5 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu ñề tài với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp ñỡ tận tình của quý thầy cô trong nhà trường và các bạn trong lớp chúng em ñã hoàn thành ñồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo xe lăn ñiện” với thời gian ñúng quy ñịnh. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong nhà trường, các thầy cô trong khoa Cơ Khí ñã tận tình giúp ñỡ chúng em trong suốt những năm qua, thầy cô ñã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu nhất ñể làm hành trang bước vào ñời. Và ñặc biệt em xin gửi tới các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử lời cảm ơn chân thành nhất, các thầy ñã và ñang ngày ñêm miệt mài nghiên cứu, lao ñộng ñể truyền ñạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu. Các thầy ñã tạo cho chúng em những ñiều kiện tốt nhất ñể chúng em ñược học tập, ñược sử dụng thiết bị bộ môn ñể hoàn thành ñồ án nhanh nhất. Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Thăng Long ñã tận tình chỉ bảo, giúp ñỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện ñồ án ñể chúng em hoàn thành ñược ñồ án với ñúng quy ñịnh. Xin cảm ơn tập thể các bạn lớp 49CKCD ñã ñóng góp những ý kiến quý báu cho ñồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý thầy cô trong nhà trường, các bạn bè người thân ñã giúp ñỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc tốt ñẹp nhất! Trường Đại học Nha Trang Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Hà 6 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 5 MỤC LỤC 6 DANH MỤC CÁC HÌNH 9 LỜI MỞ ĐẦU 12 Chương 1 13 TỔNG QUAN XE LĂN ĐIỆN 13 1.1. Giới thiệu chung 14 1.2. Nhu cầu và vai trò xe lăn ở Việt Nam 14 1.3. Giới thiệu một số nghiên cứu về xe lăn ñiện 15 1.3.1. Xe lăn thông minh 15 1.3.2. Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ 16 1.3.3. Xe lăn ñiều khiển bằng cần ñiều khiển (Joystick) 17 1.4. Mục ñích và yêu cầu 17 1.4.1. Mục ñích 17 1.4.2. Yêu cầu 18 Chương 2 19 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19 2.1. Phương pháp nghiên cứu 20 2.2. Nội dung nghiên cứu 20 2.2.1. Các phương án thiết kế 20 2.2.1.1. Phuơng án 1 20 2.2.1.2. Phương án 2 22 2.2.1.3. Phuơng án 3 23 2.2.2. Thiết kế chế tạo phần cơ khí 24 2.2.2.1. Động lực học bánh xe và khái niệm về sự trượt 24 2.2.2.2. Tính chọn công suất ñộng cơ 26 2.2.2.3. Thiết kế bộ truyền ñộng 28 2.2.2.4. Chọn ổ bi 31 2.2.2.5. Vật liệu chế tạo xe 31 2.2.2.6. Dụng cụ thực hiện 33 2.2.2.7. Chế tạo khung xe 35 a. Chế tạo lắp chặt giữa ñộng cơ và bộ truyền ñộng trục vít 35 b. Chế tạo ñồ gá ñộng cơ 35 7 c. Chế tạo phanh xe 36 2.2.3. Hệ thống ñiều khiển ñiện tử 37 2.2.3.1. Hệ thống cần ñiều khiển 37 2.2.3.2. Giới thiệu bộ thu phát hồng ngoại 38 a. Bộ phát hồng ngoại 38 b. Bộ thu hồng ngoại 41 2.2.3.3. Giới thiệu về Vi ñiều khiển AVR 41 2.2.3.4. Những tính năng chính của vi ñiều khiển AVR 42 2.2.3.5. Cấu trúc bộ nhớ của AVR 42 2.2.3.6. Cách thức hoạt ñộng của Vi ñiều khiển AVR 45 2.2.3.7. Cổng vào ra của Vi ñiều khiển AVR 46 2.2.3.8. Bộ ñịnh thời Timer/Counter của AVR 47 2.2.3.9. Các chế ñộ hoạt ñộng của bộ Timer 51 2.2.3.10. Vi