9
Hình 1.5: Xe Lăn dạng bồn tăm năm 1912 [1].
Hình 1.6: Xe Lăn dạng bồn tăm Cuối những năm 1800 [1].
Tuy nhiên, chiếc xe lăn Bath là không được thoải mái và trong nửa cuối của thế kỷ 19, nhiều cải tiến đã được thực hiện cho xe lăn. Một bằng sáng chế năm 1869 cho một chiếc xe lăn cho các mơ hình đầu tiên có bánh xe đẩy phía sau và bánh nhỏ phía trước. Giữa, 1867-1875, nhà phát minh thêm bánh xe cao su rỗng mới tương tự như những người sử dụng trên xe đạp trên vành kim loại. Năm 1881, các pushrims cho thêm tự đẩy được phát minh [1].
10
a b
Hình 1.7: Xe lăn năm 1881 [1].
Năm 1900, các bánh xe spoked đầu tiên được sử dụng trên xe lăn. Năm 1916, chiếc xe lăn có động cơ đầu tiên được sản xuất tại London
Dưới đây: New Zealand làm xe lăn
11
c d
e f
12
k l
Hình 1.8: Xe lăn những năm 1900 [1].
a b
c d
13 2) Xe lăn Folding [1].
Năm 1932, kỹ sư Harry Jennings, được xây dựng gấp đầu tiên, xe lăn bằng thép ống. Đó là chiếc xe lăn đầu tiên tương tự như những gì đang được sử dụng hiện đại ngày nay. Xe lăn đã được xây dựng cho một người bạn bị liệt của Jennings gọi là Herbert Everest. Họ đã cùng nhau thành lập Everest & Jennings, một công ty độc quyền thị trường xe lăn trong nhiều năm. Một vụ kiện chống độc quyền đã thực sự mang lại Everest & Jennings của Sở Tư pháp, người buộc tội công ty với giá gian lận xe lăn. Trường hợp cuối cùng đã được giải quyết ngồi tịa án.
Sau khi phát minh ra chiếc xe lăn có động cơ, nhiều tiến bộ hơn đã được thực hiện. Xe lăn tay trở nên nhẹ hơn và cơ động hơn.
Hình 1.10: Một chiếc xe lăn gấp đầu tiên [1]. 1.2 Xe lăn điện. 1.2 Xe lăn điện.
Di chuyển về phía chiếc xe lăn điện đầu tiên đã được thực hiện trong những năm đầu thế kỷ 20.
Các powerchair cơ giới đầu tiên dường như đã được thực hiện vào năm 1912, khi một động cơ điện 1 ¾ ngựa đã được thêm vào một chiếc xe ba bánh.
14
Và khi George Westinghouse, doanh nhân và nhà phát minh người Mỹ là một trong những người tiên phong của hệ thống điện và nhận được 361 bằng sáng chế trong cuộc đời của mình, qua đời, bản vẽ thiết kế của một chiếc xe lăn điện đã được tìm thấy ở trong tay.
Có lẽ chiếc ghế quyền lực đầu tiên được phát triển thương mại là một chiếc xe lăn có động cơ vào năm 1916 (cũng được đề cập trong lịch sử của chúng ta về xe lăn). Điều này thực sự đã đi vào sản xuất thương mại, mặc dù chi phí có nghĩa rằng hầu hết các khuyết tật của thời gian ở lại trong xe lăn tay.
Mặc dù không phải là lần đầu tiên chiếc xe lăn điện có động cơ, đóng góp của Canada, chính nó là một phản ứng đối với số lượng lớn các thương trong bệnh viện sau khi chiến tranh thế giới thứ hai, đã được khởi công.
George Klein được khởi đầu hình thành thiết kế của xe lăn có động cơ này, nhưng đây là một nỗ lực của nhóm, liên quan đến không chỉ là kỹ sư nhưng bệnh nhân giải thích nhu cầu và thách thức của các bác sĩ và cung cấp các tài liệu.
Chỉ cần thêm nhầm lẫn cho người phát minh ra chiếc xe lăn chạy bằng đầu tiên, tín dụng vẫn thường được cho một cách nghiêm túc và Jennings cho việc phát minh ra chiếc xe lăn điện. Họ có thể là người đầu tiên sản xuất xe lăn điện trên bất cứ quy mô, với sản xuất hàng loạt xe lăn có động cơ của họ bắt đầu từ năm 1956.
