ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH PHƯỚC THỊNH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ ĐO LƯỜNG
CHO GIƯỜNG CHUYỂN BỆNH NHÂN BÁN TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành

: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Mã số

: 85.20.11.4

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

Đà Nẵng - Năm 2022


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Đoàn Lê Anh

Phản biện 1: TS. Ngô Thanh Nghị
Phản biện 2: TS. Nguyễn Quận

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật cơ điện tử họp tại Trường Đại học Bách khoa vào

ngày 26 tháng 6 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
Khoa
− Thư viện Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN


1

LỜI MỞ ĐẦU
Trong xã hội hiện nay, việc chuyển những bệnh nhân sang những
giường bệnh khác nhau trong bệnh viện là một việc làm hằng ngày và
được lặp đi lặp lại rất thường xuyên. Tuy nhiên, những vấn đề trong
việc chuyển bệnh hiện nay có những bất cập như sẽ gây tổn thương và
đau đớn khơng đáng có cho những bệnh nhân vừa trải qua những cuộc
phẫu thuật.
Với sự phát triển về kĩ thuật công nghệ tiên tiến hiện nay thì
những loại sản phẩm giường chuyển bệnh đã và đang được các nước
tiên tiến trên thế giới nghiên cứu, phát triển và tạo ra những sản phẩm
có nhiều chức năng và tính cạnh tranh cao. Tuy nhiên, những sản phẩm
này hiện nay chưa được ứng dụng nhiều tại Việt Nam và bên cạnh đó
chi phí khi nhập khẩu để sở hữu những sản phẩm này là cực kì đắt đỏ,
đi cùng với đó là cơng nghệ kỹ thuật để chế tạo những sản phẩm này
được giấu kín và việc sở hữu bản quyền trí tuệ là điều cực kì khó khăn.
Hiểu được sự khó khăn này nên tác giả cùng nhóm nghiên cứu
của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã cùng nhau tìm hiểu và chế
tạo thiết bị giường chuyển bệnh bán tự động dành cho người bệnh, vừa
tạo ra sản phẩm mang tính cạnh tranh về giá thành so với những thiết bị
cùng phân khúc. Tuy sản phẩm cịn nhiều hạn chế vì cơng nghệ chế tạo

trong nước vẫn chưa phát triển mạnh và khó khăn trong việc tiếp cận
những vật liệu cao cấp nhưng nhóm nghiên cứu đã cố gắng nghiên cứu
để tạo ra sản phẩm một cách hồn thiện nhất. Rất mong những đóng góp
ý kiến của Hội đồng để sản phẩm được chỉnh sửa và hoàn thiện hơn.
Xin cảm ơn!

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan về việc chuyển bệnh nhân hiện nay
1.1.1. Ảnh hưởng của việc chuyển bệnh nhân đối với nhân viên y tế
và người bệnh
Những người thường xuyên làm những công việc di chuyển
bệnh nhân như vậy thường có xu hướng thực hiện việc đẩy và kéo theo
bệnh nhân theo phương nằm ngang nhiều hơn là việc nâng bệnh nhân
lên khỏi mặt đất. Đối với mơi trường y tế thì việc chuyển bệnh nhân
trong một ngày có thể lên đến 12 lần chuyển bệnh và 6 lần hỗ trợ thay
đổi vị trí bệnh nhân trong một ngày [2]. Với công việc thường xuyên
như vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe và công việc của nhân viên
y tế.

Hình 1.1- Chuyển bệnh là một hoạt động nguy cơ cao gây rối loạn cơ
xương khớp cho các trợ lý điều dưỡng tại Bệnh viện [3]
1.1.2. Những nguyên tắc chung khi chuyển bệnh nhân
1.2. Những nghiên cứu về các phương pháp chuyển bệnh nhân
1.2.1. Những phương pháp chuyển bệnh nhân hiện nay

a. Di chuyển bệnh nhân từ giường sang xe lăn khi bệnh nhân bị hạn
chế một phần khả năng di chuyển
b. Di chuyển bệnh nhân từ giường sang xe lăn đối với bệnh nhân không
tự di chuyển được
Phương pháp một người

