Thiết kế và chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển 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: TRƯƠNG MINH QUỐC 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: Trương Minh Quốc Số thẻ sinh viên: 103140108 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: Tín hiệu analog digital từ chân cảm biến tín hiệu xung từ driver điều khiển động để đưa vào ECU Bên cạnh cịn có số liệu cơng suất cường độ dịng điện động để chọn driver điều khiển động Nội dung phần thuyết minh tính toán: Chương 1: Tổng quan xe lăn điện Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế phần khí xe lăn điện Chương 4: Tính tốn thiết kế hệ thống truyền lực, truyền động nguồn lượng cho xe lăn điện Chương 5: Thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống an toàn, cảnh báo xe lưu đồ thuật tốn; Chương trình điều khiển hệ thống điện – điện tử xe Các vẽ, đồ thị Sơ đồ khối tổng thể xe lăn điện(1A3) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển xe lăn điện (1A3) Sơ đồ khối hệ thống an toàn cảnh báo xe lăn điện (1A3) Sơ đồ mạch điện tổng thể xe lăn điện (1A3) Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển xe lăn điện (1A3) Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển xe lăn điện (1A3) Sơ đồ hệ thống an toàn xe lăn điện (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 Trưởng Bộ mơn Kỹ thuật Ơ tơ Máy động lực PGS TS Dương Việt Dũng Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Người hướng dẫn Ts.Phạm Quốc Thái Ts.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 LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng 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 q Thầy cơ, Gia đình Bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến Q Thầy Cơ Khoa Cơ Khí Giao Thông -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 Quý Thầy Cô Khoa Cơ Khí Giao Thơng, 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 q thầy 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 tránh khỏi thiết sót, mong nhận ý kiến đóng góp q báu q thầy bạn để đề tài hoàn thiện Trân trọng! i Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài riêng nhóm, đề tài không 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 Trương Minh Quốc ii Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 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, CÁC HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE LĂN ĐIỆN 1.1 Tổng quan 1.1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài 1.1.2 Phân loại xe lăn đối tượng sử dụng 1.2 Vai trị, cơng dụng mà số loại xe điện 1.2.1 Vai trò công dụng 1.2.2 Một số loại xe điện CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Giới thiệu phần điều khiển 10 2.1.1 Bo Arduino Uno R3 10 2.1.2 Lịch sử phát triển 10 2.1.3 Phần cứng 11 2.1.4 Phần mềm 12 2.2 Cơ sở điều khiển hệ thống cảnh báo an toàn xe lăn 12 2.2.1 Điều khiển từ xa tần số vô tuyến Bluetooth 12 2.2.2 Ứng dụng bluetooth 13 2.2.3 Ứng dụng Bluetooth vào hệ thống điều khiển từ xa cho xe lăn điện 13 2.2.4 Hệ thống cảnh báo GSM/GPRS 13 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO XE LĂN ĐIỆN 14 3.1 Thiết kế phần khí cho xe lăn điện 14 3.2 Hệ thống truyền động 14 3.2.1 Phân tích chọn truyền 14 3.2.2 Phân tích lựa chọn đường kính bánh xe chủ động 15 3.2.3 Lựa chọn bánh xe chân sau chân phụ 16 3.3 Tính tốn thiết kế cấu hoạt động xe 17 iii Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 3.3.1 Cơ cấu nâng hạ chân trước, chân sau 17 3.3.2 Cơ cấu đẩy phần ghế 18 3.3.3 Tính chọn ắc quy 19 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN 20 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ xe lăn điện 20 4.1.1 Ảnh hưởng điện áp đến tốc độ xe lăn điện 20 4.1.2 Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến tốc độ xe lăn điện 20 4.