Thiết kế và chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyền địa hình có cấp bậc và cảnh báo sự cố cho người thân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN HỖ TRỢ DI CHUYỂN ĐỊA HÌNH CĨ CẤP BẬC VÀ CẢNH BÁO SỰ CỐ CHO NGƯỜI THÂN Sinh viên thực hiện: BẠCH CÔNG PHƯỚC Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyền địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Nhóm sinh viên thực Tên sinh viên Số thẻ sinh viên Lớp Hoàng Ngọc Cảnh 103140072 14C4B Bạch Công Phước 103140105 14C4B Trương Minh Quốc 103140108 14C4B Cấu trúc đồ án tốt nghiệp gồm chương sau: Chương 1: TỔNG QUAN Phân loại xe lăn đối tượng người sử dụng Tổng quan vai trị, cơng dụng xe lăn điện giới thiệu số loại xe lăn Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lý thuyết động điện chiều Lý thuyết hệ thống điều khiển, hệ thống cảnh báo cố an toàn xe Lý thuyết lập trình Phần mềm sử dụng để lập trình Lý thuyết thuyết kế tính tốn khung xe, giới thiệu phần mềm thiết kế Catia Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ XE PHẦN CƠ KHÍ XE LĂN ĐIỆN Tính tốn thiết kế khung xe Ứng dụng phần mềm Catia thiết kế kiểm nghiệm bền xe lăn Chương 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC, TRUYỀN ĐỘNG VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHO XE LĂN ĐIỆN Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động Tính tốn thiết kế cấu hoạt động xe Tính chọn Ắc quy Chương 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN, HỆ THỐNG AN TOÀN, CẢNH BÁO TRÊN XE Thiết kế hệ thống điều khiển, giới thiệu điều khiển trung tâm Thiết kế hệ thống cảnh báo cố an toàn xe ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bạch Công Phước Số thẻ sinh viên: 103140105 Lớp:14C4B Khoa: Cơ Khí Giao Thơng Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Tải trọng tối đa cho phép 70 kg, xe vận hành đường phẳng hoạt độ đốc không 6o Nguồn điện dự trữ phải đủ cho vận hành liên tục quãng đường 9km Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan xe lăn điện Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 4: Tính tốn thiết kế hệ thống động lực, truyền động, nguồn lượng cho xe lăn điện Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Cụm bánh chủ động (1A3) Bộ truyền động chi tiết trục (1A3) Động giảm tốc MY1016Z (1A3) Xy lanh điện (1A3) Bố trí truyền động cho chân trước (1A3) Bố trí truyền động cho chân sau (1A3) Họ tên người hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái TS Lê Minh Tiến Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 25/02/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 09/06/2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn Kỹ thuật Ô tô Máy động lực PSG TS Dương Việt Dũng TS Phạm Quốc Thái TS.Lê Minh Tiến LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy cô, Gia đình Bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến Quý Thầy Cô Khoa Cơ Khí Giao Thơng - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, với vốn tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt học kỳ khoa tổ chức cho chúng em thực đề tài tốt nghiệp - bước chuẩn bị cuối kĩ cần thiết chuyên môn kỹ liên quan nhằm phục vụ cho công việc sau trường Chúng em xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ Khoa Cơ Khí Giao Thông, đặt biệt hai thầy TS Phạm Quốc Thái thầy TS Lê Minh Tiến theo sát trực tiếp hướng