ñiều khiển ATMEGA32 54 2.2.3.11. Một số linh kiện ñiện tử khác ñược dùng trên Board mạch ñiều khiển 55 2.2.3.12. Thiết kế chế tạo bộ ñiều khiển 58 a. Khối nguồn 5V cho vi ñiều khiển 58 b. Khối nguồn 24V cho rơle 59 c. Khối cách ly 60 d. Khối ñảo chiều ñộng cơ 61 e. Khối vi ñiều khiển 62 f. Chế tạo mạch ñiều khiển 63 2.2.4. Sơ ñồ giải thuật 64 2.2.4.1. Giải thuật giải mã tín hiệu remote Sony 64 2.2.4.2. Giải thuật chương trình 65 Chương 3 66 THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QỦA 66 3.1. Thử nghiệm kiểm tra kết cấu của xe 67 3.2. Thử nghiệm kiểm tra tính năng của xe 67 3.2.1. Chuẩn bị 67 3.2.1.1. Kiểm tra bình ắc quy 67 3.2.1.2. Kiểm tra mạch công suất 67 3.2.1.3. Kiểm tra các công tắc, nút nhấn 68 3.3.2. Thử nghiệm 69 3.2.2.1. Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe trên ñường bằng 69 3.2.2.2. Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi lên dốc 70 8 3.2.2.3. Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi xuống dốc 70 3.2.2.4. Thử nghiệm kiểm tra tính năng xe khi vào ñường cua 70 3.2.2.5. Thử nghiệm khả năng lui của xe 71 3.2.2.6. Thử nghiệm xe với remote 71 Chương 4 72 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 72 4.1. Kết luận 73 4.1.1. Kết quả ñã ñạt ñược 73 4.1.2. Kết quả chưa ñạt ñược 73 4.2. Đề xuất 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 75 9 DANH MỤC CÁC HÌNH Hinh 1.1: Một số xe lăn trên thị trường 14 Hinh 1.2: Các bạn khuyết tật trung tâm NLS 15 Hình 1.3: Xe lăn thông minh 16 Hình 1.4: Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ 16 Hình 1.5: Xe lăn ñiều khiển dùng Joystick 17 Hinh 2.1: Sơ ñồ tổng quát 20 Hình 2.2: Mô hình bản thiết kế 1 21 Hình 2.3: Mô hình bản thiết kế 2 22 Hình 2.4: Mô hình bản thiết kế 3 23 Hình 2.5: Chuyển ñộng thẳng của xe trên dốc 25 Hình 2.6: Mô hình một bánh 25 Hình 2.7: Sơ ñồ bộ truyền ñộng 26 Hình 2.8: Xích ống con lăn 28 Hinh 2.9: Ổ bi và cấu tạo bên trong ổ bi côn 31 Hình 2.10: Vật liệu thép 32 Hình 2.11: Que hàn 32 Hình 2.12: Máy cắt cầm tay 33 Hình 2.13: Máy cưa 33 Hình 2.14: Máy hàn 34 Hình 2.15: Bộ nối giữa ñộng cơ và bộ trục vít 35 Hình 2.16: Hệ thống tăng xích 36 Hình 2.17: Hệ thống phanh 36 Hình 2.18: Mô hình tổng thể 37 Hình 2.19: Bộ ñiều khiển 38 Hình 2.20: Remote Sony 39 Hình 2.21: Mã hóa tín hiệu sony 39 Hình 2.22: Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu 40 Hình 2.23: Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy ñầy ñủ 40 Hình 2.24: Mã hóa dữ liệu nhận 41 Hình 2.25: Mắt thu hồng ngoại 41 Hình 2.26: Một số vi ñiều khiển họ AVR 42 Hình 2.27: Cấu trúc bộ nhớ của AVR 43 10 Hình 2.28: Thanh ghi 8 bit 43 Hình 2.29: Register file 44 Hình 2.30: Cấu trúc bên trong của AVR 45 Hình 2.31: Cấu trúc chân trong PORT của vi ñiều khiển AVR 46 Hình 2.32: Thanh ghi DDRA 46 Hình 2.33: Thanh ghi PORTA 47 Hình 2.34: Thanh ghi PINA 47 Hình 2.35: Sơ ñồ khối bộ Timer/Counter 8bit 48 Hình 2.36: Sơ ñồ khối bộ Timer/Counter 16 bit 48 Hình 2.37: Thanh ghi TCCR0 49 Hình 2.38: Thanh ghi TCNT0 50 Hình 2.39: Thanh ghi 0CR0 50 Hình 2.40: Thanh ghi mặt nạ ngắt 50 Hình 2.41: Thanh ghi cờ ngắt 51 Hình 2.42: Sơ ñồ thời gian của chế ñộ so