Tuy nhiên, họ cũng là cực kỳ cơ bản. Các E & J 840 khơng có bảng mạch, và chỉ có hai tốc độ: cao và thấp. Trong thực tế, để thay đổi giữa các tốc độ đầu tiên bạn phải ngăn chặn các xe lăn. Phong trào cũng đã rất khó khăn, một phần là do sự chỉ đạo cực kỳ cơ bản - một phím điều khiển mà phải chạm vào một trong bốn đòn bẩy on-off để cung cấp cho hướng. Khơng cần phải nói, nó vẫn cịn là một ngạc nhiên cho người sử dụng đầu tiên của nó.
15
Thật khơng may, nó đã thất bại trong việc phát triển đáng kể xe lăn như thế này mà dẫn đến sự sụp đổ của Ernest và Jennings, từ các cầu thủ trận đấu bên phía trong thế giới xe lăn cho người chơi hơi nhỏ bây giờ. Tuy nhiên, các cơng ty sáng tạo và tích cực khác đã đưa ra mơ hình mới hơn - đặc biệt là những chiếc ghế quyền lực Quickie kiểu dáng đẹp mà thực hiện các mơ hình Ernest và Jennings thời gian cái nhìn tích cực thời tiền sử trong so sánh 1.963 ghế Wrigley Electric. Có thể sản xuất được biết đến lâu đời nhất của Vương quốc Anh hỗ trợ ghế ngoài trời[1].
a b
16
Chương 2
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Tình hình chung.
Xe lăn là một trong những thiết bị hỗ trợ được sử dụng phổ biến nhất để thúc đẩy khả năng vận động và nâng cao chất lượng cuộc sống cho những người gặp khó khăn trong việc đi lại (ví dụ người bị chấn thương tủy sống dẫn đến liệt tứ chi hoặc liệt nửa người, chứng loạn dưỡng cơ, v.v.). Di chuyển bằng xe lăn mở ra cơ hội cho người sử dụng xe lăn học tập, làm việc, tham gia vào các hoạt động xã hội và tiếp cận các dịch vụ như chăm sóc sức khỏe. Ngồi việc cung cấp khả năng di chuyển, một chiếc xe lăn thích hợp cịn có lợi cho sức khỏe thể chất và chất lượng cuộc sống của người sử dụng bằng cách giúp giảm các vấn đề thông thường như vết loét do tì đè, sự tiến triển của dị tật và cải thiện hô hấp và tiêu hóa [1].
Để đảm bảo khả năng di chuyển hiệu quả, người sử dụng xe lăn cần một chiếc xe lăn phù hợp với họ và đáp ứng các nhu cầu cụ thể của họ. Tuy nhiên, thống kê cho thấy khoảng 10% dân số toàn cầu, tức là khoảng 650 triệu người, bị khuyết tật và trong số này, khoảng 10% phải ngồi xe lăn. Do đó, người ta ước tính rằng khoảng 1% tổng dân số, hoặc 10% người khuyết tật, cần xe lăn, tức là khoảng 65 triệu người trên toàn thế giới [1].
Ngoài ra, thống kê tính rằng vào năm 2003, 20 triệu người cần xe lăn để di chuyển khơng có. Có những dấu hiệu cho thấy chỉ một số ít những người cần xe lăn có thể sử dụng chúng, và trong số này rất ít có quyền sử dụng một chiếc xe lăn thích hợp [1].
Có nhiều loại xe lăn, khác nhau bởi phương pháp đẩy, cơ chế điều khiển và công nghệ được sử dụng. Một số xe lăn được thiết kế để sử dụng hàng ngày, một số khác cho các hoạt động đơn lẻ hoặc để giải quyết các nhu cầu cụ thể. Sự đổi mới trong ngành công nghiệp xe lăn là tương đối phổ biến, nhưng nhiều sự đổi mới cuối cùng lại rơi vào tình trạng khó phổ biến, do quá chuyên mơn hóa, hoặc do khơng đưa ra thị trường ở mức giá dễ tiếp cận.
Trong đó xe lăn điện là một chiếc xe lăn thơng minh có thể tự động thực hiện di chuyển (rẽ trái, rẽ phải, tiến, lùi) thông qua một bộ điều khiển. Qua đó người điều
17
khiển có thể chỉ cần ấn nút hoặc sử dung cần gạt joystick để điều khiển chiếc xe, thay vì phải nhờ người thân đùn, đẩy.