dẫn chúng em suốt thời gian nghiên cứu thực đề tài Kính chúc quý thầy cô thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp có nhiều tâm huyết truyền đạt kiến thức cho thết hệ trẻ mai sau Đề tài thực khoảng thời gian 16 tuần, chắn khơng thể tránh khỏi thiết sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Trân trọng! i CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài riêng nhóm, đề tài khơng trùng lặp với đề tài đồ án tốt nghiệp trước Các thông tin, số liệu sử dụng tính tốn từ tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định Sinh viên thực Bạch Công Phước ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE LĂN ĐIỆN .3 1.1 Tổng quan 1.1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài 1.1.2 Phân loại xe lăn đối tượng sử dụng .3 1.2 Vai trị, cơng dụng mà số loại xe điện .4 1.2.1 Vai trị cơng dụng 1.2.2 Một số loại xe điện CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Lý thuyết động điện chiều 10 2.2 Giới thiệu phần mềm MDsolids .13 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ CHO XE .16 3.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế phần khí (khung xe) 16 3.1.1 Phương án thiết kế xe lăn leo bậc sử dụng cấu trục dựa nguyên tắc trọng tâm thay đổi 16 3.1.2 Chọn phương án thiết kế 17 3.2 Thiết kế tổng thể xe lăn điện 18 3.2.1 Thiết kế chung 18 3.3.2 Phân bố tải trọng xe điện 19 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC, TRUYỀN ĐỘNG VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHO XE LĂN ĐIỆN 23 4.1 Các yêu cầu truyền động xe lăn điện 23 4.2 Hệ thống truyền động 23 4.2.1 Phân tích chọn truyền 23 iii 4.2.2 Phân tích lựa chọn bánh xe chủ động .25 4.2.3 Lựa chọn bánh xe chân sau chân phụ 26 4.2.4 Tính chọn động .27 4.2.5 Tính tốn thơng số động học xe 30 4.2.6 Tính tốn trục ổ đỡ .34 4.3 Tính tốn thiết kế cấu hoạt động xe 41 4.3.1 Cơ cấu nâng hạ chân trước, chân sau 41 4.3.2 Cơ cấu đẩy phần ghế 46 4.3.3 Cơ cấu nâng hạ chân phụ 51 4.3.4 Cơ cấu nâng hạ lưng 55 4.3.5 Cơ cấu nâng hạ phần chân phụ 57 4.4 Tính chọn ắc quy 58 CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN, HỆ THỐNG AN TOÀN, CẢNH BÁO TRÊN XE 61 5.1 Hệ thống điều khiển 61 5.1.1 Quy trình điều khiển xe lăn điện .61 5.1.2 Hệ thống phanh điện 63 5.1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .63 5.1.4 Giới thiệu điều khiển trung tâm .64 5.2 Hệ thống an toàn cảnh báo xe 66 5.2.1 Sơ đồ mô tả trực quan hệ thống an toàn, cảnh báo xe quy trình làm việc hệ thống 66 5.2.2 Nhiệm vụ chức cảm biến hệ thống an toàn cảnh báo ……………………………………………………………………………………….66 5.3 Các cấu chấp hành 69 5.3.1 Mạch công suất điều khiển động 69 5.3.2 Động điều khiển bánh xe chủ động 70 5.3.3 Động điều khiển động quay vit me 70 5.3.4 Xylanh điện 70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng Thông số kỹ thuật xe lăn điện thiết kế 19 Bảng Phân bố lượng xe điện không tải 21 Bảng 3 Phân bố trọng lượng xe điện đầy tải 22 Bảng Thông số kỹ thuật bánh xe 350-4 …………………………………… 25 Bảng Thông số kỹ thuật bánh xe chân sau 26 Bảng Thông số kỹ thuật bánh xe chân phụ .27 Bảng 4 Bảng số liệu xây dựng đường đặc tính động điện 31 Bảng Kết tính tốn lực kéo .33 Bảng Công suất tiêu thụ tải .60 Hình 1 Xe lăn điện Nhật bản………………………………………………… Hình Xe lăn điện phục hồi chức Trung Quốc Hình Xe lăn leo cầu thang Thụy Sĩ – Scalevo Hình Thạc sỹ Ngơ Quang Tiến học sinh Phùng Quang Huy Nguyễn Đức Thái bên sản phẩm “Xe lăn đa hướng dành cho người khuyết tật” Hình Xe lăn nhiều tính – ĐH Bách khoa Đà Nẵng 2015 .8 Hình Quốc Thông Hồng Ngọc với xe lăn thơng minh Hình Cực từ chính………………………………………………… ……….