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3
Phương pháp hai người
Phương pháp hai người thực hiện với dây nịt
Phương pháp để bệnh nhân tự trườn
Phương pháp 3 người
Phương pháp 3 người
d. Di chuyển bệnh nhân xuống oto bằng cáng
Phương pháp 3 người
Phương pháp 4 người
e. Kỹ thuật khiêng cáng
Khiêng cáng 2 người
Khiêng cáng 3 người
Khiêng cáng 4 người
1.2.1.1. Phương pháp chuyển bệnh nhân thủ công (bằng tay)
1.2.1.2. Những phương pháp đánh giá tác động lên đội ngũ nhân viên y tế
và bệnh nhân bằng phương pháp chyển bệnh nhân thủ công (bằng tay)
1.2.2. Thiết bị chuyển bệnh nhân bán tự động và những thành tựu
trong việc phát triển thiết bị giường chuyển bệnh nhân
1.3. Phân tích ưu nhược điểm còn tồn tại và rút ra phương án cho đề

tài
Tuy nhiên, quá trình phát triển sản phẩm sẽ phải đối mặt với rất
nhiều khó khăn và thách thức như sau:
-

Những nghiên cứu về loại sản phẩm này trong nước hồn tồn là
khơng có. Đối với các nghiên cứu nước ngồi thì những thơng số
như lực kéo, lực nén, ứng suất, số lượng người cần để thực hiện
việc chuyển bệnh nhân hoặc lực ma sát là rất đầy đủ, nhưng những
nghiên cứu này chỉ được ứng dụng trên những thiết bị chưa có tính
tự động hóa (bằng tay).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4
-

Những thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ở nước ngồi đều là
những thiết bị có cơng nghệ rất tiên tiến nhưng giá thành cực kì
cao. Chẳng hạn như thiết bị Điện Cơ Đồ Wireless EMG hay để
khảo sát thao tác chuyển bệnh thì cần đến bốn Camera ProReflex.
Những thiết bị được thương mại hóa thì có giá thành cao và cơng

nghệ bị giấu kín hoặc tồn tại dưới dạng bản quyền sở hữu trí tuệ mà
việc sở hữu hoặc tiếp cận là điều cực kì khó khăn.
Từ những ưu nhược điểm nêu trên thì nhóm nghiên cứu đã
thống nhất sẽ nghiên cứu và chế tạo loại thiết bị giường chuyển

bệnh theo model của loại giường chuyển bệnh Ấn Độ trong Hình
1.17. Loại thiết bị giường chuyển bệnh của Ấn Độ có tên gọi là
Citadel NRX Patient Tranfer. Lý do nhóm lựa chọn thiết bị này vì
thiết bị này có cấu tạo đơn giản, độ cứng vững cao và với điều kiện
cơ sở vật chất hiện có thì việc gia công sẽ dễ dàng và đơn giản hơn
so với việc chế tạo những loại giường chuyển bệnh khác. Tuy về mặt
thiết kế thì loại thiết bị này sẽ khơng bắt mắt như những sản phẩm
kia nhưng với tình hình nhân lực, kỹ thuật và tính kinh tế thì đây
là sản phẩm mà nhóm nghiên cứu nhận thấy là khả thi nhất.
Chương tiếp theo tác giả sẽ trình bày về kết cấu cơ khí và những
tính tốn để chế tạo thiết bị.

Hình 1.2- Thiết bị giường chuyển bệnh Citadel NRX

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU SẢN PHẨM VÀ THIẾT KẾ HỆ
THỐNG CƠ KHÍ
2.1. Thiết kế hệ thống cơ khí
2.1.1. Lựa chọn cơ cấu chính cho hệ thống và kiểu dáng thiết kế của thiết
bị
2.1.1.1. Cơ cấu nâng hạ cho thiết bị

Hình 2.1- Thiết bị kích nâng điện ROGTZ sử dụng trong đề tài [16]
Bảng 2.1- Thơng số kỹ thuật của kích điện ROGTZ

Tải trọng tối đa làm việc

< 2 tấn

Chiều cao nâng tối đa

35cm

Trọng lượng sản phẩm

4.5kg

Công suất

100W

Nguồn điện

DC 12V- 10A

Chiều dài dây điện

3.5m

2.1.1.2. Kiểu dáng thiết kế của thiết bị
Thiết bị được nghiên cứu và chế tạo dựa trên ý tưởng sản phẩm
giường chuyển bệnh của Ấn Độ, có những đặc tính như nhỏ gọn, tiện
dụng, chắc chắn, đáp ứng được nhu cầu đa dạng cho nhiều bệnh nhân
khác nhau. Kiểu dáng của mơ hình thiết bị giường chuyển bệnh nhân
có cấu tạo như Hình 2.7 dưới đây.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6
-

Phần khung đế của thiết bị được thiết kế và chế tạo chắc

chắn, kết hợp với đó là 4 bánh xe giúp cho thiết bị di chuyển dễ dàng.
Bên cạnh đó sẽ là hệ thống nâng hạ được hoạt động bằng việc di
chuyển lên xuống của bộ kích điện.
-

