THIẾT kế và TÍNH TOÁN hệ THỐNG hỗ TRỢ CHUYỂN NGƯỜI KHUYẾT tật CHÂN TRONG HOẠT ĐỘNG đời SỐNG

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHUYỂN NGƯỜI KHUYẾT TẬT CHÂN TRONG HOẠT ĐỘNG ĐỜI SỐNG Nguyễn Thành Trung , Nguyễn Ngọc Kiên Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÓM TẮT

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHUYỂN NGƯỜI KHUYẾT TẬT CHÂN TRONG HOẠT ĐỘNG ĐỜI SỐNG

Nguyễn Thành Trung , Nguyễn Ngọc Kiên

Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT :

Hiện nay, Việt Nam là một trong những nước

có số lượng người bị chấn thương dẫn đến mất

khả năng di chuyển lớn trên thế giới Cuộc sống

của những người này sẽ phải phụ thuộc nhiều

vào chiếc xe lăn trong nhu cầu di chuyển đi lại

Tuy nhiên, trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày,

để chuyển từ thiết bị xe lăn này với các vị trí khác

như: giường, bàn làm việc, nhà vệ sinh, xe ô tô,…

thì họ phải thực hiện bằng đôi tay hoặc nhờ sự trợ giúp của người xung quanh Bài báo này đề xuất thiết kế phiên bản đầu nhằm hỗ trợ người tàn tật cũng như người thân của họ trong nhiệm vụ này Yêu cầu và ý tưởng thiết kế sẽ được đưa ra đầu tiên Sau đó, quá trình tính toán, kiểm nghiệm hệ thống được tiến hành

Từ khóa: hỗ trợ chuyển, người khuyết tật, xe lăn, thiết kế và tính toán

1 GIỚI THIỆU

Việt Nam là một trong những quốc gia có tỷ lệ

người tàn tật cao trên thế giới, chiếm 7,8% dân số

[1] Nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ cao này là do

những hậu quả to lớn để lại từ 2 cuộc kháng chiến

bảo vệ đất nước Ngoài ra, hằng năm số vụ tai

nạn giao thông xảy ra cũng không hề nhỏ Con số

thống kê năm 2016 có gần 9000 người chết và

hơn 21000 người bị thương do tai nạn giao thông

[1] Một số không nhỏ những người chịu ảnh

hưởng này sau đó không còn khả năng di chuyển

bằng chân nữa, và thiết bị thường ngày giúp họ di

chuyển sẽ là nạng, là xe lăn,…

Xe lăn là thiết bị hỗ trợ rất phổ biến và hữu

hiệu cho người tàn tật chân trong quá trình di

chuyển đi lại Tuy nhiên, để chuyển giữa xe lăn

với các vị trí khác trong hoạt động đời sống hằng

ngày như: lên/xuống giường, lên/xuống bồn cầu

vệ sinh, lên/xuống xe ô tô,… thì đa số người tàn

tật phải tự mình thực hiện bằng đôi tay của mình

hoặc nhờ sự trợ giúp của người thân Đối với

những người khuyết tật chân (NKTC) mà có đôi

tay không được khỏe mạnh lắm thì công việc này

sẽ rất khó khăn Sự trợ giúp của người thân

đối với những bệnh nhân này sẽ là lựa chọn cho

họ Tuy nhiên điều này sẽ gây nhiều bất tiện đặc biệt về khối lượng nặng nhọc của công việc Xuất phát từ thực tế này, chúng tôi đã đề xuất phiên bản đầu tiên của cơ cấu hỗ trợ di chuyển NKTC trong hoạt động hằng ngày Thiết bị này thực tế trên thế giới đã có và được thương mại hóa như Molift [2] Tuy nhiên, chi phí để người Việt có thể tiếp cận được là một trở ngại lớn đối với các thiết bị này Hiện tại, theo tìm hiểu của tác giả thì trong nước chưa có nghiên cứu cũng như sản phẩm thương mại nào được sử dụng trong lĩnh vực này Xuất phát từ nhu cầu này, nhóm tác giả đã nghiên cứu, đề xuất thiết kế và tính toán thiết bị hỗ trợ này

Trong bài báo này, trước hết tác giả sẽ trình bày về những yêu cầu cơ bản của thiết bị Sau đó

đề xuất phương án thiết kế cơ khí để đảm bảo chức năng hoạt động của hệ thống Tiếp đến, quá trình tính toán, kiểm nghiệm được thực thi để đảm bảo các yêu cầu về tải trọng và đặc biệt là vấn đề

an toàn cho thiết bị Kết luận của bài báo sẽ trình bày một số nhược điểm, hướng nâng cấp và sản xuất thử nghiệm cho mô hình

