nghiên cứu và thiết kế loại giường y tế có khả năng phòng tránh căn bệnh loét tì đè

Nguyên nhân của hiện tượng này là do thiếu máu trong quá trình tì đè kéo dài ở những bệnh nhân bị bất động do các nguyên nhân khác nhau như: tổn thương cột sống, hôn mê kéo dài, tai biến

để em hoàn thành luận văn này Đồng thời, xin cảm ơn các anh chị trong công ty Phana và các bạn cùng lớp đã có những ý kiến và hỗ trợ quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Trong quá trình làm luận văn, khó tránh khỏi sai sót, rất mong quý thầy cô bỏ qua và

em mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy, cô để em có thể học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm và hoàn thiện mình hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, tháng 6 năm 2014

Nguyễn Minh Sơn

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

TÓM TẮT LUẬN VĂN 2

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ 1

1.1 Bệnh loét tì đè 3

1.1.1 Loét tì đè là gì? 3

1.1.2 Nguyên nhân gây ra loét tì đè 6

1.1.3 Phân loại loét tì đè 6

1.1.4 Các nguyên tắc chống loét 6

1.2 Tổng quan về giường chống loét 10

1.2.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển giường y tế trên thế giới 10

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển giường y tế ở Việt Nam 14

1.3 Nhiệm vụ luận văn 15

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

2.1 Yêu cầu thiết kế 17

2.2 Phương án thiết kế cơ cấu lật ngang của giường 17

2.2.1 Đề xuất phương án lật ngang của giường 17

2.2.2 Kết luận 20

2.3 Lựa chọn phương án truyền động 20

2.3.1 Truyền động bằng động cơ điện 20

2.3.2 Truyền động bằng động cơ tuyến tính 22

2.3.3 Truyền động bằng khí nén 20

2.3.4 Truyền động bằng thủy lực 22

2.3.5 Truyền động bằng tay 22

2.3.6 Kết luận 22

2.4 Phương án thiết kế cơ cấu vách ngăn (lan can) hai bên giường 29

2.4.1 Đề xuất phương án vách ngăn 29

2.4.2 Kết luận 36

2.5 Phương án thiết kế cơ cấu bánh xe nâng giường 29

iii

2.5.1 Yêu cầu thiết kế 29

2.5.2 Đề xuất cơ cấu nâng giường 36

2.5.3 Kết luận 36

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 37

3.1 Thiết kế khung giường 37

3.1.1 Lựa chọn cơ cấu dẫn động Linear actuator 37

3.1.2 Xác định kích thước các khâu 38

3.1.3 Tính lực nâng tối đa cho ben đội 38

3.2 Thiết kế vách ngăn hai bên giường 39

3.3 Thiết kế cơ cấu bánh xe nâng giường 45

3.3.1 Biên dạng cam 45

3.3.2 Thông số hoạt động của cam 46

3.3.3 Tính toán chiều dài cần đạp 46

3.4 Kết quả thiết kế trên Solidworks 45

3.4.1 Mặt giường 45

3.4.2 Chân giường 46

3.4.3 Cơ cấu lật ngang 46

3.4.4 Vách ngăn hai bên 46

3.4.5 Cơ cấu bánh xe nâng giường 46

3.5 Kiểm bền một số chi tiết nguy hiểm trên Solidworks 45

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỆN 47

4.1 Mạch nguồn và mạch điều khiển của động cơ 47

4.1.1 Mạch nguồn của động cơ 45

4.1.2 Mạch điều khiển nút nhấn on-off 46

4.2 Yêu cầu thiết kế 48

4.3 Thiết kế mạch nguồn 5V 50

4.3.1 Giới thiệu về IC LM78xx 50

4.3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V 50

4.3.3 Mạch nguồn 5V chế tạo thực tế 50

4.4 Thiết kế mạch vi điều khiển 50

4.4.1 Giới thiệu về vi điều khiển 16F877A 51

iv

4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển 52

4.4.3 Mạch vi điều khiển chế tạo thực tế 52

4.5 Thiết kế mạch relay 58

4.5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch relay 58

4.5.2 Mạch relay chế tạo thực tế 60

CHƯƠNG 5: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 68

5.1 Các chế độ hoạt động 68

5.1.1 Chế độ điều khiển bằng tay 58