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ xe lăn điện 21 4.2.1 Khái niệm phương pháp điều khiển động điện 21 4.2.2 Phương pháp điều khiển xe lăn điện 23 4.2.3 Các chế độ hoạt động xe lăn điện 26 4.3 Quy trình điều khiển xe lăn điện 28 4.4 Hệ thống phanh điện 30 CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, HỆ THỐNG AN TOÀN, CẢNH BÁO TRÊN XE VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TỐN; CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TRÊN XE 32 5.1 Giới thiệu chung 32 5.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 32 5.1.2 Giới thiệu điều khiển trung tâm 33 5.1.3 Núm điều khiển (joystick) 36 5.1.4 Công tắc đổi chiều động 36 5.2 Thiết kế hệ thống an toàn cảnh báo xe 37 5.2.1 Sơ đồ mô tả trực quan hệ thống an tồn, cảnh báo xe quy trình làm việc hệ thống 37 5.2.2 Nhiệm vụ chức cảm biến hệ thống an toàn cảnh báo……………………………………………………………………………….38 5.3 Các cấu chấp hành 44 5.3.1 Mạch công suất điều khiển động 44 5.3.2 Động điều khiển bánh xe chủ động 45 5.3.3 Động điều khiển động quay vít me 46 5.3.4 Cơ cấu nâng hạ lưng 47 5.3.5 Cơ cấu nâng hạ chân phụ 48 5.3.6 Cơ cấu thay đổi chiều dài chân phụ 50 5.4 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 51 5.4.1 Tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến 51 iv Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 5.4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình điều khiển 51 5.5 Kết hoạt động điều khiển 51 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 v Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân DANH SÁCH CÁC BẢNG, CÁC HÌNH VẼ Bảng Thơng số kỹ thuật bánh xe 350-4 16 Bảng Thông số kỹ thuật bánh xe chân sau 16 Bảng 3 Thông số kỹ thuật bánh xe chân phụ 17 Bảng Thông số Arduino Uno R3 34 Bảng Thông số kỹ thuật Module I2C 43 Bảng Các chân LCD 43 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 Hình Quốc Thông Hồng Ngọc với xe lăn thông minh Hình Bo Arduino Uno R3………………………………………………… … 10 Hình 2 Phần mềm Arduino 12 Hình Các chuyển động xe lăn sử dụng cấu chuyển động trục……….…….14 Hình Bộ truyền động trực tiếp 15 Hình 3 Bánh xe chủ lực 16 Hình Bánh xe chân sau 16 Hình Bánh xe chân phụ 17 Hình Bộ ray trượt trịn vít me – đai ốc bi 18 Hình Trục dẫn hướng trượt SCS 18 Hình Bộ ray trượt ray âm mở ¾ 19 Hình Acquy Đồng Nai NS40ZLS 19 Hình Đồ thị vận tốc thay đổi ứng với điện áp………………………………… 20 Hình Xung áp điều khiển tốc độ xe lăn điện 23 Hình Hình lưu đồ thuật tốn điều khiển 25 Hình 4 Biểu đồ điều khiển tay ga chế độ chạy chậm 26 Hình Biểu đồ điều khiển tay ga chế độ chạy đường phẳng 27 Hình Biểu đồ điều khiển tay ga chế độ chạy đường dốc 28 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 29 Hình Sử dụng smartphone để điều khiển xe lăn điện 29 Hình Liên kết ứng dụng web với arduino 29 Hình 10 Module Bluetooth HC-05 30 vi Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • 16-bit sigma delta ADC • Tốc độ đọc liệu 50Hz to 1kHz • Cảm biến quang: IR, led hồng ngoại & tách sóng quang Hổ trợ giao tiếp I2C với chân INT Nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +85°C • • ➢ 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 Dòng 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 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 15 Cảm biến góc nghiêng Hình 16 Cách lắp cảm biến với arduino ❖ Thông số kỹ thuật: • Điện áp sử dụng: 3~5VDC Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 40 