Luận văn cơ điện tử Thiết kế và thi công giường đa chức năng

Khi dùng bộ truyền kín với cấp chính xác 6 hoặc 7 thì tăng trị số trong bảng lên 1 – 1.5% số của Pt và do đó công suất của động cơ được xác định tùy thuộc vào chế độ làm việc của động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO NGHI N C U HO HỌC

Trong suốt khóa học (2009 – 2013) tại Trường Đại Học Lạc Hồng, với

sự giúp đỡ của quý thầy cô và giáo viên hướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía

và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã hoàn thành đúng thời gian quy định Em xin chân thành cảm tạ đến :

Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện Trường Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực hiện tốt đề tài nghiên cứu khoa học này

Bộ môn Điện công nghiệp cùng tất cả quý thầy cô trong khoa Cơ Điện

đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học

Đặc biệt em xin cảm ơn đến thầy Th.s Lê Phương Trường, giáo viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy quý báu, giúp em định hướng tốt trong khi thực hiện luận văn

Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Lịch sử nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu chọn đề tài 4

1.4 Nội dung nghiên cứu 4

1.5 Giới hạn đề tài 4

1.6 Ý nghĩa thực tiễn 5

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 6

2.1 Động cơ điện một chiều 6

2.2 Tính toán lựa chọn động cơ điện 9

2.3 Các loại nút nhấn 12

2.4 Đèn báo 13

2.5 Công tắc hành trình 14

2.6 Ắc quy 14

2.7 Hệ truyền động 17

2.8 Vitme 18

2.9Vi xử lý AVR 19

Chương 3: Thiết Kế Và Thi Công 22

3.1 Thiết kế cơ khí 22

3.1.1 Khung giường 22

3.1.2 Vật liệu làm khung 23

3.2 Thiết kế khung 23

3.2.1 Phần lưng tựa 24

3.2.2 Phần chỗ ngồi 24

3.2.3 Phần để chân 25

3.2.4 Thi công hoàn thiện 25

3.3 Thiết kế cơ khí nâng hạ 26

3.4 Tính toán lựa chọn công suất động cơ 27

3.4.1 Tính toán lựa chọn công suất 2 động cơ chính 27

3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần để tay 29

3.4.2 Tính toán lựa chọn 2 động cơ nâng phần chống phía trước 29

3.5 Tính toán lựa chọn dung lượng ắc quy 30

3.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 30

3.7 Phần điện 32

3.7.1Bộ điều khiển trung tâm 32

3.7.2 Bộ điều khiển đảo chiều 32

3.8 Các chức năng của giường 33

3.8.1 Chức năng chuông gọi người 33

3.8.2 Chức năng massage 33

3.8.2 Chức năng Radio thư giãn 33

Chương 4: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài 35

4.1 Kết luận 35

4.2 Tính mới 35

4.3 Tính sáng tạo 35

4.4 Khả năng áp dụng 35

4.5 Tính hiệu quả 35

4.6 Mức độ triển khai 35

4.7 Hướng phát triển của đề tài 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Khảo sát trong bệnh viện 1

Hình 1.2 Ông Phương (bên trái ) với chiếc giường đa năng của mình 2

Hình 1.3 Giường bệnh DCN-09 3

Hình 1.4 Ông Hà Trọng Dũng và sản phẩm ghế giường đa năng 3

Hình 2.1 Động cơ DC 6

Hình 2.2 Cấu tạo cơ bản động cơ DC 6

Hình 2.3 Nắp động cơ 7

Hình 2.4 Bạc đạn 7

Hình 2.5 Cực từ 8

Hình 2.6 Phần ứng 8

Hình 2.7 Chổi than và vành góp 9

Hình 2.8 Các loại nút nhấn 13

Hình 2.9 Các loại đèn báo 13

Hình 2.10 Công tắc hành trình 14

Hình 2.11 Cấu tạo bình ắc quy 15

Hình 2.12 Bánh răng 18

Hình 2.13 Vitme 18

Hình 2.14 Vi điều khiển AVR 19

Hình 2.15 Sơ đồ chân Atmega64 20

Hình 3.1 Chiếc giường 22

Hình 3.2 Chiếc xe lăn 22

Hình 3.3 Nguyên liệu inox 22

Hình 3.4 Lưng tựa 24

Hình 3.5 Chỗ ngồi 24

Hình 3.6 Chỗ để chân 25

Hình 3.7 Khung xe lăn 25

Hình 3.8 Khung chiếc giường 25

Hình 3.9 Động cơ vitme 27

Hình 3.10 Cánh tay đòn 27

Hình 3.11 Đo lực phần để tay 22

Hình 3.12 Đo lực phần chống phía trước 22

Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống 22