Phần trụ chứa ụ trượt có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động

lên xuống của băng tải để phù hợp với nhiều loại giường bệnh khác
nhau.
Những thơng số và kích thước của giường bệnh được chọn để đảm bảo
độ bền và cứng vững, đồng thời có thể sử dụng phối hợp được với các
loại giường khác nhau trong bệnh viện.
2.1.2. Sơ đồ động của hệ thống

Hình 2.2- Sơ đồ động của thiết bị
Chuyển động (I) là chuyển động quanh trục vít me đai ốc. Khi
trục vít me quay theo chiều kim đồng hồ (chiều thuận) thì chuyển động
tịnh tiến sẽ di chuyển từ trái sang phải, lúc này kích sẽ được hạ xuống
và từ từ chuyển động về vị trí thấp nhất. Ngược lại, khi trục vít me
quay ngược chiều kim đồng hồ (quay nghịch) thì chuyển động tịnh


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7
tiến sẽ di chuyển từ phải sang trái, lúc này kích sẽ được nâng lên cao
phù hợp với vị trí giường bệnh để chuyển bệnh nhân.
Chuyển động II, III, IV lần lượt là chuyển động bánh răng chủ
động để quay hai bánh răng bị động được nối với tang kéo băng tải.
Khi động cơ (M) hoạt động thì băng răng giữa tạo ra chuyển động kéo
theo bánh răng bị động hoạt động tạo ra chuyển động III và IV. III và
IV là chuyển động quay ngược chiều với chuyển động II. Chuyển động
V và VI là chuyển động bánh xe giúp thiết bị giường chuyển bệnh có
thể di chuyển trong cơ sở y tế. Phần tiếp theo tác giả sẽ trình bày
phương pháp tính tốn cơng suất động cơ cho hai chuyển động chính
là nâng hạ và quay băng tải.
2.2. Tính tốn lực cần thiết để lựa chọn động cơ kích và cơng suất
động cơ cho băng tải
2.2.1. Tính tốn để lựa chọn cơng suất động cơ kích nâng hạ
2.2.2. Tính cơng suất động cơ cho băng tải
Kết luận: Từ hai bài tốn tính chọn cơng suất cho động cơ kích
và động cơ băng tải đã được giới thiệu ở trên, tác giả đã trình bày
người đọc một cách cụ thể và chi tiết về phương pháp tính tốn động
cơ cho hai cơ cấu làm việc chính của thiết bị. Từ đó giúp cho việc lựa
chọn động cơ trong thực tế trở nên dễ dàng hơn, hạn chế được hư hỏng
hoặc lãng phí điện năng nếu lắp đặt những thiết bị này khơng đúng với
những thơng số tính tốn. Tiếp theo tác giả sẽ giới thiệu về loại động
cơ mà nhóm nghiên cứu lựa chọn cho thiết bị.

2.2.3. Lựa chọn động cơ cho băng tải
Động cơ có những thơng số cơ bản như sau:
-

Động cơ Servo DC 24V- 90W.

-

Tốc độ lên đến 14000 vòng/phút.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8
-

Encoder Hall 13 xung, 2 pha A và B.

-

BộgiảmtốcPlanetbánhrăngthép,hệsốgiảmtốc71.2,chiềudàiL=56mm.

-

Tốc độ sau bộ giảm tốc: 195 vòng/phút.

-


Momen xoắn : 360 kgf.cm

-

Trọng lượng động cơ: 900g.

2.3. Tính tốn độ an tồn trong những điều kiện làm việc của thiết
bị
Đối với một thiết bị dùng với mục đích phục vụ con người, đặc
biệt là với những bệnh nhân không thể tự di chuyển, thì việc tính tốn về
sự an tồn trong q trình vận hành là cực kì quan trọng. Với mỗi chi tiết
phải được tính tốn kĩ càng và khơng được xảy ra những sai sót ngồi ý
muốn.
Vì thế trong phần này, tác giả sẽ đi phân tích ba bài tốn chính
trong quá trình hoạt động của thiết bị để đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt
động ổn định và không gây ra sự mất an toàn cho con người. Ba bài tốn
chính đó là:
Bài tốn 1: Mơ phỏng phân bố tải trọng lên thiết bị với đầu vào là
trọng lượng và vị trí nằm của bệnh nhân ở ba vị trí.
Bài tốn 2: Tìm tần số riêng (f0) của thiết bị khi làm việc.
Bài tốn 3: Mơ phỏng độ biến dạng của thanh inox chữ U và vít ren
đai ốc khi có tải trọng.
2.3.1. Mơ phỏng lực phân bố tải trọng lên thiết bị

