành kiến trúc, trong hầu hết các môi

trường của quá trình chế biến thực phẩm và rất dễ vệ sinh Ngoài ra, Inox còn thể hiện khả năng chống ăn mòn của mình trong ngành dệt nhuộm và trong hầu hết các Acid vô cơ

Khả năng chịu nhiệt: Inox thể hiện được khả năng oxi hóa tốt ở nhiệt độ 870

độ C, và tiếp tục thể hiện được lên đến nhiệt độ 925 độ C Trong những trường hợp yêu cầu độ bền nhiệt cao, thì người ta yêu cầu vật liệu có hàm lượng carbon cao hơn Ví dụ: Theo tiêu chuẩn AS1210 Pressure Vessels Code giới hạn khả năng chịu nhiệt của 304L là 425 độ C, và cấm sử dụng những inox với hàm lượng carbon 0.04% hoặc cao hơn trên nhiệt độ 550 độ C

Inox thể hiện khả năng dẻo dai tuyệt vời khi được hạ đến nhiệt độ của khí hóa lỏng và người ta đã tìm thấy những ứng dụng tại những nhiệt độ này

Cơ tính và tính chất vật lý: Giống như các loại thép trong dòng Austenitic,

thì từ tính của Inox là rất yếu và hầu như là không có Nhưng sau khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp, thì từ tính lại rất mạnh (điều này đi ngược lại với quá trình tôi)

Ngoài ra, Inox chỉ có thể được tăng cứng trong môi trường có nhiệt độ thấp Ứng suất đàn hồi cao nhất mà Inox có thể đạt được là 1000MPa,điều này còn được ảnh hưởng bởi các yếu tố như số lượng và hình dạng của vật liệu

Tôi là phương pháp chính để sản xuất ra Inox Người ta sẽ gia nhiệt lên đến

1010 độ C – 1120 độ C, và sau đó sẽ làm lạnh đột ngột bằng cách nhúng vào nước lạnh

Khả năng gia công: Inox có khả năng tạo hình rất tốt, nó có thể dát mỏng mà không cần gia nhiệt Điều này làm cho Inox này độc quyền trong lĩnh vực sản xuất các chi tiết Inox Ví dụ: chậu rửa, chảo, nồi… Ngoài ra, tính chất này còn làm cho Inox được ứng dụng làm dây thắng trong công nghiệp và các phương tiện như ô tô, xe máy, xe đạp…

Inox thể hiện khả năng hàn tuyệt vời, loại inox này phù hợp với tất cả các kỹ thuật hàn (trừ kỹ thuật hàn gió đá) Khả năng cắt gọt của Inox kém hơn so với

các loại thép Carbon, khi gia công vật liệu này trên các máy công cụ, thì phải yêu cầu tốc độ quay thấp, quán tính lớn, dụng cụ cắt phải cứng, bén và không quên dùng nước làm mát

Đối với xe lăn trong quá trình tính toán thiết kế tính an toàn được đặt lên hàng đầu, do đó thông thường người ta thường chọn vật liệu là inox dạng ống để đảm bảo độ cứng vững, độ bền và tính thẩm mĩ cho xe

Công nghệ gia công:

Trong chế tạo xe lăn việc uốn các ống inox là vấn đề then chốt trong công nghệ vì khi gia công vật liệu dạng ống, những đoạn cong khi uốn thường hay bị nhăn nứt, bẹp do chịu mé ứng suất uốn trong quá trình uốn do đó để tuýp không

bị nhăn, nứt, bẹp thép được uốn bởi 2 cách cơ bản nhằm làm giảm độ biến dạng:

Cách 1: Nhồi cát đã rang nóng nén chặt vào ống rồi đem uốn (nhằm làm

giảm độ biến dạng) => cách làm thủ công do đó độ chính xác không cao, năng xuất giảm do phải nhồi cát vào ống, mặt khác những đoạn cần có góc độ uốn chính xác không được đảm bảo do đó chỉ có thể uốn vô cấp  tổn hao nguyên vật liệu

Cách 2: Inox được uốn bởi máy uốn ống:

Hình 3.7: Sử dụng máy uốn ống để uốn vành lăn

- Trước tiên ta phải xác định được đường kính ống cần uốn và bán kính điểm uốn để xác định được pully uốn

- Sau khi xác định được pully ta tiến hành gá ống vào để uốn

 Gạt cần gạt để bơm khí vào xilanh đẩy 2 pully dưới lên

 Quay vô lăng để chọn điểm uốn, nếu quay vô lăng đến khi hết phôi tức là ta uốn ống đó thành hình tròn

 Khi uốn xong ta chỉ cần mở van khí và rút ống ra ngoài

- Phôi sau khi gia công cắt gọt, uốn (gia công định hình) được làm phẳng mặt đầu, cùn cạnh sắc tiếp đó được gắn với nhau bởi mối hàn TIG → sau khi lắp ráp hoàn thiện khung, cho mài bóng các mối hàn Vì vật liệu chế tạo là inox nên t không cần phải sơn mà vẫn đảm bảo chiếc xe không bị han gỉ cũng như tính thẩm mỹ của xe

3.4.2 Thiết kế khung chính

Những thông tin cần biết khi thiết kế một chiếc xe lăn:

 Dạng tật: Dạng nào, ngồi như thế nào

 Mục đích sử dụng

 Khả năng vận động và sử dụng xe lăn: Hai tay, một tay, khoẻ, yếu

 Nơi sử dụng: Trong nhà, ngoài đường, địa hình

 Độ ổn định: Dễ quay, dễ xoay xở, bền

 Khả năng tự lên xuống xe lăn (có tự lên xuống một mình được không)

 Xe có cần xếp được hay không xếp được

Xác định kích thước trên cơ sở các điểm trên:

Trọng lượng xe lăn phụ thuộc vào:

 Vật liệu:

 Hình dáng xe

 Đường kính ống

Độ cao xe lăn phụ thuộc vào bánh trước, bánh sau và chiều cao người bệnh:

- Độ cao phía trước: Để có thể vừa ngồi bàn ăn vừa chuyển sang giường (đây là hai việc khác nhau)

- Độ cao phía sau (thường lấy chuẩn là 420 với bánh 24’) phù hợp với độ dài cánh tay

- Cỡ bánh trước có thể: 4”, 5”, 6”, 7”, 8” (những nơi đất mấp mô thường dùng cỡ 7”, 8”), ở đây ống cái (base pipe có thể thay đổi kích thước và hình dáng phù hợp

- Chỗ tì tay thường chọn 220 - 230 mm làm chuẩn

- Lưng xe lấy chuẩn khoảng 400 mm từ chỗ ngồi

Độ rộng của XL :

- Chọn chuẩn là 380, tuỳ người có thể thay đổi từ 300 - 400

- Cách xác định độ rộng chỗ ngồi: lấy độ rộng của mông cộng thêm độ rộng của hai ngón cái

Ống của Ghế ngồi:

- Chuẩn là 400, đối với một số người có thể khác nhau: Tuỳ theo độ dài của đùi tính sao cho đầu gối nhô ra ngoài khoảng 100 mm

- Với một xe đã thiết kế sẵn có thể cắt sửa lại chỗ ngồi cho vừa

- Với độ dài chuẩn 400 XL ổn định nhất, do đó có thể đặt ống ghế ngồi và giữ các độ dài cũ

Area 3336.108 mm^2 Volume 264.249 mm^3 Center of Gravity x=-162.187 mm

y=0.000 mm z=-22.988 mm Material(s)

Yield Strength 207.000 MPa Ultimate Tensile Strength 345.000 MPa

Poisson's Ratio 0.300 ul Stress Thermal Expansion Coefficient 0.0000120 ul/c

Thermal Conductivity 56.000 W/( m K ) Static Result Summary

Smin(Mx) -0.000 MPa 0.000 MPa Smax(My) 0.000 MPa 64723.763 MPa Smin(My) -64723.763 MPa -0.000 MPa Saxial -7370.226 MPa 5165.052 MPa Shear Stresses Tx -10774.122 MPa 10811.964 MPa

Hình 3.10: Ứng suất

Khi chuyển từ xe sang nơi khác