Thiết kế cơ khí

3.1.1 Khung giường

Từ mục đích của giải pháp và tìm hiểu thực tế tại bệnh viện, nhóm nghiên cứu đã tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với người bệnh và đưa ra bản vẽ tổng thể của chiếc giường. Khung giường là phần rất quan trọng của giường, khung giường phải chắc chắn, không bị biến dạng trong quá trình sử dụng. Nhóm nghiên cứu thiết kế khung giường với hai chế độ, bình thường nó là một chiếc giường để khi cần thiết ta nhấn nút nó sẽ thành một chiếc xe lăn để đẩy bệnh nhân đi.

Hình 3.1 Chiếc giường

3.1.2 Vật liệu làm khung

Ngày nay có rất nhiều loại nguyên liệu làm lên một chiếc giường bệnh đa chức năng như nhôm, sắt, inox… các loại vật liệu này đều có các ưu nhược diểm riêng của từng loại và sau đây là những ưu và nhược điểm của từng loại nguyên liệu.

Nhôm.

Ưu điểm: Dễ dàng cưa cắt theo ý muốn, nhẹ nhàng khi di chuyển.

Nhược điểm: Dễ bị oxi hóa và ăn mòn kim loại, đắt tiền,chịu lực không tốt. Sắt.

Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ hàn…

Nhược điểm: Dễ bị rỉ sét, nặng khó di chuyển. Inox.

Ưu điểm: Chịu lực tốt, không bị ăn mòn kim loại, đẹp. Nhược điểm: khó hàn, giá thành cao.

Từ những ưu và nhược điểm trên của các loại nguyên liệu nhóm nghiên cứu đã chọn inox làm nguyên liệu để thi công.

Hình 3.3 Nguyên liệu Inox 3.2 Thiết kế khung

Để thiết kế chiếc giường đa chức năng phù hợp với người bệnh nhóm nghiên cứu đã dựa trên kích thước thực tế của con người và tính toán chia nhỏ chúng ra từng phần để phù hợp với tính bộ phận trên cơ thể con người khi chiếc giường chuyển sang chế độ xe lăn. Dựa vào thiết kế bản vẽ và lựa chọ nguyên liệu làm

khung giường nhóm nghiên cứu thi công các bộ phận của chiếc giường gồm 4 phần: lưng tựa, chỗ ngồi, chỗ để chân.

3.2.1 Phần lưng tựa

Để thiết kế phần lưng tựa nhóm nghiên cứu đã dựa trên chiều dài trung bình ở phần lưng của người Việt Nam nói chung và người Châu Á nói riêng. Sau đây là hình ảnh thực tế khi thi công.

Hình 3.4 Lưng tựa 3.2.2 Phần chỗ ngồi

Cũng như phần lưng tựa chỗ ngồi cũng được thiết kế rộng rãi phù hợp với

tất cả mọi người và mang lại cảm giác dễ chịu khi di chuyển và dưới đây là hình ảnh thực tế khi thi công.

3.2.3 Phần để chân

Phần để chân cũng được thiết kế dựa trên chiều dài thực tế trung bình của con người, hình ảnh thi công thực tế.

Hình 3.6 Chỗ để chân 3.2.4 Thi công hoàn thiện

Giường bệnh đa chức năng được thiết kế với 2 chế độ, chế độ 1 là chiếc xe lăn và chế độ 2 là chiếc giường.

3.3Thiết kế cơ khí nâng hạ

Với thiết kế như trên thì phần nâng hạ cũng rất quan trọng, nâng hạ phải đảm bảo có người ngồi lên và nâng một cách nhẹ nhàng để đảm bảo sức khỏe cho người bệnh.

Có rất nhiều phương pháp nâng hạ bằng khí nén, nâng hạ bằng sức người, nâng hạ bằng động cơ vitme…Mỗi phương pháp đều có các ưu và nhược điểm khác nhau và sau đây là các ưu nhược điểm của các phương pháp.

 Nâng hạ bằng khí nén.

Ưu điềm: Dễ dàng điều chỉnh tốc độ.

Nhược điểm: Khó di chuyển và phải nạp khí thường xuyên.

 Nâng hạ bằng sức người.

Ưu điềm: Dễ dàng thiết kế và thi công sản phẩm, ít tốn kém khi thiết kế. Nhược điêm: Cần có sự giúp đỡ của người thân khi vận động.

 Nâng hạ bằng động cơ làm quay trục vitme.

Ưu điềm: Người bệnh dễ dàng vận động mà không cần đến sự giúp đỡ của người thân, dễ dàng di chuyển giường bệnh.