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9

Hình 2.17 – Một vị trí bệnh nhân khi phân tích

Hình 2.3- Kết quả bài tốn phân tích phân bố tải trọng. Trong đó COG
là viết tắt của Center Of Gravity, là trọng tâm của sự phân bố tải trọng
khi có người bệnh nằm trên băng tải. Sự thay đổi giá trị khối lượng
bệnh nhân (m) và vị trí bệnh nhân (D) lần lượt là COG_m_D. Trường
hợp COG_80_275 tương ứng ở đây là COG_khối lượng bệnh nhân_vị
trí của bệnh nhân. Tương tự cho những trường hợp còn lại.
2.3.2. Phương pháp phần tử hữu hạn
Đối với hai bài tốn tìm tần số riêng và tính bền cho các chi tiết
trọng yếu trong đề tài này, những chi tiết trọng yếu thì thiết bị này sẽ
có những vị trí cần phải kiểm nghiệm, những vị trí đó là vị trí của
thanh inox chữ U và vị trí ba con bu lơng mà thanh inox chữ U được
cố định vào. Vị trí thanh inox chữ U là vị trí chịu lực chính của khung
giường bệnh khi băng tải cuốn và trả bệnh nhân, vì vậy cần kiểm tra
để xác định khả năng chịu lực của khung sắt này, bên cạnh đó vị trí
của ba con bu lông dùng để cố định thanh inox chữ U và bách cũng là
vị trí rất quan trọng. Khi có lực tác dụng lên thanh inox thì ở vị trí
những con bu lơng cũng xuất hiện ứng suất, khi những ứng suất này

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10
quá lớn thì sẽ làm nứt gãy những con bu lơng gây nguy hiểm cho người
sử dụng. Vì thế trong bài tốn này sẽ đi mơ phỏng ứng suất sinh ra tại
những vị trí này. Trong phần mơ phỏng này, tác giả sẽ giới thiệu lý
thuyết về phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), đây là phương pháp

chính mà đề tài đang hướng đến.
Thiết bị đang nghiên cứu trong đề tài này có cấu trúc phức tạp
cho việc giải bài tốn bằng tay vì nó bao gồm nhiều hệ thanh dẫn được
kết nối bằng nhiều cách thức khác nhau khi hàn, ghép theo dung sai
và bắt ốc dẫn đến sự phức tạp trong việc đặt những điều kiện biên,
chia lưới, xét độ cứng riêng và khối lượng trung bình của nhiều thanh
khác nhau. Từ đó sẽ làm bài tốn rất phức tạp, số lượng phương trình
cần giải cũng rất nhiều. Hiện nay, có rất nhiều phần mềm tính tốn
dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn và cho ra kết quả chính xác,
trực quan và quan trọng hơn cả là tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
Từ đó, để phân tích những bài tốn như tính tần số riêng và tính bền
cho cơ cấu trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng phần mềm
để tính tốn và cho ra kết quả rất trực quan cho hai bài toán này.
2.3.3. Ứng dụng phần mềm Ansys để tìm tần số riêng cho thiết bị khi làm việc
Mục đích của bài tốn tìm tần số riêng làm việc của thiết bị là
nhằm tránh hiện tượng cộng hưởng, đó là hiện tượng khi tần số riêng
của thiết bị trùng với tần số làm việc của thiết bị. Khi đó thiết bị sẽ có
nguy cơ rung lắc, hỏng hóc thậm chí nặng hơn nữa sẽ gây phá hủy
thiết bị, gây mất an toàn cho người sử dụng và có thể ảnh hưởng đến
tính mạng của người bệnh đang nằm trên thiết bị. Trong bài tốn này,
tác giả đã mơ phỏng 6 tần số dao động đầu tiên của khung giường bằng
phần mềm Ansys và kết quả của bài tốn này được mơ tả trong Hình
2.20.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11

Ta có kết quả từng trường hợp trong Bảng 2.2 như sau.
Bảng 2.2- 6 tần số dao động riêng đầu tiên của hệ
Mode

Frequency (Hz)

