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 HỖ TRỢ DI CHUYỂN ĐỊA HÌNH CĨ CẤP BẬC VÀ CẢNH BÁO SỰ CỐ CHO NGƯỜI THÂN Sinh viên thực hiện: HOÀNG NGỌC CẢNH 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 trò, công 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 HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hoàng Ngọc Cảnh Số thẻ sinh viên: 103140072 Lớp: 14C4B Khoa: Cơ Khí Giao Thơng Ngành: Kỹ thuật khí Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyền 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 3: Tính tốn thiết kế phần khí xe lăn điện Các vẽ, đồ thị Tổng thể xe lăn điện (1A3) Khung xe (5A3) Mô ứng suất khung xe (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: 09/06/2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn Kỹ thuật Ô tô Máy động lực PGS.TS Dươngiệt 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 Hoàng Ngọc Cảnh 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 viii 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 trò, công 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 Lịch sử đời Catia 10 2.2 Tính phần mềm Catia .10 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ XE LĂN ĐIỆN .16 3.1 Thiết kế phần khung cho xe lăn điện 16 3.1.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế phần khí (khung xe) .16 3.2.2 Thiết kế tổng thể xe lăn điện .20 3.2 Ứng dụng phần mềm Catia thiết kế mô bền xe lăn điện 29 3.2.1 Thiết kế lắp ráp chi tiết xe lăn điện 29 3.2.2 Phân tích lực, mơ bền khung xe lăn điện .32 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC, TRUYỀN ĐỘNG VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHO XE LĂN ĐIỆN 47 4.1 Hệ thống truyền động 47 4.1.1 Phân tích chọn truyền 47 4.1.2 Phân tích lựa chọn đường kính bánh xe chủ động 47 4.2.3 Tính chọn động .48 4.2 Tính tốn thiết kế cấu hoạt động xe 49 4.2.1 Cơ cấu nâng hạ chân trước, chân sau 49 4.2.2 Cơ cấu đẩy phần ghế 52 iii ` 4.2.3 Cơ cấu nâng hạ chân phụ 54 4.3.4 Cơ cấu nâng hạ lưng 56 4.3.5 Cơ cấu nâng hạ chân phụ 57 4.3 Tính chọn ắc quy 58 CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN, HỆ THỐNG AN TOÀN, CẢNH BÁO TRÊN XE 59 5.1 Hệ thống điều khiển .59 5.1.1 Quy trình điều khiển xe lăn điện .59 5.1.2 Hệ thống phanh điện 61 5.1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .62 5.1.4 Giới thiệu điều khiển trung tâm .63 5.2 Hệ thống an toàn cảnh báo xe 64 5.2.1 Sơ đồ mô tả trực quan hệ thống an tồn, cảnh báo xe quy trình làm việc hệ thống 64 5.2.2 Nhiệm vụ chức cảm biến hệ thống an toàn cảnh báo………………………………………………………………………………………….64 5.3 Các cấu chấp hành 68 5.3.1 Mạch công suất điều khiển động 68 5.3.2 Động điều khiển bánh xe chủ động 68 5.3.3 Động điều khiển động quay vít me 69 5.3.4 Xylanh điện 69 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv ` DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng Thông số kỹ thuật xe lăn điện thiết kế 23 Bảng Phân bố lượng xe điện không tải 26 Bảng 3 Phân bố trọng lượng xe điện đầy tải 27 Bảng Vật liệu khung .28 Bảng Bảng giới hạn ứng suất cho phép vật liệu .28 Hình 1 Xe lăn điện Nhật bản……………………………………………………5 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 Hình Quốc Thông Hồng Ngọc với xe lăn thông minh Hình Mơ hình sản phẩm catia……………………………………………………11 Hình 2 Mơ hình tạo Mechanical Design 11 Hình Mơ hình tạo Shape Design and Styling .12 Hình Mơ hình hóa vật thể……………………………….……………………….14 Hình Mơ động học……………………………………………………… 12 Hình Thể mơ tả tính chất vật lý vật liệu .13 Hình Thể modul tiện Catia 13 Hình Thể modul phay Catia 14 Hình Mô hoạt động Catia 14 Hình 10 Những tuyến ống dẫn phức tạp 15 Hình 11 Cơng cụ tổ hợp 15 Hình Xe lăn sử dụng bánh xích………………………………………………….17 Hình Xe lăn sử dụng bánh chữ thập 18 Hình 3 Xe lăn sử dụng cấu chuyển động trục 19 Hình Các chuyển động xe lăn leo bậc sử dụng cấu chuyển động trục 20 Hình Kích thước thể 21 Hình Kích thước xe .21 Hình Các hình chiếu xe lăn điện thiết kế 23 Hình Sơ đồ phân bố tải trọng xe lăn điện không tải 