Chương 5 : THI CÔNG
5.4 Thi công ghế ngồi cho xe lăn
- Trong quá trình sử dụng xe lăn, với những người sống và làm việc liên tục mà phải dùng đến xe lăn trong nhiều giờ, nếu sử dụng đúng một tư thế ngồi liên tục thì sẽ gây ra cảm giác mệt mỏi, căng thẳng dẫn đến đau nhức các cơ bắp toàn thân ( đặc biệt là vùng lưng ) và bị tê vùng bắp chân do trọng lượng dồn vào cơ chân làm tắc nghẽn mạch máu. Chính vì thế việc tạo ra những tư thế thoải mái là một nhu cầu bức thiết với người sử dụng xe lăn.
- Ngày nay việc tạo ra các kết cấu đơn giản nhưng hiệu quả trong sử dụng xe lăn đã và đang trở lên phổ biến, xe lăn giờ đây ngoài tư thế ngồi cứng nhắc đã có thể biến thành một chiếc ghế sofa hay một chiếc giường một cho người sử dụng khi muốn thay đổi tư thế.
81 - Khung hỗ trợ chống lật đổ ghế xe.
Hình 5.21: Khung hỗ trợ chống lật ghế. 5.5 Thi công cụm để chân. 5.5 Thi công cụm để chân.
- Cơ cấu nâng hạ chân bao gồm : bàn để chân, đệm đỡ chân.
- Đặc điểm của người khuyết tật là không tự điều chỉnh được đơi chân của mình theo như mong muốn, vì thế việc bố trí cụm để chân cho xe lăn phải thuận tiện, việc bố trí thuận tiện, khơng được gị bó hoặc quá thừa (dài quá hoặc ngắn quá) cụm để chân sẽ làm cho tư thế ngồi thoải mái, không làm tắc nghẽn mạch máu. - Với loại xe lăn thông thường, hầu hết các cụm để chân được gắn cứng với khung xe, một số loại để biến xe lăn thành một chiếc giường đơn thì cụm để chân có thể thay đổi góc độ so với mặt sàn. Cụm để chân gồm có: thanh khớp tỳ, bàn để chân, đệm tỳ chân.
82
Hình 5.22: Gối cao su để chân.
83
5.6 Thi công ống cac-te bảo vệ động cơ.
- Mục đích để bảo vệ động cơ khi xe vào vùng địa hình nhiều đất, sỏi, đá, đảm bảo cho động cơ bền bỉ hoạt động lâu nhất.
Hình 5.24: Ống cac-te bảo vệ động cơ.
5.7 Thi công cụm khung năng lượng mặt trời.
5.7.1 Gia công chân khung năng lượng mặt trời trên khung xe.
84 5.7.2 Xi lanh điện. - Hành trình 300 mm. - Tốc độ 45 mm/s. - Điện áp 12 V. - Lực nâng 200 N. Hình 5.26: Xi lanh điện.
5.7.3 Controller điều khiển xi lanh.
85
5.7.4 Lắp ráp cụm khung năng lượng mặt trời.
86
Hình 5.29: Phía sau cụm năng lượng mặt trời.
5.8 Bình ắc quy.
- Sử dụng 2 bình ắc quy. Đấu nối tiếp để cụm lên điện áp 24 V.
Bảng 5.1: Thơng số bình ắc quy.
Mã số WP20
Phân loại AGM VRLA
Thương hiệu Globe
Điện áp 12V
Năng lượng 20Ah
Kích thước Dài 181mm, rộng 76mm, cao 167mm
87
Hình 5.30: Bình ắc quy Globe.
88
5.9 Hồn thiện thi cơng xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
- Kích thước sau khi thi công: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).
89
90
91
Hình 5.35: Tổng quát các chi tiết kết
cấu trong xe lăn điều khiển đa hướng trên mọi địa hình.
92
Chương 6
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN
6.1 Đánh giá kết quả.
Sau một thời gian nghiên cứu và tiến hành, sản phẩm xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi địa hình đã được hồn thành đúng tiến độ. Trước tiên sản phẩm xe lăn điện điều khiển đa hướng trên mọi địa hình giúp nhóm tổng hợp tất cả lý thuyết và thực hành mà nhóm đã học trong 4 năm vừa qua. Tạo được nền tảng vững chắc cho các kiến thức nhóm đã học được để nhóm bước vào mơi trường đi làm một cách tự tin nhất, vững chắc với kiến thức của mình. Đề tài chỉ được thực hiện trong thời gian ngắn nên nhóm thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết những vấn đề cơ bản xung quanh nội dung của đề tài như:
- Hoàn thành được chiếc xe lăn đảm bảo yêu cầu thực tế. - Tiêu chuẩn an toàn xe trên xe lăn điện.