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • Điện áp giao tiếp: 3~5VDC • Chuẩn giao tiếp: I2C • Giá trị Gyroscopes khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec Giá trị Acceleration khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động máy chất lượng tốt • • 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 Hình 17 Module SIM800A cách lắp đặt với arduino ❖ Thơng số kỹ thuật: • Sử dụng module GSM GPRS Sim800A • Nguồn cấp đầu vào: - 18VDC, lớn 1A • Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) RS232 • Tích hợp IC chuyển mức tín hiệu RS232 MAX232 • Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho Sim800A Sử dụng khe Micro Sim • Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu ❖ Thứ tự chân: • • • VCC: Nguồn dương từ 5-18VDC, lớn 1A GND: Mass, 0VDC Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 41 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • EN: Mặc định nối lên cao, chức dùng để khởi động (Enable) dừng hoạt động (Disable) Module Sim800, nếu muốn module Sim800 • • • • dừng hoạt động bạn nối chân xuống âm GND (0VDC) 232R: Chân nhận tín hiệu RS232 232T: Chân truyền tín hiệu RS232 GND: Mass, 0VDC RXD: Kết nối với RX MCU TXD: Kết nối với TX MCU (Chân nhận tín hiệu TTL 3.3V) 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 18 Module LM2596 Hình 19 Mơ mạch LM2596 Altium 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 20 Module LCD hình hiển thị thơng số ❖ Thơng số kĩ thuật LCD: • Điện áp hoạt động 5V • Kích thước: 80x36x12.5 mm Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 42 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • Chữ đen xanh • Có để điều khiển dây tín hiệu • Có ký tự xây dựng hỗ trợ tiếng Anh Tiếng Nhật • Tên chân ghi mặt sau LCD hỗ trợ cho việc kết nối, dây điện ❖ Thông số kỹ thuật Module I2C Để đơn giản hóa việc giao tiếp LCD Arduino ta sử dụng giao tiếp I2C, cần dây (Chân SDL chân SDA) để điều khiển hình thay dây thông thường Bảng Thông số kỹ thuật Module I2C Kích thước 41.5x19x15.3 [mm] Trọng lượng [g] Điện áp hoạt động 2.5 - [V] Giao tiếp I2C Bảng Các chân LCD Chân Ký hiệu Mô tả Giá trị VSS GND (Là chân nối đất) 0V VCC Chân nối dương nguồn 5V V0 Độ tương phản RS Lựa chọn ghi RS=0 chọn ghi lệnh RS=1 chọn ghi liệu R/W Chọn ghi đọc/viết liệu R/W=0 ghi viết R/W=1 ghi đọc E Enble DB0 DB1 DB2 10 DB3 Chân truyền liệu Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc 8bit Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 43 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A Cực dương Led 0-5V 16 K Cực âm Led 0V 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 công 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 cầu H điều khiển tốc độ đảo chiều động cách thuận lợi để điều khiển động Hình 21 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, q nhiệt, ngắn mạch Dịng điện tải 43A • Điện áp cung cấp: 6- 27 VDC • Dịng tải cao 45A • Tự động ngắt áp 5,5V, mở lại sau áp 5,5V • Kích thước 40x50x12mm RPWM: chân đảo chiều cấp PWM nửa cầu phải, mức tích cực cao • LPWM: chân đảo chiều cấp PWM nửa cầu trái, mức tích cực cao • R_EN: disable nửa cầu phải, Enable nửa cầu trái • L_EN: disable nửa cầu trái, Enable nửa cầu phải • R_IS: giới hạn dịng nửa cầu phải Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 44 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân • L_IS: giới hạn dịng nửa cầu trái • VCC :5 VDC • GND 5.3.2 Động điều khiển bánh xe chủ động ❖ Yêu cầu - Động phải có momen lớn - Kích thước động hợp lý để thuận tiện việc gá đặt khung xe, trọng lượng nhẹ ❖ Tính chọn số vòng quay yêu cầu động Dựa theo số liệu tính tốn cơng