1

41.706

2

79.802

3

87.709

4

112.58

5

120.6

6

130.23


2.3.4. Mô phỏng độ biến dạng của thanh inox chữ U và ứng suất
của ba con bu lơng khi có tải trọng đặt lên băng tải.

Hình 2.26 – Kết quả sự biến dạng thanh inox chữ U với tải trọng
người bệnh là 200kg
Trong trường hợp tải trọng bệnh nhân là 200kg, ta có thể thấy
rằng ứng suất tối đa phát sinh trong thanh inox chữ U nằm nhỏ hơn
ứng suất cho phép (màu xanh dương), giá trị ứng suất lớn nhất của
thanh inox chữ U (màu xanh lá cây), còn nhỏ hơn rất nhiều so với giá
trị ứng suất biến dạng cho phép của vật liệu, vì vậy có thể nói rằng sẽ
THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12
không xảy ra trường hợp nứt gãy hoặc uốn cong cho thanh inox chữ
U trong trường hợp này.
Qua mô phỏng trên ta có thể nhận xét rằng, việc lựa chọn vật
liệu inox và kích thước thanh inox chữ U để chế tạo thiết bị giường
chuyển bệnh là cực kì an tồn và chắc chắn. Thậm chí đối với bệnh
nhân có cân nặng 250kg thì sự biến dạng tại những vị trí trọng yếu này
vẫn nằm trong ngưỡng chịu đựng cho phép của vật liệu. Vì thế, thiết
bị giường chuyển bệnh nhân này an toàn với người sử dụng.
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU THÀNH PHẦN MẠCH ĐIỆN TỬ
VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU
3.1. Giới thiệu về thành phần điện- điện tử
3.1.1. Thuật toán PID điều khiển động cơ
3.1.2. Bộ điều khiển Smart Driver DC Motor
Mục đích của việc sử dụng bộ Smart Driver DC Motor vì bộ

điều khiển sẽ điều khiển được tốc độ của động cơ, giúp động cơ ổn
định tốc độ làm việc, tạo sự an toàn cho thiết bị. Tiếp theo, điện áp
động cơ chỉ sử dụng nguồn 24VDC và điều khiển được động cơ Servo
có cơng suất lên đến 1kW. Bên cạnh đó, bộ điều khiển cũng rất nhỏ
gọn và được tích hợp thuật tốn PID làm tăng tính chính xác trong
việc điều khiển tốc độ động cơ. Những thông tin chi tiết hơn của động
cơ sẽ được trình bày sau đây.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13
Hình 3.1- Bộ điều khiển tốc độ động cơ Smart Driver DC Motor
Về hệ thống mạch điều khiển, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn sử
dụng bộ điều khiển Smart Driver DC Motor.
Bộ điều khiển này được trang bị bộ vi xử lý ARM STM32 và
cung cấp nhiều chức năng cao cấp như sau:
-

Giao tiếp máy tính qua cổng COM UART.

-

Đèn LED báo trạng thái hoạt động.

-

Thuật toán PID điều khiển vị trí theo chuẩn 1 dây xung


(pluse) và 1 dây hướng quay (dir) hỗ trợ tần số lên đến 10mhz, các
thông số KP, KI, KD điều chỉnh được bằng giao diện máy tính.
-

Thuật tốn PID điều khiển vị trí chuẩn xung encoder B hỗ

trợ tần số lên đến 10mhz, các thông số KP, KI, KD điều chỉnh được
bằng giao diện máy tính.
Điều chỉnh PID vận tốc hỗ trợ các chuẩn giao tiếp:
-

1 xung PWM (tích cực ở mức 0 với độ phân giải 8 bit) và

1 hướng, hỗ trợ tần số điều xung (50hz- 5khz).
-

Chạy theo chuẩn RC.

-

Khi bạn nhập thơng số tốc độ cực đại của động cơ, tính

theo vịng/phút và xung encoder quay được 1 vịng thì bộ điều khiển
sẽ tự tính tốn ra những giá trị của các hệ số KP, KI, KD. Đó là tính
năng thơng minh của bộ điều khiển này.
-

Bộ điều khiển hỗ trợ chạy động cơ lên tới 20000


vòng/phút và encoder 500 xung/vòng.
-

Bộ điều khiển chạy theo chuẩn mạch cầu H mà không cần

encoder và cũng có các chuẩn giao tiếp PWM, UART.
3.1.3. Cách sử dụng phần mềm setup tốc độ động cơ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14
3.2. Thiết kế bảng khảo sát Borg CR10 Scale để khảo sát mức độ
hài lòng của người bệnh
Bảng khảo sát được thiết kế có những thang điểm để đánh giá
mức độ an toàn và khả năng chịu đựng cho phép của người tham gia
khảo sát. Những thang điểm đó được trình bày như sau:
-

Đối với thang điểm từ 0-20: đây là thang điểm an toàn cho

người sử dụng cũng như khả năng gây đau đớn cho người sử dụng là
hoàn tồn khơng có.
-

Đối với thang điểm từ 20-40: đây là thang điểm cần kiểm tra,

xem xét lại những chi tiết, khả năng vận hành của thiết bị. Những vị trí

cần khắc phục để hạn chế khả năng gây đau đớn cho người bệnh.
-

Đối với thang điểm trên 40: đây là thang điểm gây ra

những đau đớn cho người bệnh, là thang điểm nguy hiểm cho người
sử dụng. Cần phải nhanh chóng dừng hệ thống, khơng được sử dụng
và phải kiểm tra và tính tốn lại những cơ cấu, chi tiết để mang lại sự
an toàn cho người sử dụng.
Việc đánh giá cảm nhận về sự đau đớn của bệnh nhân theo mẫu
khảo sát Borg CR10 Scale này khi thiết bị hoạt động chỉ thực hiện với
những bệnh nhân còn tỉnh táo, vẫn có nhận thức và cảm giác. Việc
đánh giá này chỉ mang tính chất chủ quan, để việc đánh giá mang tính
chính xác thì phương pháp khả thi hơn là sử dụng thiết bị đo Điện Cơ
Đồ.
3.3. Lựa chọn hệ thống lưu trữ năng lượng
Việc lựa chọn hệ thống pin để lưu trữ năng lượng nhằm mục
đích đáp ứng nhu cầu sử dụng của đa dạng bệnh nhân, đối với những
bệnh nhân cần phải có những thiết bị hỗ trợ như máy trợ thở, máy hô
hấp, đèn sưởi, máy ép tim… thì việc giường bệnh được trang bị những

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15
nguồn năng lượng di động này là cực kì quan trọng và hữu ích. Vì vậy
mà việc lựa chọn loại pin phù hợp với công suất của những thiết bị
tiêu thụ kể trên cũng là một vấn đề quan trọng. Đầu tiên, ta sẽ đi tìm

hiểu những loại pin có trên thị trường để lựa chọn loại pin phù hợp
nhất với nhu cầu sử dụng của thiết bị.
3.3.1. Lựa chọn các loại Pin để lưu trữ năng lượng phù hơp với yêu
cầu sử dụng
3.3.1.1. Pin và phân loại pin
Trong đề tài này, nhóm nghiên cứu sẽ phân loại và lựa chọn loại
pin phù hợp để ứng dụng cho thiết bị. Những loại pin được nhóm
nghiên cứu tìm hiểu bao gồm:
-

Pin axit chì

-

Pin kiềm

-

Pin Lithium – ion

-

Pin sạc dịng

3.3.1.2. Lựa chọn loại pin
Với yêu cầu thiết kế đặt ra cho thiết bị giường chuyển bệnh nhân
là nguồn năng lượng phải đủ cung cấp cho hoạt động của hệ thống
động cơ công suất lớn lên đến 100W thì Pin Lithium - ion là một sự
lựa chọn phù hợp với năng lượng riêng. Ngồi ra nó cịn có hiệu ứng
nhớ rất nhỏ và ít bị tự xả.

3.3.1.3. Lựa chọn pin phù hợp với công suất thiết bị
3.3.1.4. Lựa chọn bộ Inverter để phù hợp với những thiết bị y tế cần sử dụng
Thiết bị giường chuyển bệnh nhân ngoài việc cung cấp nguồn
điện cho các cơ cấu nâng hạ và cơ cấu băng tải thì cịn phải tính chọn
thêm một thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều (DC) sang điện áp
xoay chiều (AC) để sử dụng cho những thiết bị y tế. Thiết bị này được

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16
gọi là bộ Inverter, bộ chuyển đổi này có thể chuyển đổi từ dòng điện
DC 12V, 24V, 48V thành dòng điện AC 120V, 220V hoặc 240V.

3.3.2. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống
Hình 3.15 mơ tả về sơ đồ khối tổng quát của ứng dụng đang
nghiên cứu trong đề tài này, trong sơ đồ này sẽ gồm những khối như
sau:
-

Khối pin nguồn 12V -100Ah: đây là khối cấp nguồn chính

cho cả hệ thống giường chuyển bệnh hoạt động.
-

Khối Inverter 5000W: khối này có nhiệm vụ chuyển đổi

nguồn điện DC thành nguồn AC, giúp các thiết bị y tế hoạt động.

-

Khối điều khiển động cơ kích nâng điện: đây là khối điều

khiển thiết bị kích điện hoạt động lên xuống, giúp thay đổi chiều cao của
thiết bị.
-

Khối mạch tăng áp DC - DC có nhiệm vụ chuyển đổi điện

áp DC 12V lên 24V, giúp mạch điều khiển Smart Driver DC Motor và
động cơ băng tải hoạt động.
Nguồn điện từ pin về cơ bản sẽ được chia thành 2 luồng chính: một
phần điện áp DC từ pin sẽ duy trì hoạt động cho các mạch điều khiển,
động cơ, phần lớn năng lượng của pin còn lại sẽ được chuyển đổi sang
nguồn xoay chiều AC nhờ bộ chuyển điện Inverter để duy trì hoạt động
cho các thiết bị y tế ở điện áp 220V.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