5.1.2 Chế độ thay đổi phía nghiêng mỗi 15 phút 60

5.1.3 Chế độ thay đổi phía nghiêng mỗi 30 phút 58

5.1.4 Chế độ thay đổi phía nghiêng theo thời gian cài đặt 60

5.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 72

5.3 Giải thuật - Lưu đồ chương trình 73

5.3.1 Chương trình chính 58

5.3.2 Ngắt Timer 0 60

5.3.3 Chế độ điều khiển bằng tay 58

5.3.4 Chế độ thay đổi phía nghiêng sau mỗi 15 phút 60

5.3.5 Chế độ thay đổi phía nghiêng sau mỗi 30 phút 58

5.3.6 Chế độ thay đổi phía nghiêng theo thời gian cài đặt 60

5.3.7 Chế độ thay đổi phía nghiêng theo thời gian cài đặt nghiêng trái - nằm giữa - nghiêng phải 58

5.3.8 Chế độ thay đổi phía nghiêng theo thời gian cài đặt nghiêng trái - nằm giữa……… 60

5.3.9 Chế độ thay đổi phía nghiêng theo thời gian cài đặt nghiêng phải- nằm giữa……… 60

CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM 75

6.1 Chân giường 75

6.2 Mặt giường 76

6.3 Cơ cấu nâng 76

6.4 Đánh giá kết quả 76

CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75

v

7.1 Kết quả đạt được 75

7.2 Hạn chế 76

7.3 Hướng phát triển của đề tài 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

Luận văn tập trung giải quyết các vấn đề sau:

- Tìm hiểu tổng quan về căn bệnh loét tì đè và thị trường giường y tế tại Việt Nam và trên thế giới, đặc biệt quan tâm đến các loại giường có khả năng nghiêng mặt giường theo phương ngang

- Phân tích, lựa chọn phương án làm xoay mặt giường theo 2 hướng (xoay nghiêng trái và xoay nghiêng phải) giúp thông thoáng và tránh tì đè cho phần lưng bệnh nhân

- Tính toán, thiết kế cơ khí cho giường với chỉ tiêu kích thước và tải trọng cho phép phù hợp với thể trạng người Việt Nam

- Thiết kế hệ thống truyền động

- Thiết kế bộ điều khiển cho giường

- Chế tạo thực nghiệm giường và kiểm tra hiệu quả làm việc

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

1

CHƯƠNG 1 BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ

VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ 1.1 BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ (Decubitus ulcer hay pressure ulcer)

1.1.1 Loét tì đè là gì?

Loét do tì đè ( hoại tử do tì đè) là một loại tổn thương hoại tử tổ chức giữa vùng xương và vật có nền cứng Nguyên nhân của hiện tượng này là do thiếu máu trong quá trình tì đè kéo dài ở những bệnh nhân bị bất động do các nguyên nhân khác nhau như: tổn thương cột sống, hôn mê kéo dài, tai biến mạch máu não… Mặc dù có nhiều tiến

bộ trong việc chăm sóc bệnh nhân có nguy cơ cao, nhưng điều trị loét do tì đè vẫn là thách thức đối với y học [1]

Hình 1.1 Loét tì đè ở vùng xương cụt [2]

Hình 1.2 Loét tì đè ở vùng gót chân [2]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

2

Hình 1.3 Loét tì đè ở vùng mông [2]

Loét điểm tỳ là biến chứng hay gặp ở những bệnh nhân: liệt hai chi dưới do viêm nhiễm ở tủy, do tủy bì chèn ép, u tủy, gãy cột sống cổ, lưng gây liệt tủy… ; suy kiệt do nằm lâu vì tai biến mạch não, gãy cổ xương đùi…

Loét hay ở chỗ bị tỳ đè: xương cùng cụt, mấu chuyển lớn, mắt cá, gót, xương chầm, sau đầu Biến chứng loét xuất hiện sớm, nặng lên khá nhanh, đường kính có thể vài cm đến 20-25cm, sâu tới xương cùng [1]

Hình 1.4 Các vị trí chịu loét trên người [3]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

3

Hình 1.5 Các vị trí loét tương ứng với các tư thế của bệnh nhân [3]

1.1.2 Nguyên nhân gây ra loét tì đè

Nguyên nhân chính là do tì đè, thường gặp ở bệnh nhân bị liệt 2 chi dưới, liệt tứ chi, tổn thương cột sống, suy dinh dưỡng, những người khó có khả năng xoay trở thay