thức sử dụng nhóm định chọn động cho số vòng quay động phải lớn 121 [v/ph] ❖ Tính chọn cơng suất động điện Cơng suất cần thiêt động điện mà nhóm tính tốn phải lớn 188,01 [W] Qua q trình tính tốn bạn Bạch Cơng Phước (thuyết minh Bạch Công Phước trang 29-30) ta chọn động 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, tỉ số truyền i = - Dòng điện tải: I = 28A - Trọng lượng: 2,5 [kg] ➢ Ưu điểm động cơ: - Có sẵn hộp giảm tốc - Kích thước nhỏ, dễ dàng lắp đặt lên xe Hình 22 Động MY1016Z Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 45 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 5.3.3 Động điều khiển động quay vít me ➢ Yêu cầu: Động hệ thống đẩy ghế thiết phải có khả tự hãm để đảm bảo an tồn dừng lại vị trí gặp cố điện, khơng bị trượt xe di chuyển Hình 23 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần đẩy ghế – phần ghế; – Thanh ray trượt; – Thanh nối ghế với đai ốc; – Khớp nối; – Động cơ; – Đai ốc; – Trục vít me Từ thơng số tính được, qua q trình tính tốn bạn Bạch Công Phước (thuyết minh Bạch Công Phước trang 44-45) động thị trường ta chọn động cho cấu nâng hạ chân trước, chân sau là: động D5BLD300 - 12A - 30 Đơng có thông 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] Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 46 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình 24 Động D5BLD300 - 12A - 30S Hình 25 Kích thước động D5BLD300 - 12A - 30S 5.3.4 Cơ cấu nâng hạ lưng 5.3.4.1 Yêu cầu Cơ cấu phải nâng phần trọng lượng người dùng thay đổi theo góc từ 3o đến 87o 5.3.4.2 Phân tích chọn cấu ➢ Cơ cấu xylanh điện: - Ưu điểm: + Nhỏ gọn, dễ lắp đặt vận hành + Lực nâng lớn + Khơng cần bảo dưỡng, rị rỉ dầu + Hiệu suất cao + Động chạy êm - Nhược điểm: + Giá thành cao Qua phân tích ưu nhược điểm trên, ta chọn cấu xylanh điện để làm cấu nâng hạ phần lưng Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 47 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 5.3.4.3 Tính tốn lực nâng Hình 26 Sơ đồ lực tác dụng lên xylanh phần lưng – Phần ghế trượt; – Phần lưng ➢ Chọn Xylanh điện: Từ thơng số tính được, qua q trình tính tốn bạn Bạch Công Phước (thuyết minh Bạch Công Phước trang 55-56) xylanh điện thị trường ta chọn xylanh điện cho cấu nâng hạ phần lưng là: xylanh điện SKU WA9S Đơng 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 Hình 27 Xylanh điện 12V hành trình 150mm, tốc độ 20 mm/s 5.3.5 Cơ cấu nâng hạ chân phụ 5.3.5.1 Tính chọn vít me – đai ốc bi Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 48 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân ➢ Xác định sơ đường kính ren vít me: Để có sở tính tốn, thiết kế truyền vít me – đai ốc bi Chọn trước số liệu: Lực dọc trục Fa = 500 N, chiều dài ren vít lr = 300 mm Vật liệu vít đai ốc: vít ta chọn thép thường hóa C45 (σch = 390Mpa), đai ốc ta chọn đồng Br Al9Fe3 Chọn d1 = 12 [mm] 5.3.5.2 Tính chọn động ➢ Yêu cầu: Động hệ thống nâng hạ thiết phải có khả tự hãm để đảm bảo an toàn dừng lại vị trí gặp cố điện, không bị trượt xe di chuyển Hình 28 Sơ đồ bố trí động vít me -đai ốc phần chân phụ – Phần chân phụ; – Thanh ray trượt; – Động cơ; – Khớp nối; – Thanh nối đai ốc với ray trượt; – Đai ốc; – Trục vít me; – Chân đẩy ❖ Chọn động cơ: Từ thơng số tính được, qua q trình tính tốn bạn Bạch Cơng Phước (thuyết minh Bạch Công Phước trang 53) động thị trường ta chọn động cho cấu nâng hạ chân trước, chân sau là: động giảm tốc Planet RS775 Đơng có thơng số sau: - Điện áp định mức: U = 12V - Dòng diện tải: I = 10A - Tốc độ không tải: n = 400 [v/ph] - Công suất: N = 60W Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 49 