Hình 3.14 Tay game điều khiển 31

Hình 3.15 Bo chủ AVR 32

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý 22

Hình 3.17 Bo đảo chiều 32

Hình 3.18 Chuông báo động 33

Hình 3.19 Nệm massage 33

Hình 3.20 Radio thư giãn 34

Hình 3.21 Sản phẩm khi hoàn thiện 34

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ 10 Bảng 2.2 Tỉ số truyền nên dùng cho các bộ truyền trong hệ 11 Bảng 2.3 Tham khảo công suất một số thiết bị thông dụng trong gia đình và văn phòng 17

Bảng 2.1 Trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ

0,96 – 0,98 0,95 – 0,97

0,30 – 0,40 0,70 – 0,75 0,75 – 0,82 0,87 – 0,92 0,95 – 0,97 0,90 – 0,96

0,99 - 0,995 0,98 – 0,99

0,93 – 0,95 0,92 – 0,94

0,2 – 0,3

0,90 – 0,93 0,70 – 0,88 0,95 – 0,96

Chú thích: Trị số hiệu suất của các bộ truyền báng răng cho trong bảng ứng với cấp chính xác 8 và 9 Khi dùng bộ truyền kín với cấp chính xác 6 hoặc 7 thì tăng

trị số trong bảng lên 1 – 1.5%

số của Pt và do đó công suất của động cơ được xác định tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và tính chất tải trọng

gió, máy cắt kim loại, hệ thống dẫn đọng băng tải, tải trọng tác dụng có thể là tải trọng không đổi hoặc thay đổi

Trường hợp tải không đổi : Công suất tính toán là công suất làm việc trên trục

công tác

Pt = Plv (2.3)

26

3.3Thiết kế cơ khí nâng hạ

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

Ưu điềm: Dễ dàng điều chỉnh tốc độ

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

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

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

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

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

29

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

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

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 3.12 Đo lực nâng phần chống phía trước

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

34

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

Nệm massage

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/

nang 2749773.html

[7]http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/cu-ong-70-tuoi-sang-che-ghe-giuong-da-[8]http://www.sch.vn/jqueryswfupload/uploads/07f9fcc650528527db9d7e823e279488.swf

[9]http://docs.4share.vn/docs/3355/Thiet_ke_bi_nap_acquy_tu_dong.html

33.htm

[10]http://hethongtudong.vn/vn/latest-news-mainmenu-27/news-item-3-mainmenu-37

PHỤ LỤC CODE CÁC THUẬT TOÁN AVR

Chương trình điều khiển động cơ

void nang_chong (void)

// ***************khai bao bit giao tiep SPI ******************

#define SPI_MISO PINA.0

#define SPI_MOSI PORTA.1

//

//#define SPI_MISO PINE.0

//#define SPI_MOSI PORTE.1

// ************ Dat bien nut nhan *****************

#define SELECT (GP_BTN[0] & GP_MASK_SELECT)

#define START (GP_BTN[0] & GP_MASK_START)

#define LJOY (GP_BTN[0] & GP_MASK_RJOY)

#define RJOY (GP_BTN[0] & GP_MASK_LJOY)

#define UP (GP_BTN[0] & GP_MASK_UP)

#define RIGHT (GP_BTN[0] & GP_MASK_RIGHT)

#define DOWN (GP_BTN[0] & GP_MASK_DOWN)

#define LEFT (GP_BTN[0] & GP_MASK_LEFT)

#define L2 (GP_BTN[1] & GP_MASK_L2)

#define R2 (GP_BTN[1] & GP_MASK_R2)

#define L1 (GP_BTN[1] & GP_MASK_L1)

#define R1 (GP_BTN[1] & GP_MASK_R1)

#define TRIANGLE (GP_BTN[1] & GP_MASK_TRIANGLE)

#define O (GP_BTN[1] & GP_MASK_O)

#define X (GP_BTN[1] & GP_MASK_X)

#define SQUARE (GP_BTN[1] & GP_MASK_SQUARE)

SPIxmit(0x01); //start command

SPIxmit(0x42); // request data

GP_BTN[3] = SPIxmit(0xff); //Right Joy 0x00 = Up 0xFF = Down GP_BTN[4] = SPIxmit(0xff); //Left Joy 0x00 = Left 0xFF = Right GP_BTN[5] = SPIxmit(0xff); //Left Joy 0x00 = Up 0xFF = Down // delay_us(20);