sánh 52 Hình 2.43: Chế ñộ Fast PWM 52 Hình 2.44: Chế ñộ Phase correct PWM 53 Hình 2.45: Chế ñộ Phase correct PWM 53 Hình 2.46: Sơ ñồ chân của ATMEGA32 54 Hình 2.47: Hình dạng bên ngoài của ATMEGA32 55 Hình 2.48: Điốt nắn ñiện 5A 55 Hình 2.49: Linh kiện ốptô 56 Hình 2.50: Linh kiện IRF150 56 Hình 2.51: Rơ le 56 Hình 2.52: Cấu tạo của rơle ñiện từ 57 Hình 2.53: Cấu tạo ñộng cơ ñiện một chiều 58 Hình 2.54: Động cơ ñiện thực tế 58 Hình 2.55: Sơ ñồ khối nguồn 5V 59 Hình 2.56: Sơ ñồ khối nguồn 24V 59 Hình 2.57: Sơ ñồ khối cách ly 60 Hình 2.58: Sơ ñồ khối ñảo chiều 61 Hình 2.59: Sơ ñồ khối ñiều khiển 62 Hình 2.60: Sơ ñồ mạch layout 63 Hình 2.61: Mạch ñiều khiển 63 Hinh 2.62: Sơ ñồ giải thuật nhận mã tín hiệu remote Sony 64 Hình 2.63: Sơ ñồ giải thuật chương trình 65 11 Hình 3.1: Thử nghiệm khung xe 67 Hình 3.2: Kiểm tra bình ắc quy 67 Hình 3.3: Kiểm tra mạch ñiều khiển 68 Hình 34: Kiểm tra công tắc 68 Hình 3.5: Chỉ dẫn sử dụng bộ ñiều khiển 69 Hình 3.6: Xe trên ñường bằng 69 Hình 3.7: Xe lên dốc 70 Hình 3.8: Xe xuống dốc 70 Hình 3.9: Xe vào ñường cua 71 Hình 310: Thử nghiệm xe với remote 71 12 LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình ñất nước ñang phát triển mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực như kinh tế chính trị văn hóa xã hội, ñể trở thành một nước công nghiệp hóa hiện ñại hóa xứng tầm khu vực và vươn ra quốc tế thì cơ ñiện tử ñóng góp một phần không nhỏ vào quá trình xây dựng và phát triển ñấy. Bởi sản phẩm của cơ ñiện tử là những sản phẩm mang tính ứng dụng cao, mang lại giá trị lợi ích kinh tế lớn cho xã hội. Và ñương nhiên ñể làm ñược những việc ñó không thể không nói ñến những ñóng góp quý báu của các kỹ sư cơ ñiện tử bởi họ là những người ñang ngày ñêm miệt mài trực tiếp ñiều khiển vận hành các máy móc, các dây truyền tại các nhà máy, xí nghiệp ñể tạo ra những sản phẩm mang lại hiệu quả kinh tế cao. Và ñể ñạt ñược mục ñích ñó chúng ta không thể không nói tới những ñóng góp vô cùng to lớn của nhà trường, các thầy cô cán bộ trong nhà trường. Bởi ñây là nơi, là những người nuôi dưỡng chắp cánh cho các kỹ sư về kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức văn hóa ñể làm hành trang vững vàng bước vào cuộc sống. Và ñặc biệt hơn là các thầy trong bộ môn cơ ñiện tử ĐẠI HỌC NHA TRANG. Không ngại khó khăn gian khổ ñang ngày ñêm miệt mài nghiên cứu, lao ñộng ñể truyền ñạt cho chúng em những kiến thức quý báu nhất. Sau một quá trình học tập và nghiên cứu tại trường cùng với sự cố gắng tìm tòi, học hỏi của bản thân và ñược sự nhất trí của cán bộ hướng dẫn chúng em ñã ñi tới nghiên cứu “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN” ñể phần nào ñóng góp công sức nhỏ bé cuả mình vào công cuộc xây dựng ñất nước, và mang lại niềm vui cho các em nhỏ, người già ñang bị khuyết tật phải vất vả ñi lại với ñôi chân của mình. Và ñồng thời ñể củng cố những kiến thức ñược học tập trong suốt thời gian qua. Và dần làm quen với công việc tìm hiểu và nghiên cứu khoa học. Do lần ñầu làm quen tìm hiểu thực hiện ñồ án nên không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong ñược sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô ñể sản phẩm của chúng em ñược hoàn thiện hơn nữa và hi vọng trong tương lai không xa sản phẩm của chúng em sớm ñược ứng dụng vào thực tế trong cuộc sống. Nha Trang 15 tháng 4 năm 2011. Sinh viên thực hiện. Phạm Thanh Hà 13 Chương 1 TỔNG QUAN XE LĂN ĐIỆN 14 1.1. Giới thiệu chung Xe lăn là một phuơng tiện di chuyển dành cho những nguời bị khuyết tật, người già và bệnh nhân. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại xe lăn ñiện với các kiểu dáng khác nhau. Ở Nha Trang loại xe chủ yếu ñó là loại 3 bánh dùng cần lắc ñây là loại ñơn giản không mang tính tự ñộng hóa. Loại này mang hiệu suất thấp với ưu ñiểm giá thành rẻ phù hợp với ñiều kiện của người sử dụng nên ñược chọn làm phương tiện di chuyển của người khuyết tật. Trong xã hội của chúng ta ngày nay xe lăn ñóng một vai trò rất to lớn, nhờ có xe lăn mà biết bao con người có ñược cuộc sống ấm no hạnh phúc, giúp cho người già trẻ nhỏ ñi lại không còn khó khăn nữa. Hinh 1.1: Một số xe lăn trên thị trường 1.2. Nhu cầu và vai trò xe lăn ở Việt Nam Những con số thống kê ở Việt Nam gần ñây cho thấy, với dân số khoảng 85 triệu người, thì có ñến gần 12 triệu người khuyết tật chiếm khoảng 15% dân số. Họ là những người vốn ñã gặp rất nhiều khó khăn trong việc học tập và làm việc do những khiếm khuyết về cơ thể và tinh thần, cộng thêm vào ñó là những kỳ thị của xã hội, và những thiếu thốn về trợ giúp từ phía chính phủ. Theo thống kê của tỉnh thì hiện nay ở Khánh Hòa ñang có khoảng 5.500 người khuyết tật, trong ñó có 2.200 phụ nữ và 1.500 trẻ em (theo báo tuoitre.vn ). [...]... i b n ng chân, xe lăn là phương ti n h tr h u hi u, thông thư ng s di chuy n c a xe lăn ñư c th c hi n b ng tay, ñ i v i nh ng ngư i tay r t y u h ñư c thi t k nh ng chi c xe lăn chuyên d ng ch y b ng ñi n ch ph i ñi u khi n b ng nút b m 1.3 Gi i thi u m t s nghiên c u v xe lăn ñi n 1.3.1 Xe lăn thông minh S k t h p c a m t robot t ñ ng và suy nghĩ c a con ngư i là hư ng phát tri n xe lăn trong th i... c xe lăn ñi n v i nh ng tính năng ưu vi t thân thi n v i ngư i s d ng Mang l i c m giác tho i mái cho ngư i dùng Xe ñư c thi t k g n gang d dàng s d ng m i nơi, ph c v cho nhi u ñ i tư ng như ngư i già, tr nh , ngư i tàn t t và b nh nhân 1.4.2 Yêu c u Sau m t th i gian tìm hi u và tham kh o các xe lăn trên th trư ng và m t s ý ki n c a ngu i s d ng xe lăn ñi n chúng em ñã ñúc k t và th y r ng xe lăn. .. chuy n và ñi l i Xe s d ng t i hai ñ ng cơ ñi n S d ng ñ ng cơ BLDC li n bánh (InWheel Motor), công su t 350W m i ñ ng c quy 36V g m 3 c quy 12V 12Ah, có th ch y xe liên t c trong 2-3 ti ng Đi u khi n xe b ng tay c m (Joystick) Có phanh ñi n và phanh cơ Hình 1.5: Xe lăn ñi u khi n dùng Joystick 1.4 M c ñích và yêu c u 1.4.1 M c ñích Hi n nay trên th trư ng xu t hi n xe lăn ch y u là lo i lăn tay, lo i... i khuy t t t Các giáo sư t i Đ i H c Công Ngh Sydney (UTS) ñang nghiên c u và tìm cách ch t o ra nh ng chi c xe lăn t t nh t cho ngư i khuy t t t M t chi c xe lăn ‘thông minh’ có ch c năng như m t robot t ñ ng k t h p v i ñi u khi n b ng ý nghĩ c a con ngư i 16 Hình 1.3: Xe lăn thông minh Xe lăn ‘thông minh’ ñư c thi t k