- Năng lượng tái tạo kéo dài quảng thời sử dụng xe lâu nhất.
6.1.1 Đánh giá kết quả của bộ điều khiển.
Bằng thực nghiệm nhằm xem xét kết quả và đánh giá cơng trình, đã lập trình cài đặt cho bộ điều khiển với các thông số hoạt động như sau:
- Chế độ chạy chậm: tốc độ điều khiển tối đa là 6 km/h, khả năng quá dòng rất nhỏ. - Chế độ chạy đường bằng phẳng: tốc độ điều khiển tối đa là 26 km/h,
- Khả năng quá dòng cao hơn ( khoảng <= 20 A).
- Chế độ chạy đường dốc: tốc độ điều khiển tối đa là 26 km/h, khả năng quá dòng của mạch cao (khoảng <=50 A).
Trong ba chế độ hoạt động trên mức tiêu hao năng lượng được sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau:
93
> >
Hình 6.1: So sánh mức tiêu hao năng lượng ở mỗi chế độ hoạt động.
Gia tốc trong các chế độ hoạt động được chọn là 10 ms, do đó thời gian để có thể tăng tốc tối đa trong mỗi chế độ hoạt động là:
T = Thời gian tăng một bước × Số bước cực đại. = 10 ms x 255 = 2,55 sec.
Mơ hình điều khiển xe lăn điện hoạt động đúng theo yêu cầu và các chế độ hoạt động của xe. Người sử dụng ln có được cảm giác an tồn và dễ dàng hơn khi vận hành xe lăn điện với bộ điều khiển tối ưu.
Mơ hình chạy ổn định, ít tiêu hao năng lượng cho ắc quy, đồng thời việc chuyển từ chế độ chuyển động này sang chế độ chuyển động khác được thực hiện dễ dàng thông qua công tắc nút nhấn điều khiển.
Tuy nhiên công trình cịn một số hạn chế như sau:
Do dùng nguồn năng lượng ắc quy và năng lượng tái tạo ( pin năng lượng mặt trời ) nên việc điều tiết năng lượng vận hành trong một thời gian dài sẽ làm tiêu hao hết, vì vậy phải bảo trì và sạc điện định kì cho bình điện.
6.1.2 Đánh giá kết quả cúa thi cơng cơ khí, cơ cấu của xe lăn điều khiển.
- Vượt được dốc 25º.
- Tải trọng tối đa mà xe hoạt động ở công suất ổn định: 200 kg. - Đạt vận tốc min 1.5 km/h.
- Đạt vận tốc max 25 km/h.
- Đạt vận tốc leo dốc min 1.5 km/h. - Đạt vận tốc leo dốc max 25 km/h.
- Đảm bảo an toàn khi xe lăn đang đi lên dốc, xe lăn không bị trượt mất ma sát giữa bánh với mặt đường hoặc đứng ngang dốc vẫn giữ nguyên được vị trí. Và đề ba ngang dốc khơng bị tuột dốc và mất đà.
Chạy
đường dốc đường bằng Chạy Chạy chậm phẳng
94
- Thiết kế cơ cấu cụm chuyền động đã đảm bảo lực tác dụng lên trục bánh xe và bánh xe được mô men xoắn tối đa khi hoạt động, chịu được nhiều lực mô men uốn và các lực tác dụng lên bánh xe như phản lực lên bánh xe và lực ngang khi quay vòng.
- Thiết kế khung xe vững chắc.
- Trên các đường đất đá, đường mòn, vẫn đảm bảo được độ bám của bánh xe với mặt đường.
- Tất cả các chi tiết trên xe được thiết kế vị trí gá đặt, đã đảm bảo được trọng tâm của xe ở điểm thấp nhất.
- Trọng tâm xe thấp, cân bằng tốt.
- Điều kiện chống lật được cải thiệt tối đa nhờ những thanh hỗ trợ đã được thiết kế trên xe. Đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho người sử dụng. - Xe có đi kèm theo bộ dây an tồn 4 điểm, nhằm đáp ứng những yêu cầu của khách hàng khi cần.
Thông số Chỉ tiêu thiết kế Sau khi thiết kế
Độ dốc tối đa 15° 25°
Tốc độ tối đa 15 km/h 25 km/h
Khối lượng của người 100 kg 200 kg
Quảng đường chạy được khi max công suất
15 km 25 km
Dịng khi chạy max cơng suất
50 A
Điện áp sạc ắc quy AC, 220 V
DC, 24 V
Bảng 6.1: So sánh giữa chỉ tiêu thiết kế ban đầu và sau khi thi công xe lăn điện.