đổi tư thế, gãy cột sống có liệt tủy…

- Bị tì đè: Các nguyên nhân gây tì đè kéo dài có áp lực cao hơn áp lực mao mạch (32 mmHg) đều gây thiếu máu tổ chức và chết tế bào Tổ chức phần mềm bị chèn ép một thời gian dài giữa hai bình diện: xương sát da và bề ngoài da tiếp xúc giường, ghế,

xe lăn

- Da bị ẩm: Bệnh nặng, săn sóc khó, bẩn do nước tiểu hay phân, mồ hôi của bệnh nhân

- Viêm nhiễm: Rối loạn tại chỗ

- Rối loạn thần kinh giao cảm, mất chi phối thần kinh, mất trương lực mạch máu

- Mất cảm giác bảo vệ, không còn nhận biết, mỏi do nằm lâu, tê, lạnh, ẩm ướt

- Toàn thân nuôi dưỡng không đủ, tăng nhanh loét ở người già, suy kiệt, thiếu vitamin

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

4

Nguyên nhân do tì đè là nguyên nhân chủ yếu Đầu tiên, hiện tượng giãn mạch xuất hiện quanh vùng tổn thương, hiện tượng này có thể hồi phục nếu loại bỏ nguyên nhân chèn ép, tì đè Nếu nguyên nhân tì đè không bị loại bỏ, tổn thương tổ chức sẽ không phục hồi dẫn đến các tổn thương tổ chức tại chỗ ngay phía dưới nơi bị tì đè [1]

1.1.3 Phân loại loét tì đè

a Phân loại theo vị trí

tì đè tại chỗ

- Giai đoạn 2

Đỏ da và phù nề tại chỗ tăng lên, các bọng nước vỡ, xuất hiện vùng đỏ da xung quanh tổn thương cùng với hiện tuợng viêm da tại chỗ Da bị tổn thương dễ bị bội nhiễm hay nhiễm trùng thứ phát Nếu tổn thương lớn hơn 1cm, quá trình tự liền vết thương rất khó

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

- Độ 3: Loét toàn chiều dày da

- Độ 4: Sâu toàn bộ da, có hang hốc đến cơ xương khớp

Loại 1, 2 săn sóc lành được Loại 3, 4 phải mổ

1.1.4 Các nguyên tắc chống loét

Loét do tì đè là hậu quả của quá trình bị tì đè kéo dài gây thiếu máu nuôi tổ chức

và chết tế bào, thường xảy ra ở các bệnh nhân mắc các bệnh mãn tính khác, bên dưới ổ loét là xương Vì vậy điều trị loét do tì đè rất khó khăn, cần có sự kết hợp của nhiều chuyên khoa

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

da

b Điều trị ngoại khoa các tổn thương do tì đè

1- Nguyên tắc chung để điều trị

Phải kết hợp điều trị toàn thân với điều trị tại chỗ; giải quyết tốt các rối loạn về dinh dưỡng, điện giải, các ổ nhiễm trùng, các nguồn lây nhiễm do can thiệp ngoại khoa…

Chăm sóc tại chỗ nhằm loại bỏ tổ chức hoại tử, tổ chức mủ, tạo điều kiện cho quá trình liền sẹo tự nhiên

Điều trị ngoại khoa phải theo nguyên tắc loại bỏ tổ chức hoại tử, cắt xương và đóng kín vết loét

Trong trường hợp loét sâu và gây viêm xương

Cân nhắc trong những trường hợp cắt xương có thể ảnh hưởng đến vận động…

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

7

4- Che phủ vùng loét

Các phương pháp tạo hình phải phù hợp với tình trạng chung của bệnh nhân Việc lựa chọn kỹ thuật không chỉ phụ thuộc vào kích thước, vị trí, độ sâu của ổ loét mà còn phải tính đến các hậu quả có thể xảy ra

Khâu trực tiếp không phải là giải pháp tốt vì dễ để lại khoảng chết phía dưới, một nguy cơ tái phát cao

Ghép da chỉ được áp dụng trong 30% trường hợp và tổn thương khu trú, nông Các phương pháp chính vẫn là sử dụng các vạt da cân, vạt da cơ để che phủ các ổ loét rộng, ưu điểm của các vạt da cơ là cung cấp lượng lớn tổ chức có nguồn cấp máu nuôi tốt, tính chất tổ chức ổn định, giảm đến mức tối thiểu các biến đổi chức năng ở vùng kế cận [1]