25 Hình Sơ đồ phân bố tải trọng xe lăn điện đầy tải 27 Hình 10 Quy trình thực mơ 29 v ` Hình 11 Quy trình vẽ 30 Hình 12 Các chi tiết thiết kế .30 Hình 13 Trước lắp 31 Hình 14 Sau lắp hoàn thiện 32 Hình 15 Hộp thoại New Analysis .32 Hình 16 Giao diện mơ Atalysis Catia 33 Hình 17 Chọn vật liệu cho chi tiết 34 Hình 18 Hộp thoại Rigid Connection Property 34 Hình 19 Chọn phân tích kết nối 35 Hình 20 Khớp liên kết cứng .35 Hình 21 Hộp thoại Rigid Connection Property 36 Hình 22 Hộp thoại Pressure Fitting Connection Property 36 Hình 23 Liên kết cục trượt với trượt cấu nâng hạ xe .37 Hình 24 Hộp thoại Clamp.1 37 Hình 25 Liên kết ngàm .38 Hình 26 Hộp thoại Distributed Force .38 Hình 27 Đặt vị trí giá trị lực cho khung xe 39 Hình 28 Hộp thoại Computation 39 Hình 29 Hộp thoại Computation Resources Estimation 40 Hình 30 Cây trình tự 40 Hình 31 Lưới biến dạng chi tiết 41 Hình 32 Kết ứng suất hiệu dụng khung 41 Hình 33 Hộp thoại Extrema Creation 42 Hình 34 Hai điểm cực trị lớn nhỏ 43 Hình 35 Kết chuyển vị .43 Hình 36 Hộp thoại Generate 44 Hình Bộ truyền động trực tiếp………………………………………………… 47 Hình Bánh xe chủ lực 48 Hình Động MY1016Z 49 Hình 4 Bộ ray trượt trịn vít me – đai ốc bi 49 Hình Trục dẫn hướng trượt SCS 50 Hình Sơ đồ bố trí động vít me - đai ốc phần nâng hạ chân trước, chân sau 51 Hình Động D5BLD300 - 12A - 30S 51 Hình Kích thước động D5BLD300 - 12A - 30S 51 Hình Bộ ray trượt ray âm mở 3/4 52 Hình 10 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần đẩy ghế 53 vi ` Hình 11 Động giảm tốc 775 54 Hình 12 Kích thước động giảm tốc 775 54 Hình 13 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần chân phụ .55 Hình 14 Động giảm tốc Planet RS775 .55 Hình 15 Kích thước động giảm tốc planet RS775 .56 Hình 16 Sơ đồ lực tác dụng lên xylanh phần lưng 57 Hình 17 Xylanh điện 12V hành trình 150mm, tốc độ 20 mm/s .57 Hình 18 Acquy Đồng Nai NS40ZLS 58 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển……………………………………………59 Hình Sử dụng smartphone để điều khiển xe lăn điện 59 Hình Liên kết ứng dụng web với arduino .60 Hình Module Bluetooth HC-05 .60 Hình 5 Giao diện app điều khiển xe lăn 60 Hình Sử dụng joystick để điều khiển 61 Hình Sơ đồ khối tổng thể mạch điều khiển 62 Hình Arduino Uno R3 63 Hình Quy trình làm việc hệ thống…………….…………………………… 69 Hình 10 Sơ đồ mơ tả hệ thống an tồn .64 Hình 11 Cảm biến nhiệt độ DHT11 65 Hình 12 Cảm biến hall 65 Hình 13 Cảm biến nhịp tim mơ cách nhận tín hiệu từ sensor 65 Hình 14 Cảm biến góc nghiêng 66 Hình 15 Module SIM800A cách lắp đặt với arduino 67 Hình 16 Module LM2596 67 Hình 17 Module LCD hình hiển thị thơng số 67 Hình 18 Driver điều khiển động tích hợp mạch cầu 68 Hình 19 Động MY1016Z 69 Hình 20 Động D5BLD300 - 12A - 30S .69 Hình 21 Xylanh điện 70 vii Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân xylanh điện phải thắng lực kéo trọng lượng xe người tác dụng lên chân trước lên thay đổi theo góc từ 3o đến 15o ❖ Chọn phương án: Như phân tích phần trên, ta chọn cấu xylanh điện làm cấu nâng hạ phần chân phụ ❖ Chọn Xylanh điện: Từ thơng số tính (Thuyết minh Bạch Công Phước trang 58) xylanh điện thị trường ta chọn xylanh điện cho cấu nâng hạ phần chân phụ là: xylanh điện SKU JYVX Đơng 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 4.3 Tính chọn ắc quy Loại ắc quy chọn để lắp đặt cho xe ắc quy axít chì thông dụng giá thành tương đối thấp (Thuyết minh Bạch Công Phước trang 59) Dung lượng ắc quy phụ thuộc vào số mà xe chạy hết bình tỷ lệ khối lượng hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối ưu khơng q 30% 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 18 Acquy Đồng Nai NS40ZLS Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 58 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: Hoàng Ngọc Cảnh 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 + 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 Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 Hình Sử dụng joystick để điều khiển *Quá trình 3: Người dùng