… 11 Hình 2 Lõi sắt phần ứng 12 Hình Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động điện chiều 13 Hình Giao diện phần mềm MDsolids 14 Hình Xe lăn sử dụng cấu chuyển động trục………………………….…… 16 Hình Các chuyển động xe lăn leo bậc sử dụng cấu chuyển động trục 17 Hình 3 Các hình chiếu xe lăn điện thiết kế 19 Hình Sơ đồ phân bố tải trọng xe lăn điện không tải 20 Hình Sơ đồ phân bố tải trọng xe lăn điện đầy tải 22 Hình Bộ truyền động trực tiếp…………………………………………….…… 25 Hình Bánh xe chủ lực 26 Hình Bánh xe chân sau 26 Hình 4 Bánh xe chân phụ 27 Hình Lực tác dụng lên xe chuyển động tăng tốc dốc .28 Hình Động MY1016Z 30 v Hình Đồ thị đặc tính động điện 32 Hình Đồ thị cân lực kéo bánh xe chủ động .33 Hình Các khoảng cách trục 35 Hình 10 Sơ đồ lực tác dụng lên trục 35 Hình 11 Lực momen theo phương x 36 Hình 12 Lực momen theo phương y 37 Hình 13 Trục thiết kế 38 Hình 14 Sơ đồ chọn ổ đỡ cho trục 40 Hình 15 Bộ ray trượt trịn vít me – đai ốc bi 41 Hình 16 Trục dẫn hướng trượt SCS 44 Hình 17 Sơ đồ bố trí động vít me - đai ốc phần nâng hạ chân trước, chân sau .44 Hình 18 Động D5BLD300 - 12A - 30S 45 Hình 19 Kích thước động D5BLD300 - 12A - 30S 46 Hình 20 Bộ ray trượt ray âm mở 3/4 46 Hình 21 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần đẩy ghế 49 Hình 22 Động giảm tốc 775 50 Hình 23 Kích thước động giảm tốc 775 50 Hình 24 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần chân phụ .53 Hình 25 – Động giảm tốc Planet RS775 54 Hình 26 Kích thước động giảm tốc planet RS775 .54 Hình 27 Sơ đồ lực tác dụng lên xylanh phần lưng 56 Hình 28 Xylanh điện 12V hành trình 150mm, tốc độ 20 mm/s .56 Hình 29 Sơ đồ lực tác dụng lên xylanh nâng phần chân phụ .57 Hình 30 Sơ đồ lực tác dụng lên xylanh nâng chân trước lên .58 Hình 31 Sơ đồ tính chọn ắc quy .59 Hình 32 Acquy Đồng Nai NS40ZLS 60 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển……………………………………………61 Hình Sử dụng smartphone để điều khiển xe lăn điện 61 Hình Liên kết ứng dụng web với arduino .62 Hình Module Bluetooth HC-05 .62 Hình 5 Giao diện app điều khiển xe lăn 62 Hình Sử dụng joystick để điều khiển 62 Hình Sơ đồ khối tổng thể mạch điều khiển 64 vi Hình Arduino Uno R3 65 Hình Quy trình làm việc hệ thống…………….…………………………… 66 Hình 10 Sơ đồ mơ tả hệ thống an tồn .66 Hình 11 Cảm biến nhiệt độ DHT11 67 Hình 12 Cảm biến hall 67 Hình 13 Cảm biến nhịp tim mơ cách nhận tín hiệu từ sensor 67 Hình 14 Cảm biến góc nghiêng 68 Hình 15 Module SIM800A cách lắp đặt với arduino 69 Hình 16 Module LM2596 69 Hình 17 Module LCD hình hiển thị thơng số 69 Hình 18 Driver điều khiển động tích hợp mạch cầu 70 vii Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Theo yêu cầu công nghệ, nguồn lượng cần đảm bảo xe chạy tối thiểu quãng đường km cho lần sạc đầy Giả sử xe chuyển động với tốc độ km/h mặt đường bằng, khơng góc dốc gió lặng Suy ra, xe chạy km thời gian: 𝑡 = = 1,5 [ℎ] Sơ đồ tính chọn ắc quy sau : Hình 31 Sơ đồ tính chọn ắc quy Trong đó: I1 - Dịng điện qua động I2 - Dòng điện qua động I3 - Dòng điện qua động kéo đẩy ghế I4 - Dòng điện qua động chân trước I5 - Dòng điện qua động