Nhược điểm: Cần phải tính toán kĩ càng và tìm ra những giải pháp tối ưu khi thiết kế.

Từ phân tích những ưu nhược điểm của các phương pháp trên nhóm nghiên cứu đã chọn phương pháp nâng hạ bằng động cơ vitme thông qua lực nâng cánh tay đòn vì dùng động cơ vitme có thể dễ dàng thiết kế, giảm bớt đi cầu kì của cơ khí. Dùng động cơ vitme khi nâng hạ sẽ rất êm ái, sẽ không gây cảm giác khó chịu cho người bệnh.

Hình 3.9 Động cơ vitme Hình 3.10 Cánh tay đòn 3.4 Tính toán lựa chọn công suất động cơ

3.4.1 Tính toán lựa chọn công suất hai động cơ chính Công suất động cơ nâng phần lưng

Tính lực tác dụng lên phần lưng tựa của giường với khối lượng đặt lên là 50kg.

Ta có : F=m*g=50*9,8= 490N Moment cản.

Mcản = F*Cánh tay đòn = 490* 0,5 =245 Nm Áp dụng công thức (2.5) tính tỷ số truyền bánh răng với w2 là 34, w1 là 17. w2 là số răng của một bánh răng thứ 2, w1 là số răng của một bánh răng thứ 1.

u=

=

=

=

= 2 Tốc độ quay của động cơ

nđc = nct*u = 30*2= 60 v/p n công tác

nct = số vòng quay vitme = 30 v/p

Áp dụng công thức (2.9) tính vận tốc quay của vitme. V =

=

= 0.0628 m/p

Áp dụng công thức (2.2) tính hiệu suất truyền động của hệ thống η = ηk* η3ol*ηbr = 0,99*0,993*0,972 = 0,9

Áp dụng công thức (2.1), (2.2), (2.4) tính công suất động cơ Pct=

=

= 34 W

Ta nhân thêm hệ số an toàn cho động cơ P = Pct * 1.5 = 51 W

Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn động cơ có model Z5D60-24 60W.

Công suất động cơ nâng phần để chân

Tính lực tác dụng lên phần để chân của giường với khối lượng đặt lên là 30kg.

Ta có: F=m*g=30*9,8= 294N Moment cản.

Mcản = F*Cánh tay đòn = 294* 0,3 =88.2 Nm (2.11) Áp dụng công thức (2.5) tính tỷ số truyền bánh răng với w2 là 34, w1 là 17. w2 là số răng của một bánh răng thứ 2, w1 là số răng của một bánh răng thứ 1.

u=

=

=

=

= 2 Tốc độ quay của động cơ

nđc = nct*u = 30*2= 60 v/p n công tác

nct = số vòng quay vitme = 30 v/p

Áp dụng công thức (2.9) tính vận tốc quay của vitme. V =

=

= 0.0628 m/p

Áp dụng công thức (2.2) tính hiệu suất truyền động của hệ thống η = ηk* η3ol*ηbr = 0,99*0,993*0,972 = 0,9

Áp dụng công thức (2.1), (2.2), (2.4) tính công suất động cơ Pct=

=

= 20 W

Ta nhân thêm hệ số an toàn cho động cơ P = Pct * 1.5 = 30 W

Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn động cơ có model Z5D40-24 40W.

3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần để tay

Tính lực nâng của phần để tay

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tính lực như là dùng công thức tính toán và phương pháp thực nghiệm để tính lực. Trong đề tài nghiên cứu này nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp thực nghiệm là dùng lực kế để đo.

.

Dùng lực kế nhóm nghiên cứu đo được lực để nâng được phần để tay lên F = 8 N hình 3.11

Tính momen cản

Mcản = F*Cánh tay đòn = 8 * 0.3 = 2.4 Nm

Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn 2 động cơ có model KM3448A 24VDC 17W. Momen xoắn cực đại 2.5Nm.

Hình 3.11 Đo lực nâng phần để tay

3.4.3 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng chống phía trước

Tính lực nâng của 2 cây chống

Dùng lực kế nhóm nghiên cứu đo được một lực để nâng được phần để tay lên F = 4 N hình 3.12

Tính momen cản

Mcản = F*Cánh tay đòn = 4 * 0.3 = 1.2 Nm

Với kết quả tính toán được thì ta dựa vào datasheet chọn 2 động cơ có model KM3448A 24VDC 17W. Momen xoắn cực đại 2.5Nm.

3.5 Tính toán lựa chọn dung lượng ắc quy

Dựa vào cơ sở lý thuyết ta có thể tính dung lượng ắc quy dành cho hệ thống.