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân Hình 29 Động giảm tốc Planet RS775 Hình 30 Kích thước động giảm tốc planet RS775 5.3.6 Cơ cấu thay đổi chiều dài chân phụ ➢ Yêu cầu: Để nâng phần chân lên lực xylanh điện sinh phải thắng trọng lượng phần chân phụ thay đổi theo góc từ 3o đến 15o Đồng thời hạ xuống, 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 được, qua q trình tính tốn bạn Bạch Cơng Phước (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 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: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 50 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân 5.4 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển Tồn chương trình hướng đến mục đích điều khiển xe cho xe di chuyển cách xác an toàn Hệ thống điều khiển an toàn cảnh báo thiết kế để giúp người sử dụng đạt an toàn thoải mái tối đa sử dụng xe 5.4.1 Tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến Để điều khiển xe cách xác nhất, trước tiên phải đọc tín hiệu từ cảm biến gửi về, sau xử lí trung tâm nhận tín hiệu thực tính tốn, lệnh gửi đến phận chấp hành Bộ phận chấp hành thực thi lệnh 5.4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển chương trình điều khiển Hình 31 Lưu đồ thuật tốn Hình 32 Chương trình điều khiển 5.5 Kết hoạt động điều khiển Bằng thực nghiệm nhằm xem xét kết đánh giá cơng trình, tác giả lập trình cài đặt cho điều khiển với thơng số hoạt động sau: • Chế độ chạy chậm: tốc độ điều khiển tối đa km/h, khả q dịng nhỏ • Chế độ chạy đường phẳng: tốc độ điều khiển tối đa km/h, khả dòng cao (khoảng Chạy chậm Hình 33 So sánh mức tiêu hao lượng chế độ hoạt động Bước tăng chế độ hoạt động chọn 10 ms, thời gian để tăng tốc tối đa chế độ hoạt động là: T = Thời gian tăng bước × Số bước cực đại = 10 ms X 255 = 2,55 sec Mơ hình xe lăn điện hoạt động theo yêu cầu chế độ hoạt động xe Người sử dụng ln có cảm giác an tồn dễ dàng vận hành xe lăn điện với điều khiển tối ưu Mơ hình chạy ổn định, tiêu hao lượng cho Acquy, đồng thời việc chuyển từ chế độ chuyển động sang chế độ chuyển động khác thực dễ dàng thông qua công tắc gạt điều khiển ➢ Tuy nhiên cơng trình cịn số hạn chế sau: • Do dùng nguồn lượng chủ yếu Acquy nên việc điều tiết lượng vận hành thời gian dài làm tiêu hao hết, phải bảo trì sạc điện định kì cho bình điện • Phần khí thiết kế chưa tốt nên số khâu chưa đạt ỵếu tố mỹ thuật Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 52 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 Sử dụng kết hợp nguồn lượng acquy lượng mặt trời nhằm tạo nguồn liên tục cung cấp cho xe hoạt động, cách thiết kế hấp thu lượng mặt trời bố trí bên hệ thống mái che, từ tạo nguồn lượng liên tục cung cấp cho động hoạt động Sử dụng Hall_Sensor thay cho biến trở nhằm đảm bảo độ bền dễ dàng việc điều khiển tốc độ xe Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 53 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] Datasheet of Arduino Uno R3 [2] Datasheet of MDL-BDC24 Brushed DC Motor Control Module Sinh viên thực hiện: Trương Minh Quốc Hướng dẫn: Phạm Quốc Thái Lê Minh Tiến 54 ... tài: ? ?Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân? ?? Với mục tiêu đề tài xe lăn điện: - Di chuyển địa hình có cấp bậc, tích hợp chức phục vụ cho người. .. Tiến 13 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 CƠ KHÍ CHO XE LĂN ĐIỆN 3.1 Thiết kế phần khí cho xe lăn điện ❖... 19 Thiết kế chế tạo xe lăn điện hỗ trợ di chuyển địa hình có cấp bậc cảnh báo cố cho người thân CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN 4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ xe lăn điện