v i nh ng chi c c m bi n nh như laser, camera v.v ñ bi n chúng thành nh ng con... cơ, tính toán s c b n thân xe, l a ch n bi, l a ch n gi i pháp ñi u khi n…và thi t k m ch ñi u khi n Sau ñó xe lăn ñi n s ñư c ch t o ñ ti n hành th nghi m Và vi t chương trình ñi u khi n xe Th nghi m, ki m tra và hoàn ch nh xe lăn ñi n: Vi c th nghi m c a xe s ñư c ti n hành b ng cách ki m tra k t c u cơ khí sau ñó ki m tra công su t ñ ng cơ ñ ki m tra tính năng kéo t i c a xe cũng như kh năng chuy... s : V n t c t i ña c a xe kho ng V = 4,5 (m/s) Kh i lư ng xe không t i m, = 30 (kg) Kh i lư ng t i m = 70 (kg) Đư ng kính bánh xe D = 500 (mm) H s c n lăn m t ñư ng f = 0, 023 H s c n không khí K = 0, 085( NS 2 / m 4 ) B Truy n xích Bánh xe lăn Hình 2.7: Sơ ñ b truy n ñ ng Tr ng lư ng toàn b xe: G = m + m, = 70 + 30 = 100 (kg) V y ta có G = 980 (N) Tính l c kéo t ng quát c a xe: pk = p f + pc + pl... xích nâng cao hi u su t c a xe Khi mu n tăng t c ñ c a xe ta s d ng tay ga ñ tăng t c ñ Khi mu n r trái, r ph i ta ñi u khi n tr c ti p càng xe Khi g p v t c n hay khi xu ng d c dùng phanh tay ñ ñ m b o an toàn cho ngư i s d ng Ưu ñi m: Xe lăn mang tính th m m cao D dàng trong quá trình ch t o Xe d dàng b lái do s d ng m t bánh t l a Có ch ñ ñ dùng c a ngư i s d ng Như c ñi m: Xe c ng k nh, tính t ñ ng... toán ñi u khi n chuy n ñ ng ngư i ta quy v mô hình xe m t bánh như sau Hình 2.6: Mô hình m t bánh Trong ñó: M Là kh i lư ng xe tác d ng lên bánh J Là mô men quán tính c a xe r Là bán kính bánh xe N Là ph n l c c a m t ñư ng tác d ng lên ñi m ti p xúc bánh xe Fm L c phát ñ ng bánh xe tác d ng lên m t ñư ng Fd L c ma sát do m t ñư ng tác d ng lên bánh xe 26 2.2.2.2 Tính ch n công su t ñ ng cơ Ngu n ñ... ch t o thành công lo i xe lăn có th nh n l nh ñi u khi n tr c ti p t não ngư i s d ng Hình 1.4: Xe lăn ñi u khi n b ng suy nghĩ Chi c xe lăn ñ c bi t - do Đ i h c Zaragoza (Tây Ban Nha) ch t o - s d ng m t thi t b quét laser ñ t o ra hình nh không gian ba chi u c a khu v c xung quanh nó trong th i gian th c Hình nh ñư c hi n th trên m t máy tính trư c m t 17 ngư i ng i trên xe Ngư i s d ng nhìn vào... camera ñư c g n trên xe nh m t o nên s an toàn cho ngư i s d ng Ngư i khuy t t t có th s d ng nh ng cái l c ñ u, ánh m t ho c suy nghĩ c a mình ñ ñi u khi n xe Khi mu n di chuy n sang trái, h ch c n l c ñ u sang bên trái, nhìn sang bên trái ho c ch c n suy nghĩ là mình c n sang bên trái, chi c xe lăn ‘thông minh’ s t ñ ng di chuy n theo hư ng suy nghĩ c a ngư i s d ng 1.3.2 Xe lăn ñi u khi n b ng suy . QUAN XE LĂN ĐIỆN 13 1.1. Giới thiệu chung 14 1.2. Nhu cầu và vai trò xe lăn ở Việt Nam 14 1.3. Giới thiệu một số nghiên cứu về xe lăn ñiện 15 1.3.1. Xe lăn thông minh 15 1.3.2. Xe lăn ñiều. ñộng cơ 26 2.2.2.3. Thiết kế bộ truyền ñộng 28 2.2.2.4. Chọn ổ bi 31 2.2.2.5. Vật liệu chế tạo xe 31 2.2.2.6. Dụng cụ thực hiện 33 2.2.2.7. Chế tạo khung xe 35 a. Chế tạo lắp chặt giữa ñộng. Hinh 1.1: Một số xe lăn trên thị trường 14 Hinh 1.2: Các bạn khuyết tật trung tâm NLS 15 Hình 1.3: Xe lăn thông minh 16 Hình 1.4: Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ 16 Hình 1.5: Xe lăn ñiều khiển