Kết luận

Loét do tì đè là hậu quả của quá trình bị tì đè kéo dài gây thiếu máu nuôi tổ chức

và chết tế bào, thường xảy ra ở những bệnh nhân mắc các bệnh mãn tính khác, bên dưới ổ loét là xương Vì vậy điều trị loét do tì đè rất khó khăn, và cần có sự kết hợp của nhiều chuyên khoa

1.2 TỔNG QUAN VỀ GIƯỜNG CHỐNG LOÉT

Từ lâu, người ta đã nhận ra tầm quan trọng của giường y tế trong việc điều trị tại các bệnh viện, phòng khám cũng như nghỉ dưỡng tại nhà Giường y tế đóng vai trò rất quan trọng trong các thiết bị y tế do phần lớn thời gian điều trị của bệnh nhân tiếp xúc với giường bệnh Sự thoải mái mà giường y tế mang lại cho người bệnh cũng như tính tiện lợi cho người chăm sóc đem lại khả năng phục hồi nhanh hơn cho người bệnh và giảm thiểu chi phí điều trị Vì lí do đó, việc nghiên cứu, chế tạo các loại giường y tế phục vụ nhu cầu khám chữa bệnh hiện nay là đỏi hỏi bắt buộc đối với thế giới và cấp thiết đối với Việt Nam

Giường y tế ngày càng được phát triển cả về chủng loại lẫn chất lượng Tùy vào yêu cầu mỗi loại đối tượng bệnh nhân mà giường được thiết kế với những chức năng phù hợp Đối với các bệnh nhân đã mắc hay có nguy cơ mắc bệnh loét tì đè thì việc lựa

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

8

chọn giường thích hợp gặp nhiều khó khăn hơn Hiện tại, các loại giường chưa đáp ứng được yêu cầu đặt ra là giúp phòng tránh cũng như hỗ trợ bệnh nhân bị loét tì đè

1.2.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển giường y tế chống loét trên thế giới

Hiện nay, rất nhiều các loại sản phẩm giường y tế xuất hiện trên thị trường với nhiều chủng loại cũng như các mức giá cả khác nhau Nhiều công ty lớn đã khẳng định được chất lượng sản phẩm của mình Đa số các giường này thay đổi tư thế của bệnh nhân từ nằm sang ngồi kết hợp với nâng hạ 2 chân

1 Một số giường y tế đa năng trên thế giới

Hình 1.6 Giường y tế đa năng của hãng SAIKANG [4]

Hình 1.7 Giường y tế đa năng của hãng KANGSHEN [4]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

9

Hình 1.8 Giường y tế đa năng của hãng A2Z Medical Supplies [4]

Phần lớn các giường y tế đa năng trên được thiết kế với kiểu dáng sang trọng, tạo cảm giác thoải mái cho bệnh nhân Các giường này có thể thay đổi tư thế cho bệnh nhân từ nằm sang ngồi, nâng hoặc co dũi phần chân Có giường còn thay đổi được cả chiều cao Tất cả được điều khiển thông qua qua remote Ngoài ra, giường còn được trang bị cơ cấu vách ngăn hai bên có thể xếp gọn hay tháo rời và cơ cấu bánh xe đề di chuyển giường dễ dàng

Đánh giá khả năng chống loét

Để phòng tránh cũng như hỗ trợ điều trị loét do tì đè, một nguyên tắc cơ bản là phải thường xuyên thay đổi vị trí tiếp xúc giữa bệnh nhân và mặt giường Tuy nhiên, các loại giường trên chỉ hỗ trợ bệnh nhân trong việc ngồi hoặc nằm, không thay đổi điểm tiếp xúc nhiều Vì vậy, công dụng các giường này còn rất hạn chế trong việc phòng ngừa và điều trị loét tì đè

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

10

2 Giường y tế với chức năng lật ngang

Hình 1.9 Giường y tế đa năng DCN healthcare-08 [5]

Thông số của giường:

- Kích thước: 2000 × 900 × 550mm

- Khung giường bằng thép hợp kim chất lượng cao và nhựa ABS, độ bền cao, tránh ăn mòn hóa chất y tế trong khi sử dụng