Hiện nay hệ thống xe lăn điện phát triển khá mạnh trên cơ sở đó việc nghiên cứu và cho ra đời chiếc xe lăn điện làm phương tiện đi lại phục vụ cho người khuyết tật là một yêu cầu phù hợp và khả thi trong việc mở rộng và phát triển hệ thống xe lăn điện trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Hiện nay cũng có những xe lăn nổi tiếng cũng đã đầu tư và phát triển xe lăn nhằm phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng như hãng xe lăn Kiến Tường… Nhìn chung các mẫu xe lăn có dáng đẹp và phù hợp với thị hiếu của các đối tượng người tiêu dùng. Một số xe lăn điện hiện nay như [1]:
Hình 2.1: Xe lăn điện W-HA1022.
18
Nhìn chung hệ thống xe lăn điện hiện nay tuy chưa thực sự phát triển mạnh vì nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng nhưng trong tương lai đây là một trong những ngành khá phát triển. Yếu tố hạn chế của xe điện là bộ nguồn cung cấp cho xe không đủ lâu để đáp ứng nhu cầu khi di chuyển xa, thế nhưng nếu chúng ta nghiên cứu và vận dụng nguồn năng lượng mặt trời cung cấp cho xe thì đây lại là yếu tố thúc đẩy ngành sản xuất này phát triển mạnh mẽ [1].
2.2 Lựa chọn công nghệ xe lăn điện phù hợp.
Việc lựa chọn công nghệ xe lăn phù hợp dựa vào những yếu tố sau đây:
- Tiêu chuẩn an toàn.
- Dễ dàng phanh, quẹo chính xác.
- Khơng mất sức của người dùng, đồng thời khơng cần có người trợ giúp từ
phía sau nên rất tiện dụng.
- Có thể di chuyển ở tốc độ tương đối cao nhưng vẫn đảm bảo an toàn.
- Di chuyển linh động, linh hoạt trên các địa hình tương đối phức tạp.
- Leo dốc cao.
- Có đèn cảnh báo và cịi cảnh báo.
- Tạo tâm lí tự do, thoải mái cho người dùng, giúp cuộc sống dễ chịu, tươi
vui hơn.
2.3 Các công nghệ xe lăn điện hiện nay.
Xe lăn điện dành cho những người không thể di chuyển hoặc rất hạn chế vận động, đặc biệt là trong thời gian dài.
Có nhiều loại xe lăn điện, khác nhau bởi phương pháp thay đổi cách lắp đặt bánh xe chủ động, hay có xe được thiết kế chạy trên cặp bánh xích cao su, cho những mục đích và nhu cầu sử dụng khác nhau. Để mang đến cho người sử dụng xe có những trải nghiệm tốt nhất trong từng phân khúc họ sử dụng.
19 - Xe lăn bánh xích cao su:
Hình 2.3: Xe lăn Action Trackchair Gt hãng Action Trackchair của Mỹ [1].
- Xe dẫn động cầu trước (FWD):
20 - Xe lăn dẫn động cầu giữa (MWD):
Hình 2.5: Xe lăn Glide Centro hãng Active Mobility của Úc [1].
- Xe lăn dẫn động cầu sau:
21
2.4 Các thách thức về công nghệ xe lăn. 2.4.1 Về tiêu chuẩn an toàn. 2.4.1 Về tiêu chuẩn an tồn.
- Các bộ phận có thể tiếp xúc với cơ thể người sử dụng khơng có cạnh sắc.
- Các ổ trục phải đảm bảo quay nhẹ nhàng, khơng cho phép có hiện tượng rơ, kẹt. Tại các ổ trục phải đảm bảo mỡ ngập bi [9].
- Các mối ghép bản lề không được tự tháo lỏng. Chốt các mối ghép bản lề phải được hãm chiều trục chắc chắn.
- Các cơ cấu điều khiển (cơ cấu lái, cơ cấu lắc tay, cơ cấu quay tay) phải đảm bảo thuận tiện cho người sử dụng ở tư thế tựa lưng, người sử dụng không bị với tay khi điều khiển.