sử dụng cơng 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 toàn ổn định cho xe thực q trình phanh Sinh viên thực hiện: Hồng Ngọc Cảnh 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 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 tồn 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 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 Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 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 Hình Arduino Uno R3 *Các thơng số Arduino Uno R3: Bảng Thơng 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: Hoàng Ngọc Cảnh 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 5.2 Hệ thống an toàn cảnh báo xe 5.2.1 Sơ đồ mô tả trực quan hệ thống an tồn, cảnh báo xe quy trình làm việc hệ thống Hình Quy trình làm việc hệ thống tồn Hình 10 Sơ đồ mơ 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 thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thơng 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: Hồng Ngọc Cảnh 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 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 mô cách nhận tín hiệu từ sensor ➢ Nguyên lý hoạt động Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 • 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 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 thơng 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: Hoàng Ngọc Cảnh 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 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 thơng số Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 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 thơng số đầu vào động dòng điện định mức, điện áp định mức, tải trọng Chính vậy, nhóm chọn driver BTS-7960 tích hợp mạch 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 MY1016Z - Điện áp: 12V - Công suất: N = 250 [W] - Tốc độ sau giảm tốc: 300 [v/ph] - Bộ giảm tốc bánh thép, hệ số giảm tốc i = - Dòng điện tải: I = 28A - Trọng lượng: 2,5 [kg] Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 19 Động MY1016Z 5.3.3 Động điều khiển động quay vít me Từ thơng 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] Hình 20 Động D5BLD300 - 12A - 30S 5.3.4 Xylanh điện Từ thơng số tính xylanh điện thị trường ta chọn xylanh điện cho: • 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] Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 - Ở đầu có cơng tắc hành trình giới hạn chuyển động • Cơ cấu nâng hạ phần chân phụ là: xylanh điện SKU JYVX Đơng 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 Hình 21 Xylanh điện Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh 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 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 cơng 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 toàn cho người sử dụng, điều khiển chế độ: điều khiển tay điều khiển thông 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 tồn 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: Hoàng Ngọc Cảnh 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 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vasiliep ,Thiết kế máy công cụ Tiệp Khắc, 1987 [2] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Thái Phạm Minh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2000), Lý Thuyết Ơ Tơ Máy Kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập một), Nhà xuất Giáo dục [4] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lâm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [5] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Cảnh Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 72 ... 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... Minh Tiến Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân - Phân loại dựa theo mức độ đại chức loại xe: + Xe thô sơ + Xe điện di chuyển + Xe điện đa... Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ XE LĂN ĐIỆN 3.1 Thiết kế phần khung cho xe lăn điện 3.1.1 Phân