chân sau I6 - Dòng điện qua động chân phụ I7 - Dòng điện qua xylanh điện lưng I8 - Dòng điện qua xylanh điện chân phụ I – Tổng dòng điện qua tải U - Điện áp cấp cho phụ tải Tổng công suất xác định theo theo biểu thức sau: P =  Pi   i (4.16) Trong : λi - Hệ số sử dụng tải Các phụ tải tính tốn với hệ số sử dụng theo bảng sau Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 59 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Bảng Công suất tiêu thụ tải STT Tên phụ tải Công suất thực Hệ số sử dụng Công suất tương đương [W] () [W] Động Động 250 250 1 250 250 Động kéo đẩy ghế Động chân trước Động chân sau 60 60 60 0,3 0,3 0,3 18 18 18 Động chân phụ Xylanh điện lưng 60 30 0,3 0,3 18 Xylanh điện chân phụ 30 0,3 Tổng công suất 590 Từ Bảng 4.3, ta có tổng cơng suất P= 590 (W), suy ra: Ắc quy cần đủ lượng để trì cơng suất phát thời gian t Suy ra, lượng tối thiểu ắc quy: W = P.t = 590.1,5 = 885 [Wh] Dung lượng ắc quy cần thiết để sử dụng cho động : Q = W/U = 885/12 = 73,75 [Ah] Chọn dung lượng ắc quy 80 [Ah] Vì dung lượng ắc quy sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình có hiệu điện 12 [V] dung lượng 40 [Ah] Suy ta cần bình Ta chọn Acquy Đồng Nai NS40ZLS (12V – 40Ah) Hình 32 Acquy Đồng Nai NS40ZLS Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 60 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN, HỆ THỐNG AN TOÀN, CẢNH BÁO TRÊN XE 5.1 Hệ thống điều khiển 5.1.1 Quy trình điều khiển xe lăn điện Nhằm đảm bảo an toàn thuận tiện cho người sử dụng, điều khiển thiết kế gắn vào phía trước xe lăn điện, điều tạo cảm giác dễ dàng thoải mái cho việc điều chỉnh hướng chạy xe Smartphone (điều khiển từ xa) Bộ điều khiển trung tâm Núm điều khiển (Joystick) Mạch công suất 01 Động 01 Mạch công suất 02 Động 02 Công tắc đổi chiều động Động Vít me Xylanh điện Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ❖ Hệ thống điều khiển chia trình: *Quá trình 1: Người sử dụng điều khiển động hệ thống điều khiển từ xa, lúc người dùng dùng smartphone kết nối sẵn với xe lăn điện thông qua app điều khiển smartphone, qua người dùng dễ dàng đưa xe lăn đến vị trí mong muốn Hình Sử dụng smartphone để điều khiển xe lăn điện Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 61 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân + Người điều khiển lựa chọn chế độ làm việc, điều khiển xe mơ hình thơng qua ứng dụng Ardroid Ứng dụng với hệ điều hành Ardroid thiết kế ứng dụng web MIT App Inventor cung cấp Google Hình Liên kết ứng dụng web với arduino + Module kết nối Bluetooth sử dụng giao diện App sử dụng điều khiển xe smartphone: Hình Module Bluetooth HC-05 Hình 5 Giao diện app điều khiển xe lăn *Quá trình 2: Người sử dụng điều khiển động núm điều khiển (joystick), lúc người sử dụng muốn thay đổi hướng di chuyển cần đưa núm điều khiển theo hướng di chuyển mà người sử dụng muốn tới Hình Sử dụng joystick để điều khiển Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 62 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân *Quá trình 3: Người dùng sử dụng công tắc đổi chiều động bố trí tay cầm để điều khiển động vit-me xilanh điện để thực trình leo bậc xe lăn 5.1.2 Hệ thống phanh điện Hệ thống phanh hệ thống quan trọng xe, hệ thống phanh phải đảm bảo tính nhiệm vụ Nhóm thiết kế hệ thống phanh điện thông qua việc sử dụng núm điều khiển (joystick) Khi người