Bước 1 : Tính công suất thực tế, ở đây ta có công suất động cơ P = P1+P2+P3+P4+P5+P6 = 60+40+17+17+17+17 = 168 W

Bước 2 : Tính công suất bộ kích điện, do lúc khởi động công suất có thể tăng lên 1.5 đến 2 lần tồng công suất.

P = 168 * 1.5 = 252 W

Bước 3 : Xác định thời gian sử dụng hệ thống. Ở đây ta chọn thời gian hoạt động của hệ thống là T = 8h

Bước 4 : Áp dụng công thức để tính toán. T : Thời gian cần có điện của hệ thống W : Tổng công suất tiêu thụ của hệ thống V : Hiêu điện thế của mạch nạp bình ắc quy AH : Dung lượng của bình ắc quy

Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8 Ta áp dụng công thức (2.12)

AH = (T * P)/(V * pf) = (8*252)/(24*0.7) = 120 AH

Tính thời gian hoạt động T của hệ thống khi biết tổng dung lượng của ắc quy AH.

Ta áp dụng công thức (2.13)

T = (AH * V * pf)/P = (120 * 24 * 0.7 )/252 = 8 h

Đây là tính toán dung lượng ắc quy cho 6 động cơ, còn nệm massage, radio, còi báo khẩn cấp là có nguồn pin riêng theo từng bộ.

3.6 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống

Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển Hình 3.14 Tay game điều khiển

Hệ thống đang ở trạng thái chiếc giường. Khi nhấn nút N1 tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR, bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 1 làm động cơ 1 quay thông qua truyền động bánh răng làm quay vitme và nâng phần lưng lên. Khi động cơ quay đến cuối hành trình sẽ chạm vào công tắc hành trình ngay lúc đó công tắc hành trình phản hồi một tín hiệu về bo điều khiển AVR. AVR xuất tín hiệu làm dừng động cơ 1. Khi nhấn nút N2 tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR, bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 2 làm động cơ 2 quay thông qua truyền động bánh răng làm quay vitme và kéo phần để chân xuống. Khi động cơ quay đến cuối hành trình sẽ chạm vào công tắc hành trình ngay lúc đó công tắc hành trình phản hồi một tín hiệu về bo điều khiển AVR. AVR xuất tín hiệu làm dừng động cơ 2. Khi nhấn nút N3, tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 3 và 4 làm động cơ 3 và 4 quay nâng hai bên chỗ gác tay. Khi nhấn nút N4 tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển AVR bộ điều khiển AVR xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu vào động cơ 5 và 6 làm động cơ 5 và 6 quay kéo hai thanh chống phía trước phần để chân giúp cho phần để chân thêm chăc chắn. Khi đó hệ thống đã chuyển từ chiếc giường thành chiếc xe lăn.

Khi hệ thống đang ở trạng thái chiếc xe lăn. Ta nhấn nút N1 lần thứ hai tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển xuất tín hiệu ra bo đảo chiều làm làm động cơ 1 quay ngược lại kéo phần tựa xuống. Khi động cơ quay hết hành trình chạm vào công tắc hành trình, công tắc hành trình xuất tín hiệu về bo điều

khiển làm dừng động cơ 1 lại. Khi nhấn nút N2 lần thứ hai tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển xuất tín hiệu ra bo đảo chiều làm làm động cơ 2 quay ngược lại nâng phần để chân lên. Khi động cơ quay hết hành trình chạm vào công tắc hành trình, công tắc hành trình xuất tín hiệu về bo điều khiển làm dừng động cơ 2 lại. Khi nhấn nút N3 lần thứ 2, động cơ 3 và 4 quay hạ 2 phần để tay xuống. Khi nhấn nút N4 lần thứ hai, động cơ 5 và 6 quay kéo hai thanh chống phía trước phần để chân lên. Khi đó hệ thống chuyển từ chiếc xe lăn thành chiếc xe lăn.

3.7 Phần điện.

3.7.1 Bộ điều khiển trung tâm

Bộ điều khiển trung tâm dùng bo điều khiển AVR để đưa ra tín hiệu điều khiển đảo chiều 6 bo driver.

Hình 3.15 Bo chủ AVR 3.7.2 Bộ điều khiển đảo chiều

Đảo chiều động cơ dùng mạch đảo chiều kích rơle.

3.8 Các chức năng của giường.

Ngoài chức năng chính là chiếc giường và xe lăn giường bệnh đa chức năng còn có các chức năng khác như là massage, chuông báo gọi người.