- Hai bánh xe phải đối xứng qua mặt phẳng đối xứng dọc của xe. Dung sai độ đối xứng, đo trên đường kính vành tại mọi vị trí, khơng vượt quá 6 mm.
- Ổ trục ngang và đứng của hai bánh xe nhỏ phải quay nhẹ nhàng, không kẹt. Độ giơ hướng kính và chiều trục khơng vượt quá 0,2 mm.
- Bánh xe nhỏ phải linh hoạt chuyển hướng khi xe được điều khiển đổi hướng. - Các bánh xe của xe phải tiếp xúc với nền đường khi xe được mang tải theo qui
định thiết kế.
- Ghế xe phải được trang bị dây an toàn cho người sử dụng. Đối với xe lắc tay và quay tay, phải được trang bị cả đai chân.
- Các mối hàn phải bền chắc, điền đầy và phủ đều bề mặt được hàn. Khơng có khuyết tật, như rạn, nứt, lõm...
- Yêu cầu về sơn theo TCVN 3833-88:
• Sơn chống gỉ: là loại sơn lót bên trong. • Sơn mầu: là loại sơn trang trí bên ngồi.
2.4.2 Về thử nghiệm an toàn của xe.
- Kiểm tra các yêu cầu bên ngồi của xe như cạnh sắc, phần nhơ, trang bị kèm theo xe bằng mắt thường.
- Kiểm tra các yêu cầu bên ngoài của xe như cạnh sắc, phần nhô, trang bị kèm theo xe bằng mắt thường.
22
- Thử cơ cấu để chân: Tác dụng lực 150 N (hoặc đặt vật nặng 15 kg) vào mỗi bên để chân trong một phút.
- Thử độ cứng vững của xe.
23
Chương 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
3.1 Các vấn đề đặt ra.
Các loại xe lăn điện được bán trên thị trường đã đạt độ hồn thiện trong kết cấu cũng như trong tính năng. Nhưng đó là những chiếc xe được phát triển bởi những cơng ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này. Với một đề tài tốt nghiệp, việc thiết kế và chế tạo mơ hình XE LĂN ĐIỀU KHIỂN, nhóm gặp nhiều vấn đề cần giải quyết:
- Trước tiên, tuân thủ theo các tiêu chuẩn an tồn đã nêu. - Lựa chọn cơng nghệ xe lăn tối ưu nhất.
- Công nghệ thiết bị điều khiển, gồm các chi tiết điện tử các loại. Các thiết bị nhận dạng bán trên thị trường sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, với giá cả, độ tin cậy, tốc độ xử lý rất khác nhau.
- Trong việc thiết kế và chế tạo được sản phẩm hệ thống cơ khí phải chính xác, đảm bảo cho xe chạy êm, mượt mà, để người ngồi trên xe có thể thoải mái nhất trong q trình hoạt động. Đặc biệt là việc thiết kế hệ thống ghế ngồi.
- Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho chiếc xe cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt động được chính xác, dự phịng được các lỗi xảy ra khi xe hoạt động, vừa phải làm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể.
- Cơ cấu chấp hành sử dụng trong máy là động cơ DC và động cơ bước, cần được điều khiển chính xác.
- Xe phải tuyệt đối an tồn, có độ tin cậy cao.
3.2 Phương pháp nghiên cứu.
Xe lăn điện là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và là một sản
phẩm cơ điện tử, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu mơ hình của các chiếc xe lăn đã có sẵn trên thị trường, kết cấu, giao diện, tính năng của những chiếc xe lăn đó. Từ đó áp dụng để thiết kế trong giới hạn đề tài.
24
Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể là: + Thiết kế theo tuần tự và đồng thời.
+ Mơ hình hóa phần cơ, mơ phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hồn thiện thiết kế trước khi chế tạo.
+ Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện. Sau cùng, chế tạo thật mơ hình cơ khí.
3.3 Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu.
Một chiếc xe lăn điện có rất nhiều tính năng. Tuy nhiên trong phạm vi một đề tài đồ án môn, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm hiểu biết, nhóm chỉ chế tạo một mơ hình xe lăn điện với những tính năng sau:
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của xe lăn điện. - Phương pháp điều khiển tốc độ của xe lăn điện. - Chế độ hoạt động của xe lăn điện.
- Lỗi cảnh báo trong quá trình hoạt động của xe lăn điện. - Quy trình điều khiển xe lăn điện.