dùng muốn dừng xe cần đưa núm điều khiển vị trí cân (khơng tác dụng lực vào núm điều khiển), lúc hai bánh xe chủ động dừng lại thực trình phanh Hệ thống phanh nhóm thiết kế đảm bảo tính an tồn ổn định cho xe thực trình phanh 5.1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Đồ án thiết kế thi công xe lăn tập trung vào nghiên cứu phương pháp điều khiển cho xe lăn điện bao gồm yếu tố vận hành an toàn, thuận tiện cho người sử dụng đồng thời tiết kiệm lượng cung cấp từ bình acquy Đồ án đặt chế độ làm việc thực tế xe điện điều khiển thích nghi tốc độ trường hợp cụ thể, từ ta dễ dàng điều khiển xe theo yêu cầu, tạo điều kiện an toàn dễ sử dụng cho người khuyết tật Yếu tố vận hành an toàn đồ án cụ thể hóa tính điều khiển qua hệ thống cảnh báo giúp người điều khiển dễ dàng phát nguy hiểm cần khắc phục nhanh chóng xác Sinh viên thực hiện: Bạch Cơng Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 63 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Núm điều khiển Driver_R Motor_R Cảm biến Hall Driver_L Motor_L Module LCD Công tắc đổi chiều động Cảm biến HC-05 Cảm biến nhịp tim Module SIM 800A Cảm biến nhiệt độ- độ ẩm BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM Động Vit me Xi lanh điện Tốc độ động Màn hình LCD Cịi báo hiệu Nhiệt độ Nhịp tim Cảm biến nghiêng GSM/GPRS Module LM2596 Hình Sơ đồ khối tổng thể mạch điều khiển 5.1.4 Giới thiệu điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 64 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình Arduino Uno R3 *Các thơng số Arduino Uno R3: Bảng Thông số Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V DC Tần số hoạt động 16MHz Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Dòng tối đa chân I/O 30mA Dòng tối đa (5V) 500mA Dòng tối đa (3.3V) 50mA Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 65 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 5.2 Hệ thống an toàn cảnh báo xe 5.2.1 Sơ đồ mô tả trực quan hệ thống an toàn, cảnh báo xe quy trình làm việc hệ thống Hình Quy trình làm việc hệ thống tồn Hình 10 Sơ đồ mô tả hệ thống an Khi người sử dụng gặp cố tình trạng sức khỏe (nhịp tim tăng mức quy định; nhiệt độ, độ ẩm tăng giảm đột ngột; xe lăn bị nghiêng bị lật đổ) lúc sensor nhịp tim; sensor nhiệt độ-độ ẩm sensor góc nghiêng gửi tín hiệu điều khiển trung tâm Lúc này, điều khiển trung tâm xử lý tín hiệu thơng qua module SIM800A có lắp đặt SIM bên nhận tín hiêu điều khiển trung tâm truyền tới đồng thời có gọi khẩn cấp báo cho người thân biết người sử dụng tình trạng nguy hiểm Bên cạnh đó, người thân tương tác trực tiếp với xe lăn tin nhắn cách người thân muốn biết nhiệt độ người dùng xe lăn độ cần nhắn tin tới số điện thoại cài đặt sẵn xe với cú pháp đơn giản biết tình trạng xe lăn la độ 5.2.2 Nhiệm vụ chức cảm biến hệ thống an toàn cảnh báo 5.2.2.1 Cảm biến nhiệt độ DHT11 DHT11 Là cảm biến thông dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền liệu nhất) Cảm biến tích hợp tiền xử lý tín hiệu giúp liệu nhận xác mà khơng cần phải qua tính tốn Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 66 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình 11 Cảm biến nhiệt độ DHT11 5.2.2.2 Cảm biến Hall Cảm biến từ trường Hall (Hall Magnetic Sensor) ứng dụng để phát từ trường nam châm, cuộn cảm, thường ứng dụng đo tốc độ, dùng làm mạch đếm dùng để phát vị trí