17

Hình 3.2- Sơ đồ khối của hệ thống
CHƯƠNG IV: LẮP ĐẶT THIẾT BỊ VÀ THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM
4.1. Sơ đồ mạch điều khiển nâng hạ cho kích điện

Hình 4.1- Sơ đồ mạch điện của hai động cơ kích được đấu nối

song song
Trong sơ đồ Hình 4.1 mơ tả việc nối song song hai kích điện, ta
có hai nút nhấn N và L đại diện cho hướng quay thuận và nghịch của
động cơ kích. Khi nút nhấn L được tác động, lúc này cuộn dây ở rơ le
1 (RL1) sẽ có điện và kích hoạt trạng thái từ tiếp điểm thường đóng
(NC) sang tiếp điểm thường mở (NO) và tạo ra một mạch kín, chân
M+ được kích hoạt và làm cả hai động cơ quay theo chiều thuận.
Tương tự khi nút nhấn N được tác động thì hai chân cuộn dây của rơ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


18
le 2 (RL2) sẽ có điện, tín hiệu điện này cũng làm thay đổi trạng thái
tiếp điểm thường mở (NO) sang tiếp điểm thường đóng (NC) và kích
cho chân M- có điện, tạo ra một mạch điện kín và làm cả hai động cơ
quay theo chiều nghịch.
Kết quả khi thử nghiệm động cơ ở chế độ khơng tải thì thiết bị
khơng có hiện tượng giật hoặc bị khựng trong q trình chuyển động.
Ngay cả khi có người nằm trên băng tải thì thiết bị vẫn hoạt động được
một cách nhẹ nhàng và êm ái. Tốc độ lên xuống trong quá trình động
cơ kích hoạt động được đo đạc khoảng 0.0022 m/s.

4.2. Kết quả đo lường và kiểm tra tốc độ động cơ băng tải
Trong mục 3.1.1.1, tác giả đã giới thiệu về bộ điều khiển tốc độ
động cơ băng tải bằng bộ điều khiển Smart Driver DC Motor bằng
cách điều xung PWM. Sơ đồ khối việc điều khiển động cơ băng tải
được mơ tả trong Hình 4.2 và có những khối chính như sau:

-

Động cơ (Motor) điều khiển bởi bộ Smart Driver DC Motor

bằng phương pháp điều xung PWM thông qua mạch vi điều khiển.
-

Tốc độ đầu ra của động cơ được điều khiển bằng thuật

toán PID phản hồi về bộ điều khiển Smart Driver DC Motor.

-

Thiết bị đo kết quả tốc độ động cơ có tên gọi là EXTECH

461895.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


19

Hình 4.2- Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ băng tải
Kết quả đo lường cho ta thấy rằng, với cùng một giá trị xung
PWM được cấp, tốc độ động cơ sẽ gần như tương đương nhau. Ở mức
xung PWM từ 100 trở xuống, tốc độ của hai động cơ sẽ khơng chênh
lệch q nhiều (lệch nhau 0.1 vịng /phút). Từ xung 100 trở lên, ta
nhận thấy rằng đã có sự chênh lệch 1 vịng/phút ở mức xung 150 và

255 ở động cơ 1, tuy nhiên sự chênh lệch này là chấp nhận được. Từ
đó ta có thể thấy rằng tính đồng nhất của mỗi động cơ với mức xung
PWM là như nhau. Độ lệch của các động cơ vẫn ở trong khoảng chênh
lệch cho phép.

4.3. Bảng khảo sát mô phỏng đánh giá cảm nhận của người
dùng theo mẫu Borg CR10 Scale
Cách thức mô phỏng đánh giá, cho điểm và lọc kết quả được trình
bày cụ thể như sau:
-

Cột “Tổng điểm” trong Hình 4.4 được tổng kết theo hình thức:

+

“Tổng điểm” từ 0-20: Thiết bị an toàn cho người sử dụng.

+

“Tổng điểm” từ 20-40: Cần kiểm tra những vị trí tiếp xúc

với người tham gia.
+ “Tổng điểm” trên 40: dừng thiết bị khẩn cấp, kiểm tra toàn bộ kết cấu.
-

Bên cạnh đó, nếu “Tổng điểm” nhỏ hơn 20 nhưng các cột

từ “Cổ đến Chân” chỉ cần một cột có điểm mơ phỏng đánh giá lớn hơn 5
thì xem như kết quả sẽ “Không đạt”.