11 12 13

14

2 Yêu cầu thiết kế và phương pháp đề xuất

Mô hình trợ giúp chuyển NKTC không nên sử

dụng để di chuyển người khuyết tật Nó chỉ nên

được sử dụng để chuyển NKTC giữa các bề mặt

trong khoảng cách nhỏ, trên nền, sàn bằng phẳng

Thiết bị cũng không nên sử dụng cho những cá

nhân mất khả năng giữ cân bằng khi ngồi thẳng

đứng trên xe lăn hoặc ở mép giường Để thuận lợi

cho quá trình thiết kế, sau đây là một số yêu cầu

cho mô hình:

1 Khối lượng người được chuyển tối đa 120

kg

2 Lực tối đa phải sử dụng là 3 kg lực để nâng hạ NKTC

3 Lực nâng hạ thực hiện bằng người trợ giúp

4 Kích thước của thiết bị phù hợp với xe lăn

có kích thước tiêu chuẩn với bề rộng xe

550

5 Hành trình nâng hạ tối đa của thiết bị là

500

6 Thiết bị được gấp gọn khi không sử dụng

7 Đảm bảo an toàn khi nâng, chuyển NKTC

Từ những yêu cầu nêu trên cho thiết bị, ta

nhận thấy tỉ số truyền yêu cầu cho thiết bị khá lớn

(n = 40), điều này gợi ý cho chúng ta sử dụng một

số cơ cấu có tỉ số truyền cao như: trục vít bánh vít,

bộ truyền bánh răng hành tinh… Bên cạnh đó,

xuất phát từ yêu cầu của thiết bị là sử dụng người

trợ giúp để quay thiết bị từ đó sinh dịch chuyển

cho NKTC lên/xuống khỏi xe lăn, cơ cấu kết hợp

giữa bộ truyền bánh răng hành tinh kết nối với cơ

cấu truyền động vít me đai ốc thường được đề

xuất để thực hiện nhiệm vụ

Dựa vào tỉ số truyền trên ta phân bổ tỉ số

truyền sơ bộ n=n1.n2 Trong đó n1 = 10 là tỷ số

truyền của bánh răng hành tinh, còn n2 = 4 là tỷ số

truyền của vít me-đai ốc Từ đó ta sẽ đi tính toán

để chọn được các thông số trục vít phù hợp để

đảm bảo về tải, và an toàn cho người sử dụng tức

Sau khi dựa vào kích thước của xe lăn, khoảng nâng tối đa của thiết bị, kết cấu truyền động đã được lựa chọn trên thì kết cấu hoàn thiện của hệ thống được thể hiện như trong Hình 1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống khá đơn giản: dựa vào kịch bản trong quá trình sử dụng ta

có một số trường hợp sau:

1 Chuy ển NKTC từ giường lên xe lăn và ngược lại : NKTC phải tự di chuyển đến mép

giường, ngồi lên tấm ngồi của cơ cấu treo (sitting sling) Thiết bị được đưa đến mép sát giường, cho

2 chân của thiết bị vào gầm giường, khóa bánh xe

9 cố định vị trí lại, quay cần 4 để hạ tay nâng 1 xuống Sau đó dây nâng (split sling) nối với tấm ngồi được móc vào 6 điểm của 2 tay nâng 1 Sau khi điều chỉnh ổn định, đúng trọng tâm NKTC với

Hình 1 Kết cấu của cơ cấu trợ giúp chuyển NKTC

9

4

1

2

0

NKTC lên Khi NKTC rời khỏi mặt phẳng giường,

người trợ giúp mở khóa bánh 9 ra, đẩy thiết bị ra

chỗ trống 1 đoạn vừa đủ không gian để cho xe lăn

vào khoảng trống giữa 2 chân thiết bị Người trợ

giúp khóa bánh 9 lại, sau đó vừa quay tay 4 để hạ

NKTC xuống, vừa chỉnh vị trí cho chính xác Cần

lưu ý rằng, khi NKTC được nâng trên thiết bị thì

chân của họ sẽ được đặt tại chân đế 20

Kịch bản chuyển NKTC từ xe lên bồn cầu:

các thao tác tương tự như kịch bản 1 Điểm khác

biệt là thay tấm ngồi của cơ cấu treo dạng có lỗ thông để thuận lợi cho NKTC không phải rút tấm

ra khi đi vệ sinh và lót tấm vào khi muốn nâng NKTC trở lại xe lăn

2 K ịch bản chuyển NKTC lên/xuống xe:

Thực hiện tương tự như kịch bản từ giường lên xe

và ngược lại

Để đáp ứng yêu cầu gấp gọn thiết bị khi không

sử dụng, ta sử dụng kết cấu gập lại cho 2 chân, đồng thời 2 tay nâng 1 cũng xoay gập gọn lại như trong Hình 2