6.2 Hướng phát triển đề tài.
- Hướng phát triển của đề tài là ứng dụng thực tế rộng rãi trong việc sử dụng bộ điều khiển tối ưu tốc độ cho xe lăn điện và các hệ thống xe điện khác.
- Sử dụng bình pin Lithium thay thế cho bình ắc quy. Để tăng thời gian sử dụng, giảm chi phí và thời gian bảo trì bình cho xe.
95
- Nghiên cứu và phát triển phanh tay cơ khẩn cấp. Nhằm đảm bảo an toàn khi hệ thống điện tử đảm bảo an tồn của xe đã bị mất kiểm sốt.
- Nghiêu cứu và thiết kế thêm nhiều năng lượng tái tạo hơn, để xe có thể kéo dài được quảng đường đi hơn.
- Thiết kế thêm phần cảm biến giúp quan sát phía sau tốt hơn khi lùi xe. - Thiết kế hệ thống xe lăn tự hành. Trong các khu bệnh viện, khu phức hợp, hay các khu vực trung tâm thành phố, để những người mất khả năng di chuyển có phương tiện đi trong thành phố, bệnh viện,… một cách dễ nhất và gần gũi nhất, mà vẫn phải đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng.
96
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bách khoa toàn thư mở Wikipedia https://vi.wikipedia.org
[2] Microchip.com
https://www.microchip.com/en-us/product/PIC16F876 [3] Tham khảo cho PIC 16F876:
https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/interfacing-joystick-with- pic16f877a-mcrocontroller.
[4] Leitman, Seth. Build your own electric vehicle. New York : McGraw-Hill Education, 2013. [5] http://vietnamese.automaticdoormotor.com/sale-8399221-brush-lightweight- high-power-electric-motor-for-electric-wheelchair-24vdc-330w.html [6] https://nshopvn.com/category/robot-phu-kien-diy/xi-lanh-dien/ [7] https://thuongmaisaigon.vn/san-pham/pin-nang-luong-mat-troi/pin-nang-luong- mat-troi-loai-poly-va-mono-110w.html [8] https://thuongmaisaigon.vn/san-pham/bo-dieu-khien-sac-nang-luong-mat- troi/bo-sac-nang-luong-mat-troi-pwm-30a-co-mang-hinh-va-usb.html
[9] TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5852 – 1994 XE LĂN YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ.
[10] Types of Power Wheelchair: Front-Wheel, Mid-Wheel & Rear-Wheel. https://www.innovacareconcepts.com/en/blog/power-wheelchair-types/
97 PHỤ LỤC
❖ Phụ lục A: Thiết kế phần điều khiển:
- Bảng ưu điểm và nhược điểm của các loại dẫn đọng.
Loại Ưu điểm Nhược điểm
Dẫn động cầu sau - Thoải mái.
- Hoạt động tốt trên đường thẳng không chướng ngại vật.
- Bán kính quay vịng lớn nhất.
- Khả năng vượt
chướng ngại vật kém. Dẫn động cầu trước - Thoải mái.
- Khả năng vượt chướng ngại vật tốt.
- Hoạt động tốt trên mọi địa hình.
- Tốt cho người lái với điều khiển thay thế.
- Bán kính quay tại chỗ lớn hơn 360 độ. - Khó sử dụng cho
người mới bắt đầu.
Dẫn động cầu giữa - Ổn định nhất.
- Xoay 360 độ tại chổ. - Dễ sử dụng nhất.
- Ngồi ít thoải mái hơn.
- Sơ đồ khối hoạt động của xe lăn điều khiển.
98 - Mơ hình hóa hệ thống điều khiển:
Hình 1.2A: Mơ hình hóa hệ thống điều khiển
- Thiết kế chương trình điều khiển:
Khối xử lí trung tâm
Điều khiển động cơ
99
100 - Chương trình điều khiển:
Hình 1.4A: Chương trình điều khiển.