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


20
Kết quả được chấm là “Đạt” khi tổng điểm nhỏ hơn 20 và tất cả
các điểm từ cột “Cổ” đến “Chân” đều phải bé hơn thang điểm điểm 5.
4.4. Các chi tiết đã được gia công và lắp đặt
4.4.1. Ụ trượt và thanh dẫn hướng
4.4.2. Khung đế của thiết bị chuyển bệnh
4.5. Khung và cơ cấu dẫn động của băng tải
4.6. Các thử nghiệm ban đầu
Sau khi thử nghiệm thiết bị ở chế độ khơng tải, nhóm nghiên
cứu đánh giá hệ thống làm việc ổn định, không phát ra tiếng ồn, hệ
thống nâng hạ hoạt động trơn tru và nhẹ nhàng. Hệ thống dẫn động
băng tải cũng cho kết quả tốt. Khi thử nghiệm với người bệnh có cân
nặng 63kg thì hệ thống hoạt động rất nhẹ nhàng, kích nâng điện hoạt
động rất ổn định, việc nâng hạ chiều cao băng tải diễn ra một cách nhẹ
nhàng và chậm rãi, đảm bảo an toàn cho người tham gia thử nghiệm.
Kết thúc chương IV, tác giả đã đem đến cho người đọc một cái
nhìn tổng quan nhất về kết quả của đề tài. Từ việc lựa chọn hai kích
nâng điện để làm cho việc nâng hạ băng tải diễn ra hiệu quả hơn, cho
đến việc đo lường tốc độ động cơ băng tải và so sánh đánh giá được
độ ổn định của bộ điều khiển. Bên cạnh đó tác giả cịn thiết kế được
mẫu khảo sát dành cho người tham gia thử nghiệm, cuối cùng tác giả
đã trình bày cho người đọc được tổng thể thiết bị khi hoàn thiện và thử
nghiệm khi có người nằm lên. Qua chương V, tác giả sẽ kết luận những
hạng mục đã đạt được trong đề tài này và những hạng mục còn hạn
chế. Từ đó đề xuất phương án để định hướng phát triển cho đề tài này

trong tương lai.
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


21
5.1. Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận
tình của thầy Đồn Lê Anh, tác giả đã cố gắng hoàn thành luận văn
đúng theo yêu cầu và thời gian quy định. Trong đề tài này đã đạt được
những kết quả sau:
-

Khảo sát thiết bị giường chuyển bệnh nhân, tình hình

nghiên cứu thiết bị giường chuyển bệnh nhân hiện nay.
-

Lựa chọn được cơ cấu nâng hạ cho thiết bị.

-

Tính chọn được cơng suất cho động cơ kích nâng và động

cơ băng tải.
-


Mơ phỏng và phân tích được những bài tốn về độ an tồn

của thiết bị khi hoạt động.
-

Khảo sát, đánh giá được hoạt động của thiết bị từ người

sử dụng.
-

Lựa chọn được loại pin nguồn dùng để giúp cho thiết bị

hoạt động ổn định.
-

Thi cơng và hồn thành được thiết bị thực tế.

5.2. Hạn chế của đề tài
Mặc dù đã rất cố gắng để thực hiện nhưng vì kiến thức cịn hạn
chế cũng như về thời gian nên trong đề tài này sẽ không tránh khỏi
những thiết sót như:
-

Thiết bị có hiện tượng giật nhẹ khi hạ độ cao của giường khi

có bệnh nhân nằm lên.
-

Cơ cấu ụ trượt, thanh dẫn hướng còn tạo ra nhiều ma sát.


-

Chưa có những khảo sát về tốc độ kéo theo khối lượng bệnh nhân.

-

Hệ thống cảm biến Điện cơ đồ dự định sử dụng vẫn chưa hoàn thiện.

-

Khối lượng thiết bị còn lớn (200kg).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


22
5.3. Hướng phát triển của đề tài
Trong thời gian sắp đến, nhóm nghiên cứu dự định sẽ khắc phục
những hạn chế của thiết bị như đã trình bày trong mục 5.2. Kế hoạch
để khắc phục những hạn chế này gồm những nội dung sau:
-

Khắc phục tình trạng giật nhẹ khi hạ độ cao của giường.

-

Thay đổi cơ cấu ụ trượt, thanh dẫn hướng từ ma sát trượt


thành ma sát lăn.
-

Bổ sung thêm nội dung khảo sát tốc độ kéo cho từng bệnh

nhân có khối lượng khác nhau.
-

Gắn thêm cảm biến Điện Cơ Đồ để quá trình đánh giá của

người bệnh được chính xác hơn.
-

Chọn lại vật liệu, điều chỉnh kết cấu, khoan lỗ rỗng kết

cấu mà vẫn giữ được độ cứng vững cho thiết bị. Mục đích nhằm giảm
tải trọng của thiết bị nhưng vẫn đảm bảo được sự an tồn khi vận hành.
5.4. Danh mục cơng trình khoa học đã công bố của tác giả
TÀI LIỆU THAM KHẢO

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