3.8.1Chức năng chuông gọi người

Nhằm tránh những sự cố có thể xảy ra với người bệnh mà không có ai ở bên cạnh, khi đó bệnh nhân có thể nhấn chuông để báo động kêu y tá hoặc người nhà đến giúp.

Hình 3.18 Chuông báo động 3.8.2 Chức năng massage

Mỏi lưng, nhức, đau vùng eo và cột sống. . . là những tác hại dễ thấy của việc ngồi nhiều, lao động mệt mỏi. Và đó cũng là dấu hiệu của những người bệnh mãn tính lâu năm. Những người không thể tự đi lại để vận động, cần có một người hỗ trợ để xoa bóp hàng ngày như vậy sẽ mất khá nhiều thời gian và công sức. Từ những yêu cầu trên nhóm nghiên cứu đã ứng dụng nệm massage vào sản phẩm giường đa chức năng. Nệm massage được lót phía dưới mông ngồi và lưng của người bệnh. Khi bệnh nhân cảm thấy mệt mỏi hoặc khó chịu đâu đó. Lúc đó chỉ việc nhấn nút và nệm massage sẽ làm việc. Người bệnh sẽ cảm thấy thoải mái hơn rất nhiều.

3.8.3 Radio thư giãn

Trong quá trình dưỡng bệnh, việc thư giãn giúp người bệnh có thể nhanh chóng lành bệnh. Chính vì lẽ đó nhóm nghiên cứu đã thiết kế thêm radio để người bệnh có thể thư giãn những lúc không có ai bên cạnh.

Hình 3.20 Radio thư giãn

Hình 3.21 Sản phẩm khi hoàn thiện

Chương 4

Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài

4.1 Kết luận

Đáp ứng được mục tiêu đã đề ra.

Thiết kế và thi công thành công chiếc giường với 2 chức năng chính là giường và xe lăn.

Cơ cấu nâng hạ nhẹ nhàng. Kích thước gọn gàng, thẩm mỹ.

An toàn và tiện nghi cho người sử dụng. Giá thành phù hợp với người Việt Nam.

4.2 Tính mới

Lần đầu tiên được thực hiện ở khu vực phía Nam.

4.3 Tính sáng tạo

Phần khung của đề tài được thiết kế gọn nhẹ, thẩm mỹ, với kết cấu bằng Inox đảm bảo độ bền, không bị oxi hóa theo thời gian.

4.4 Khả năng áp dụng

Triển khai được ngay với trình độ kỹ thuật và thị trường vật tư trong nước hiện nay.

4.5 Tính hiệu quả

Tính kỹ thuật : Với kết cấu đơn giản, dễ làm và đưa vào sử dụng ngay. Tính kinh tế : Vật liệu bằng Inox, chi phí sản xuất thấp.

4.6 Mức độ triển khai

Nội dung thiết kế đã có đủ các thông số kỹ thuật chủ yếu và khả thi. .

4.7 Hướng phát triển của đề tài

Nếu được tiếp tục đầu tư về thời gian và kinh phí, nhóm sẽ tiếp tục phát triển đề tài theo hướng xe lăn có thể tự chạy được, điều khiển xe bằng giọng nói

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển - Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

[2]Th.s Nguyễn Việt Anh – Các cơ cấu truyền động. Khoa cơ khí, Đại học Thủy Lợi.

[3]Lê Văn Uyển, Vũ Lê Huy – Phương pháp tính toán thiết kế và lựa chọn truyền động vitme-bi. Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ VIII Hà Nội (12/2007)

[4] Đặng Ngọc Nhân – Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng hóa: Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên.

[5] http://www.tinmoi.vn/Giuong-da-nang-cho-nguoi-bai-liet-0183652.html [6] http://www.giuongbenh.com/ [7]http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/cu-ong-70-tuoi-sang-che-ghe-giuong-da- nang 2749773.html [8]http://www.sch.vn/jqueryswfupload/uploads/07f9fcc650528527db9d7e823e2794 88.swf [9]http://docs.4share.vn/docs/3355/Thiet_ke_bi_nap_acquy_tu_dong.html [10]http://hethongtudong.vn/vn/latest-news-mainmenu-27/news-item-3-mainmenu- 33.htm

PHỤ LỤC

CODE CÁC THUẬT TOÁN AVR Chương trình điều khiển động cơ.

#include <mega64.h> #include "gamepad.h" #include <stdio.h>

void dung (void) {

PORTD=255; PORTF=255 ; }

void nang_truoc (void) { while (PINB.0==1) { PORTD.0=0; gp_update_btn(); if(R1==0){break;} } PORTD=255; }

void ha_truoc (void) {

while (PINB.1==1) { PORTD=0b11111100;