- Code nạp cho PIC16F876
#include <xc.h>
#define _XTAL_FREQ 20000000 void ADC_Initialize()
{
ADCON0 = 0b01000001; //ADC ON and Fosc/16 is selected ADCON1 = 0b11000000; // Internal reference voltage is selected }
unsigned int ADC_Read(unsigned char channel) {
ADCON0 &= 0x11000101; //Clearing the Channel Selection Bits ADCON0 |= channel<<3; //Setting the required Bits
101
GO_nDONE = 1; //Initializes A/D Conversion
while(GO_nDONE); //Wait for A/D Conversion to complete return ((ADRESH<<8)+ADRESL); //Returns Result
}
void main() {
//*****I/O Configuration****//
TRISC=0X00; //PORT C is used as output ports PORTC=0X00; //MAke all pins low
TRISB0=1; //RB0 is used as input //***End of I/O configuration**///
ADC_Initialize(); //Configure the ADC module while(1)
{
int joy_X = (ADC_Read(0)); //Read the X-Axis of joystick int joy_Y = (ADC_Read(1)); //Read the Y-Axis of Joystick
if (joy_X < 200) //Joy moved up {RC0=0; RC1=1;} //Glow upper LED else if (joy_X > 800) //Joy moved down {RC0=1; RC1=0;} //Glow Lower LED else //If not moved
{RC0=0; RC1=0;} //Turn off both led
if (joy_Y < 200) //Joy moved Left {RC2=0; RC3=1;} //Glow left LED else if (joy_Y > 800) //Joy moved Right {RC2=1; RC3=0;} //Glow Right LED else //If not moved
{RC2=0; RC3=0;} //Turn off both LED if (RB0==1) //If Joy is pressed
RC4=1; //Glow middle LED else
RC4=0; //OFF middle LED }
102
❖ Phần B: Thiết kế Xe lăn điều khiển.
- Các thông số xe:
➢ Khối lượng của xe: M = 187,5 kg.
➢ Trọng lượng của xe: G = 100×9.81 = 1839 N.
➢ Vận tốc lớn nhất: Vmax = 26 (km/h) = 7,22 m/s.
➢ Bán kính bánh xe sau: Rs = 300 mm.
➢ Bán kính bánh xe trước: Rt = 100 mm.
➢ Kích thước xe: 1450 x 1000 x 1150 mm ( dài x rộng x cao ).
➢ Góc dốc tối đa của mặt đường: α = 15°. Trong đó khối lượng khơ của xe:
• Người: 100 kg = 981N.
• Bình: 12 kg = 118 N.
• Motor: 12.5 kg = 123 N.
• Xe: 63 kg= 618 N.
- Z1, Z2 là phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe. Z1 = [G × cosα (Lb – f ×Rt) – (G×sinα +Fj+Fw)hg] / L
= [1839 × cos15 (233 – 0.01 ×70) – 1839×sin15×525] / 500 = 326 N
Z2 = [G × cosα (La + f ×Rs) + (G×sinα +Fj+Fw)hg] / L
= [1839 × cos15 (267 +0.01 ×300) + 1839×sin15×525] / 500 = 1459 N
- Tính tốn và chọn motor:
( Vì xe chuyển động đều nên lực quán tính Fj = 0, chuyển động với tốc độ chậm nên lực cản gió Fw = 0).
103
• Hệ số phân bố tải trọng ở hai bánh sau : n2 = Z2/G = 1459/1839 = 0.79
• Phương trình cân bằng lực cản : Fc = Ff + Fi
= G ( f× cosα + sinα)
= 1839 (0.01×cos15 + sin 15) = 494 N
- Lực kéo cần để kéo hai bánh sau là :
Fk = Fc × n2
= 494 × 0.79 = 390 N
Vậy lực kéo trên mỗi bánh xe sau là:
Fkp = Fkt = Fk/ 2 = 195 N
• Công suất của motor để kéo một bánh xe là : Pp = Fkp × v = 104 × 1.67 = 325 W
Vậy chọn motor có cơng suất 330 W
Ta chọn motor: CIROLLA mã 5006 của Trung Quốc.
• Điện Áp: 24 Vol.
• Cơng Suất: 320 W.
• Hộp Giảm Tốc 1/20.
• Bánh Răng: Đơng Hợp Kim Chống Ồn.
• Vỏ Động Cơ: Thép.
• Vỏ Hộp Giảm Tốc: Nhơm.
• Trục Xe: 20 mm.
• Loại Động Cơ: DC- Chổi Than.
• Hãng SX: Trung Quốc.
- Xi lanh điện:
• Điều kiện tính tốn vị trí lắp đặt thích hợp:
104
Hình 1.1B: Khi xi lanh trạng thái đóng
• Vị trí lắp cho cách tay địn d1 đủ lớn để tạo ra momen lực thắng được moment ở phương phẳng ngược lại.
THÉP HỘP 800MM 1:2 Vật liệu: Thép C45 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Thiết kế Duyệt Trần Nhật Tú Nguyễn T. Phương 14/07/21 Thông số kỹ thuật:
- Làm sạch các cạnh sau khi gia công