Một lưu ý nhỏ nữa trong thiết kế của hệ thống

nâng chuyển NKTC này nữa là, để giảm tác dụng

lực dọc trục vít khi nâng/hạ NKTC thì hệ thống sử

dụng vai 13 Nguyên nhân là nếu chúng ta để lực

dọc trục truyền qua nối trục và tác dụng trực tiếp

vào hộp giảm tốc thì hộp giảm tốc sẽ không chịu

được lực dọc trục lên tới 1200 N

3 Tính toán kiểm nghiệm bền và an toàn thiết

bị

3.1 Kiểm nghiệm cho một số chi tiết chính

a Thân chính

Theo Hình 3 và Hình 4.a, trọng lực P khi đưa

về thân trụ chính tạo thành lực hướng tâm N và

moment M1

N = P = 120 kg = 1200 N

Hình 3 Mô hình tính toán của thiết bị

Hình 2 Trạng thái gấp gọn của thiết bị

Moment lớn nhất: Mmax = 660 Nm = 660000

N.mm

Riêng thân dưới chịu thêm lực nén hướng tâm

N = 1200 N

[ ]

b) Tay nâng Theo Hình 4.b, tương tự ta tính toán cho tay nâng

[ ]

[ ]

Ứng suất tiếp do moment xoắn sinh ra:

( )

( )

Ứng suất tương đương là: √ √

[ ]

Hoàn toàn tương tự ta tính toán lực, vẽ biểu đồ moment và kiểm nghiệm cho các chi tiết còn lại như trong Hình 4.c và 4.d 3.2 Tính toán, kiểm tra tính tự hãm của trục vít Dựa vào tài liệu [3][4] với thông số Thép C45: [ ]= 500~~640 N/mm2 Trục vít chịu lực nén N= 1000N 

√ [ ]

 √

=> Chọn sơ bộ d = 25 mm

 Ứng suất tiếp:

 Ứng suất tương đương: √ √

[ ]

Bước ren :

Lấy pz=10 mm Kiểm tra tính tự hãm:



 Đủ khả năng tự hãm

4 Kết luận

Bài báo đã trình bày về quá trình thiết kế, tính toán thiết bị chuyển NKTC trong các hoạt động đời sống hàng ngày Thiết bị được thiết kế đảm bảo khả năng nâng NKTC có trọng lượng tính toán

120 kg bằng 1 lực 3 kg Quá trình tính toán, kiểm nghiệm đảm bảo cho thiết bị làm việc an toàn Ngoài ra, việc chọn thông số vít me phù hợp đã đảm bảo an toàn cho NKTC trong quá trình chuyển

Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu sẽ là chế tạo và thử nghiệm sản phẩm Mô hình sẽ được chế tạo, láp ráp, treo tải trọng lên để thực hiện các di chuyển nhất định Liên quan tới vấn đề thương mại hóa cho sản phẩm cũng là một bài toán cần đặt ra Hiện tại, nhóm tác giả tính toán chi phí và đã có so sánh với mẫu thương mại Model 1000 của LLC thì chi phí bằng ½ Trong tương lai nếu đưa vào sản xuất hàng loạt chắc chắn sẽ có thể giảm giá xuống nhiều nữa

TAI LIỆU THAM KHẢO

http://cand.com.vn/Xa-hoi/dam-bao-quyen-va-loi-ich-cua-nguoi-khuyet-tat-375574/

http://nld.com.vn/thoi-su-trong-nuoc/8685-

nguoi-chet-vi-tai-nan-giao-thong-nam-2016-20170104101534277.htm

[2] https://www.etac.com/products/hoists-and-slings/mobile-hoists/

[3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển Tính toán hệ dẫn

động cơ khí Nhà xuất bản giáo dục

[4] Đặng Việt Cương, Sức bền vật liệu toàn tập

Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật

DESIGN AND CALCULATE THE TRANSFER AID DEVICE FOR THE

LOWER LIMB DISABILITY PEOPLE IN DAILY LIVING

ABSTRACT :

Currently, Vietnam is one of countries which

has high number of injured people leading to loss

of the ability of locomotion The lives of these

people depend heavily on the wheelchair in the

need of travel However, in daily life in order to

move from wheelchair equipment to other places

such as bed, desk, toilet, car they have to do by

their hands or thanks to the help of people around This article proposes the early version design to assist the disable people as well as their relatives

in these tasks Requirements and design ideas will

be given first After that, the process of calculating and testing the system is carried out

Keywords: transfer aid, disabilty people, wheelchar, design and calculation