- Các cạnh giường bệnh (bằng nhựa ABS) có thể tháo dỡ dễ dàng, hai bên lan can

có thể gấp gọn đơn giản chỉ bằng 1 thao tác

- Bánh xe giường bệnh dễ dàng di chuyển và không gây tiếng ồn

- Đặc biệt, giường có thể lật ngang bệnh nhân giúp phần lưng được thông thoáng, tránh tì đè lâu

Đánh giá khả năng chống loét

Đây coi như là một thiết kế phù hợp trong việc phòng chống loét tì đè cho những bệnh nhân nằm lâu ngày, không có khả năng trở mình Nhờ vào cơ cấu lật ngang mà bệnh nhân có thể lật nghiêng sang trái hay sang phải, thay đổi các điểm tiếp xúc giữa lưng, hông của bệnh nhân và giường Điều này giúp máu huyết lưu thông, phần lưng thông thoáng, tránh một điểm nào đó bị tì đè thời gian dài

Tuy nhiên, một nhược điểm trong cơ cấu nâng này là nó không tác động vào toàn

bộ phần lưng của bệnh nhân mà chỉ tác động vào một bên Do đó, trong quá trình nâng bệnh nhân rất dễ bị trượt, không nâng được, phần lực tác động vào một bên lưng dẫn đến sự khó chịu cho người bệnh Hơn nữa, góc nghiêng tối đa một bên được 450, với

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

11

góc nâng này, phần lưng của bệnh nhân và mặt giường chưa thể tách rời nhau được,

lưng bệnh nhân vẫn còn tiếp xúc với mặt giường

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển giường y tế chống loét ở Việt Nam

Nhìn chung các loại giường y tế đa năng do Việt Nam chế tạo vẫn chủ yếu là cơ khí thuần túy, ít tính năng hoạt động, đơn giản nên chưa đáp ứng được nhu cầu giường rất lớn trong nước hiện nay Việc nghiên cứu và phát triển các loại giường đa năng mới được chú trọng gần đây

Một số giường y tế đã được nghiên cứu và phát triển trong nước

1- Giường cấp cứu đa năng “ Made in Vietnam”

Hình 1.10 Giường cấp cứu đa năng của Việt Nam [6]

Sáng chế của ông Phạm Vĩnh Thịnh Với 13 chức năng như quay ở mọi vị trí, nâng đầu, thân thiết bị này đã giúp các bác sĩ thuận tiện hơn trong điều trị các bệnh nhân nặng Qua thử nghiệm tại 21 bệnh viện, loại giường nằm đa năng 4 tay quay này đã được các bác sĩ và bệnh nhân đánh giá cao bởi tính tiện lợi, dễ sử dụng, phù hợp với hoàn cảnh kinh tế (chỉ bằng 1/3 giá giường nhập ngoại) [6]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

12

2- Một số giường y tế khác sản xuất tại Việt Nam

Hình 1.11 Giường inox nâng đầu bằng tay [4]

Hình 1.12 Giường inox 1 tay quay nâng đầu [4]

Hình 1.13 Giường inox 2 tay quay [4]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

13

3- Giường chống hoại tử

Hình 1.14 Giường chống hoại tử cho người nằm bất động

của KS Nguyễn Long Uy Bảo [7]

Với kết cấu thông minh là cơ cấu cài răng lược của các nan giường, sáng chế này

có thể giúp người chăm sóc thay ga trải giường bệnh nhân thuận tiện dễ dàng hơn nhiều mà bệnh nhân không cần phải di chuyển để chịu nhiều đau đớn, không ảnh hưởng đến tư thế nằm của bệnh nhân và thậm chí bệnh nhân vẫn có thể ngủ yên trong lúc thay Ngoài ra, chiếc giường này còn có thể nâng lên và hạ xuống phần đầu, chân của bệnh nhân một cách tùy ý Đặc biệt, khả năng chuyển động của các nan giường giúp người bệnh không phải tiếp xúc quá lâu với một điểm nào đó, giúp giảm nguy cơ hoại tử cho những người nằm lâu ngày

4- Giường chống loét tì đè – Đề tài luận văn tốt nghiệp KS Đào Lê Văn

Hình 1.15 Mô hình giường chống loét trong Solidworks [8]

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

- Các kích thước phù hợp với nhu cầu cũng như thể trạng người Việt Nam

 Khuyết điểm:

- Vị trí đặt ben đội chưa hợp lý vì vậy không phát huy được hết công suất của ben, mặt giường bị rung khi nâng

- Cơ cấu của giường được hàn chặt, không tháo lắp được

- Vách ngăn 2 bên được gắn chặt, không linh hoạt, khó khăn khi đưa bệnh nhân

ra vào giường

- Giường được gắn 4 bánh xe có khóa giúp việc di chuyển giường được dễ dàng Tuy nhiên, chính điều này làm cho giường dễ bị trượt khi bị tác động, độ cứng vững không cao, gây khó chịu cho bệnh nhân

- Toàn bộ quá trình điều khiển là điều khiển vòng hở (ON-OFF), thực hiện bằng tay thông qua remote có sẵn, không có tính tự động

1.3 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

Sau khi tìm hiểu về bệnh loét tì đè, giường y tế và phân tích ưu khuyết điểm LVTN của KS Đào Lê Văn với đề tài Thiết kế và chế tạo giường chống loét, đề tài này sẽ tiếp tục tính toán, thiết kế và hoàn thiện sản phẩm thực tế để thử nghiệm giường chăm sóc các bệnh nhân có nguy cơ bị loét tì đè

Các vấn đề chính luận văn tập trung giải quyết:

- Tìm hiểu và phân tích các cơ cấu nâng hạ giường theo phương ngang, lựa chọn

và thay thế cơ cấu thích hợp hơn

- Tìm hiểu và lựa chọn các bộ phận dẫn động phù hợp

- Tìm hiểu, phân tích, lựa chọn và thiết kế cơ cấu vách ngăn (lan can) 2 bên giường

CHƯƠNG 1: BỆNH LOÉT TÌ ĐÈ VÀ GIƯỜNG Y TẾ CHỐNG LOÉT TÌ ĐÈ

15

- Tìm hiểu, phân tích, lựa chọn và thiết kế cơ cấu bánh xe có thể nâng để di chuyển giường

- Thiết kế cơ khí của giường sao cho có thể tháo lắp dễ dàng

- Tính toán, thiết kế nguồn, mạch công suất và mạch điều khiển cho giường

- Xây dựng giải thuật điều khiển, các chế độ hoạt động bằng tay và tự động cho giường

- Chế tạo sản phẩm và thử nghiệm hoạt động của giường

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

17

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ

- Giường được thiết kế theo vóc dáng người Việt Nam, chiều dài 2000mm, chiều

rộng 1200mm và chiều cao 550mm

- Giường có thể tháo lắp linh hoạt

- Giường chịu được tải trọng 150kg

- Có hai mặt giường rời, đan xen so le vào nhau Mỗi mặt giường có thể quay lên được 700

-Giường có cơ cấu vách ngăn hai bên, có thể xếp gọn để di chuyển bệnh nhân ra vào giường được dễ dàng và có thể tháo rời nếu không sử dụng

- Giường có cơ cấu bánh xe đẩy, có thể nâng giường lên khi cần di chuyển giường

2.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU LẬT NGANG CỦA GIƯỜNG

2.2.1 Đề xuất phương án lật ngang của giường

1- Phương án 1

Hình 2.1 Phương án lật ngang 1

 Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản

- Chiếm ít không gian bên dưới

 Nhược điểm:

- Góc quay tạo ra nhỏ

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

- Chiếm không gian theo chiều ngang, khó bố trí cơ cấu

- Đòi hỏi lực nâng lớn do lực đặt gần tâm quay

- Độ cứng vững không cao

3- Phương án 3

Hình 2.3 Phương án lật ngang 3

Ưu điểm:

- Độ cứng vững cao khi nâng bệnh nhân cao

- Con trượt có thể dẫn động dễ dàng, có khả năng điều chỉnh góc và độ cao mặt giường di động linh hoạt

Nhược điểm:

- Góc quay tạo ra nhỏ

- Đòi hỏi hành trình con trượt phải dài để tạo được góc nâng cho giường lớn

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

19

4- Phương án 4

Hình 2.4 Phương án lật ngang 4

Ưu điểm:

- Góc nâng tạo ra lớn theo hành trình của cơ cấu tuyến tính

- Độ cứng vững cơ cấu khi nâng và khi giữ góc nâng cao

- Lực được phân bố đều trên các gối đỡ

2.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

2.3.1 Truyền động bằng động cơ điện

Truyền động bằng động cơ điện đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành kỹ thuật vì những ưu điểm nổi bật của nó như: điều khiển đơn giản, không ảnh hưởng đến

môi trường xung quanh, kích thước phù hợp, ít ồn khi hoạt động

Muốn sử dụng động cơ điện thì cần kết hợp với hộp giảm tốc và một cơ cấu biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

20

Phương án truyền động bằng động cơ điện kết hợp với hộp giảm tốc

1 Cơ cấu vít me-đai ốc

 Ưu điểm:

- Cơ cấu tuyến tính, dễ điều khiển

- Khả năng chịu tải cao

- Kích thước phù hợp

- Giá thành thấp hơn vít me đai ốc bi

 Nhược điểm:

- Mất mác do ma sát lớn, ren mau mòn

- Hiệu suất truyền động thấp

2 Cơ cấu vít me-đai ốc bi

 Ưu điểm:

- Cơ cấu tuyến tính, dễ điều khiển

- Dùng được cho nhiều cấp độ vận tốc

- Chỉu tải kém hơn vít me đai ốc thường

3 Cơ cấu thanh răng bánh răng

 Ưu điểm:

- Cơ cấu tuyến tính, dễ điều khiển

- Khả năng chịu tải lớn, truyền công suất lớn

- Tỉ số truyền ổn định, hiệu suất cao

- Tuổi thọ cao

 Nhược điểm:

- Chế tạo phức tạp

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

21

- Ồn khi hoạt động

- Đòi hỏi độ chính xác cao

4 Cơ cấu tay quay- con trượt

 Ưu điểm:

- Thích hợp cho vận tốc và chuyển vị nhỏ

- Độ chính xác cao

 Nhược điểm:

- Cơ cấu không tuyến tính, khó điều khiển hơn

- Nếu hành trình lớn thì đòi hỏi đường kính đĩa quay phải lớn, cơ cấu cồng kềnh

- Cần phải bộ phận giảm tốc với độ chính xác cao

2.3.2 Truyền động bằng động cơ tuyến tính

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

- Không tốn nhiều chi phí chế tạo sản phẩm

- Kết cấu đơn giản

 Khuyết điểm:

- Tốn sức người vận hành

- Không thể tự động hóa

2.3.6 Kết luận

Sau khi phân tích, đánh giá các ưu nhược điểm và xem xét các điều kiện thực tiễn,

ta chọn bộ truyền động bằng động cơ điện kết hợp với cơ cấu vít me đai ốc để nâng hạ giường Và trên thực tế có nhiều sản phẩm linear actuator đã được thương mại

Hình 2.5 Cấu tạo của một linear actuator [9]

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

24

 Đánh giá phương án:

- Thiết kế đơn giản

- Độ chắc chắn cao

- Có thể thay đổi chiều cao mong muốn

- Chiếm không gian khi không sử dụng

- Cần một cái khóa để cố định vị trí khi sử dụng

3- Phương án 3

Hình 2.8 Phương án vách ngăn 3

 Đánh giá phương án:

- Có thể gấp gọn khi không sử dụng, không gây trở ngại

- Kết hợp thêm một cái khóa để giữ chặt cơ cấu khi đang sử dụng

2.4.2 Kết luận

Sau khi phân tích, đánh giá các phương án, ta chọn phương án số 3

2.5 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU BÁNH XE NÂNG GIƯỜNG

2.5.1 Yêu cầu thiết kế

- Nếu không có nhu cầu di chuyển, giường sẽ được cố định nhờ 4 chân giường

- Nếu có nhu cầu di chuyển, hệ thống bánh xe sẽ nâng giường lên để việc di chuyển được dễ dàng

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

25

- Lực tác dụng vào cơ cấu nâng nhỏ, cơ cấu đơn giản, hiệu quả

2.5.2 Đề xuất cơ cấu nâng giường

- Cần hai ben đội, cơ cấu phức tạp

- Đòi hỏi điều khiển hai ben đội hợp lý để tránh bị nghiêng khi nâng

2- Phương án 2

Hình 2.10 Phương án nâng giường 2 [10]

Sáng chế của John L.Edgerton

 Đánh giá phương án:

- Có thể nâng giường lên một khoảng lớn

- Dễ liên kết với các khâu tương tự tạo nên 1 hệ thống nâng thống nhất

- Đòi hỏi lực nâng lớn, cần có ben đội hỗ trợ

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

26

3- Phương án 3

Hình 2.11 Phương án nâng giường 3

 Đánh giá phương án:

- Tạo được khoảng nâng nhỏ khoảng 10mm

- Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Dễ liên kết với các khâu tương tự tạo nên 1 hệ thống nâng thống nhất

- Lực tác động vào không quá lớn, có thể thực hiện bằng chân

2.5.3 Kết luận

Sau khi phân tích, đánh giá các phương án và dựa trên những tiêu chí của yêu cầu thiết kế, ta chọn phương án 3

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

37

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 3.1 THIẾT KẾ KHUNG GIƯỜNG

3.1.1 Lựa chọn cơ cấu dẫn động linear actuator

Sử dụng ben đội của hãng TIANSHUN

Hình 3.1 Linear actuator của hãng TIANSHUN Các thông số của ben đội:

- Lực nâng: 6000N

- Lực hãm: 4000N

- Hành trình: 155mm

- Chiều dài nhỏ nhất (giữa 2 tâm quay): 320mm

- Chiều dài lớn nhất (giữa 2 tâm quay): 475mm

- Input voltage: 110V-220VAC

- Output power: 24VDC 50VA

- Nhiệt độ làm việc: -250C đến 630C

- Ben đội được thiết kế cơ cấu tự lựa để đảm bảo cân bằng khi hoạt động

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Góc ampha (α): Góc hợp giữa BC và AC

Góc beta (β): Góc hợp giữa AB và AC

Dựa trên các phân tích hình học, ta có hệ phương trình sau:

320 cos 190, 4 cos 494, 2 (3.1)320sin 190, 4sin 0 (3.2)

(320 ) cos 190, 4 cos 494, 2 (3.3)(320 ) sin 190, 4sin 0 (3.4)

x x

Sau khi có góc α, ta dễ dàng tính được góc β thông qua công thức (3.5)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

40

Phần 2

Hình 3.3 Thông số phần 2

Mô tả:

AD: Chiều dài thanh nâng 1

DE: Chiều dài thanh nâng 2

EF: Chiều ngang một bên của mặt giường

AG: Khoảng cách theo phương ngang giữa gối tựa của thanh nâng 1 và gối tựa mặt giường

FG: Khoảng cách theo phương thẳng đứng giữa gối tựa của thanh nâng 1 và gối tựa mặt giường

Góc beta phẩy (β’): Góc giữa AD và phương ngang

Quan hệ giữa β và β’:

β’ = β - 160 Góc gama (γ): Góc giữa thanh nâng 2 và phương ngang

Góc delta (δ): Góc nâng của mặt giường

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

41

Dựa trên các phân tích hình học, ta có hệ phương trình sau:

' '

350sin 350sin 590sin 38 (3.9)

350 cos 590 cos 590 350 cos (3.10)

350sin 590sin 38 350sin (3.11)

350 cos 590 cos 590 350 cos (3.12)

590 350 cos (3.13)

38 350sin (3.14)

A B

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

42

Kết quả tính toán trên Matlab

Hình 3.4 Kết quả tính toán trên Matlab

3.1.3 Tính lực nâng tối đa cho ben đội

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán lực nâng ben đội

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

43

Theo sơ đồ tính toán trên, để nâng được mặt giường, ta có:

F AB    Trong đó:

F: lực nâng của ben đội

Hình 3.6 Kết quả tính toán lực nâng F’ trên Matlab

Theo kết quả trên, lực nâng tối đa cần thiết F’max=770 N

Ta chọn ben đội ban đầu có lực nâng tối đa là 6000 N

 Ben đội hoạt động tốt trong thiết kế này

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý vách ngăn hai bên giường

Vách ngăn được thiết kế dựa trên nguyên lý hình bình hành, do đó nó có thể xếp gọn dễ dàng

Điều kiện xếp tối đa: a=b

Từ các yêu cầu thiết kế cũng như điều kiện xếp tối đa, ta chọn a=b=250mm

3.3 THIẾT KẾ CƠ CẤU BÁNH XE NÂNG GIƯỜNG

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

- Các thông số còn lại như trên sơ đồ

Để nâng được giường, ta có:

Vậy chiều dài cần đạp là 110 mm