vật Hình 12 Cảm biến hall Nhóm dùng Hall sensor để đo tốc độ động xe hoạt động chế độ khác hiển thị hình LCD 5.2.2.3 Cảm biến nhịp tim Cảm biến nhịp tim dạng quang Pulse Sensor sử dụng nguyên lý đo nhịp tim ánh sáng với kích thước nhỏ gọn giao tiếp Analog dễ sử dụng, phù hợp cho ứng dụng điện tử y sinh Hình 13 Cảm biến nhịp tim mơ cách nhận tín hiệu từ sensor Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 67 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân ➢ Nguyên lý hoạt động • Gồm thành phần đầu phát quang bóng hồng ngoại (bước sóng 609nm), quang trở nhạy với bước sóng ánh sáng mà đầu phát phát • Khi áp chặt mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy (thường áp vào tai, đầu ngón tay, để dễ kẹp) đầu phát phát ánh sáng vào da Dịng ánh sáng bị khuếch tán xung quanh, phần tới quang trở đặt gần đầu phát Do bị ép vào nên lượng máu phần cảm biến thay đổi, cụ thể khơng có áp lực tim đập, máu dồn xung quanh, lượng ánh sáng từ đầu phát đầu thu nhiều so với tim đập, máu chảy qua nơi có cảm biến áp vào • Sự thay đổi nhỏ, nên phần cảm nhận ánh sáng (quang trở) thường có mạch IC đề khuếch đại tín hiệu thay đổi này, đưa mạch lọc, đếm mạch ADC để tính tốn nhịp tim • Tín hiệu đầu tín hiệu analog, dao động theo mạch đập tim 5.2.2.4 Cảm biến góc nghiêng Cảm biến GY-521 6DOF IMU MPU6050 sử dụng để đo thông số: trục Góc quay (Gyro), trục gia tốc hướng (Accelerometer), loại cảm biến gia tốc phổ biến thị trường nay, ví dụ code dành cho nhiều có loại vi điều khiển, bạn muốn mua cảm biến gia tốc để làm mơ lắc động, xe tự cân bằng, máy bay, MPU6050 lựa chọn tối ưu Hình 14 Cảm biến góc nghiêng 5.2.2.5 Module SIM800A Mạch GSM GPRS Sim800A (SIM900A update) tích hợp nguồn xung ic đệm thiết kế cho ứng dụng cần độ bền độ ổn định cao Mạch GSM GPRS Sim800A (SIM900A update) tích hợp nguồn xung ic đệm thiết kế nhỏ gọn giữ yếu tố cần thiết thiết kế Module Sim như: Mạch chuyển mức tín hiệu logic sử dụng Mosfet, IC giao tiếp RS232 MAX232, mạch nguồn xung dòng cao, khe sim chuẩn đèn led báo hiệu, mạch kèm với Anten GSM Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 68 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình 15 Module SIM800A cách lắp đặt với arduino 5.2.2.6 Module LM2596 Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà đạt hiệu suất cao (92%) Thích hợp cho ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho thiết bị camera, motor, robot, Hình 16 Module LM2596 5.2.2.7 Module LCD hình hiển thị LCD 16x02 Màn hình LCD 16x 02 thiết bị để hiển thị thông số cần thiết cho người sử dụng lên hình Với kết cấu nhỏ gọn có sử dụng thêm module LCD kết nối dễ dàng với arduino Hình 17 Module LCD hình hiển thị thông số 5.3 Các cấu chấp hành 5.3.1 Mạch công suất điều khiển động Để đảm bảo cho động làm việc ổn định thời gian định mạch cơng suất phải thỏa mãn thông số đầu vào động dòng điện định mức, điện áp định mức, tải trọng Chính vậy, nhóm chọn driver BTS-7960 tích hợp mạch Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 69 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân cầu H điều khiển tốc độ đảo chiều động cách thuận lợi để điều khiển động Hình 18 Driver điều khiển động tích hợp mạch cầu Driver sử dụng chip BTS 7960 bao gồm mạch điều khiển cầu H bảo vệ dòng, áp, nhiệt, ngắn mạch Dòng điện tải 43A 5.3.2 Động điều khiển bánh xe chủ động Công suất cần thiêt động điện mà nhóm tính tốn phải lớn 188,01 [W] Từ yêu cầu động thực tế thị trường ta chọn động có thơng số kỹ thuật sau: Động giảm tốc MY1016Z - Điện áp: 12V - Công suất: N = 250 [W] - Tốc độ sau giảm tốc: 300 [v/ph] - Bộ giảm tốc bánh thép, tỷ số truyền i = - Dòng điện tải: I = 28A - Trọng lượng: 2,5 [kg] 5.3.3 Động điều khiển động quay vit me Từ thông số tính động thị trường ta chọn động cho cấu nâng hạ chân trước, chân sau là: động D5BLD300 - 12A - 30S Đơng có thơng số sau: - Điện áp định mức: U = 12V - Dòng diện tải: I = 30,25A - Tốc độ ban đầu: n = 3000 [v/ph] - Công suất: N = 300W - Hộp giảm tốc planetary có tỷ số truyền 1:10, tốc độ đầu 300 [vg/ph] 5.3.4 Xylanh điện Từ thơng số tính xylanh điện thị trường ta chọn xylanh điện cho: Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 70 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • Cơ cấu nâng hạ phần lưng là: xylanh điện SKU WA9S Xylanh có thơng số sau: - Điện áp định mức: U = 12 [V] - Lực nâng: 500 [N] - Hành trình: 150 [mm] - Tốc độ: 20 [mm/s] - Ở đầu có cơng tắc hành trình giới hạn chuyển động • Cơ cấu nâng hạ phần chân phụ là: xylanh điện SKU JYVX Đông có thơng số sau: - Điện áp định mức: U = 12 [V] - Lực nâng kéo: 900 [N] - Hành trình: 100 [mm] - Tốc độ: 10 [mm/s] - Ở đầu có cơng tắc hành trình giới hạn chuyển động Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 71 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân KẾT LUẬN Qua trình thiết kế, chế tạo, tham khảo số tài liệu xe lăn điện với hướng dẫn tận tình thầy Phạm Quốc Thái thầy Lê Minh Tiến thời gian làm đồ án tốt nghiệp đề tài “Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình cấp bậc cảnh báo cố cho người thân” đến nhóm hồn thành đề tài Nhóm nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công xe lăn điện vận hành an tồn ổn định, di chuyển linh hoạt địa hình có cấp bậc bệnh viện, trường học, nơi làm việc…Có chức cảnh báo cho người thân giữ an tồn cho người sử dụng, điều khiển chế độ: điều khiển tay điều khiển thơng qua smartphone Hướng phát triển: Tối ưu kích thước xe, kiểu dáng xe điện, để đẹp có tính thương mại Tiếp tục cải tiến hệ thống nâng hạ xe nhằm tăng tốc độ vượt địa hình đảm bảo an toàn cho người sử dụng Ngoài bổ sung thêm chức khác phát triển thêm hệ thống điều khiển xe tự hành, hệ thống định vị, giao tiếp qua smart phone Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 72 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Thái Phạm Minh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2000), Lý Thuyết Ô Tô Máy Kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lâm, Thiết kế chi tiết máy Nhà xuất Giáo dục, 1999 [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập một), Nhà xuất Giáo dục Sinh viên thực hiện: Bạch Công Phước Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 73 ... Tiến 18 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân c) Hình 3 Các hình chiếu xe lăn điện thiết kế a) Hình chiếu cạnh; b) Hình chiếu đứng; c) Hình. .. Lê Minh Tiến Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Xe lăn điện ngả gập phục hồi chức cho người khuyết tật cao cấp dòng xe đại, người tiêu... Tiến 13 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình Giao di? ??n phần mềm MDsolids ❖ Khả MDSolids: MDSolids phần mềm thiết kế nhằm hỗ trợ cho việc