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 ).

15


Hinh 1.2: Các bạn khuyết tật trung tâm NLS
Khó khăn trong học tập ảnh hưởng trực tiếp ñến khả năng xin việc, trình ñộ
học vấn chung của người khuyết tật thấp hơn tương ñối so với cộng ñồng. Ngoài ra
một số công việc có những yêu cầu mà người khuyết tật khó thực hiện tốt ñược,
ñiều này có thể ñược giảm thiểu bằng cách tránh những việc liên quan ñến hạn chế
của mình, chẳng hạn khuyết tật ở chân thì không nên tìm những việc phải ñi lại quá
nhiều.
Để khắc phục những khó khăn mà người khuyết tật ñang phải gánh chịu
ngày nay với trình ñộ khoa học kỹ thuật phát triển máy móc hỗ trợ cho người
khuyết tật rất nhiều, trên tất cả các phương diện từ khuyết tật vận ñộng cho ñến trí
tuệ hay cảm giác. Vận ñộng: Chân tay giả thường ñược thiết kế khi khả năng vận
ñộng vẫn tương ñối tốt, ngày nay các chất liệu cũng như phần cơ khí của các bộ
phận giả ñó rất tiến bộ, tuy nhiên giá thành lại cao, không phù hợp với phần ñông
thu nhập của người Việt. Với những người bị nặng ở chân, xe lăn là phương tiện hỗ
trợ hữu hiệu, thông thường sự di chuyển của xe lăn ñược thực hiện bằng tay, ñối với
những người tay rất yếu họ ñược thiết kế những chiếc xe lăn chuyên dụng chạy
bằng ñiện chỉ phải ñiều khiển bằng nút bấm.
1.3. Giới thiệu một số nghiên cứu về xe lăn ñiện

1.3.1. Xe lăn thông minh
Sự kết hợp của một robot tự ñộng và suy nghĩ của con người là hướng phát
triển xe lăn trong thời gian tới. Người bạn ‘thông minh’ của người khuyết tật. Các
giáo sư tại Đại Học Công Nghệ Sydney (UTS) ñang nghiên cứu và tìm cách chế tạo
ra những chiếc xe lăn tốt nhất cho người khuyết tật. Một chiếc xe lăn ‘thông minh’
có chức năng như một robot tự ñộng kết hợp với ñiều khiển bằng ý nghĩ của con
người.
16


Hình 1.3: Xe lăn thông minh
Xe lăn ‘thông minh’ ñược thiết kế với những chiếc cảm biến nhỏ như laser,
camera v.v ñể biến chúng thành những con rôbốt tự ñộng có thể tự di chuyển và có
thể tránh các vật thể mà chúng có thể ‘nhìn thấy’ qua các camera ñược gắn trên xe
nhằm tạo nên sự an toàn cho người sử dụng. Người khuyết tật có thể sử dụng những
cái lắc ñầu, ánh mắt hoặc suy nghĩ của mình ñể ñiều khiển xe. Khi muốn di chuyển
sang trái, họ chỉ cần lắc ñầu sang bên trái, nhìn sang bên trái hoặc chỉ cần suy nghĩ
là mình cần sang bên trái, chiếc xe lăn ‘thông minh’ sẽ tự ñộng di chuyển theo
hướng suy nghĩ của người sử dụng.
1.3.2. Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ
Các nhà khoa học Tây Ban Nha vừa chế tạo thành công loại xe lăn có thể
nhận lệnh ñiều khiển trực tiếp từ não người sử dụng.

Hình 1.4: Xe lăn ñiều khiển bằng suy nghĩ
Chiếc xe lăn ñặc biệt - do Đại học Zaragoza (Tây Ban Nha) chế tạo - sử dụng
một thiết bị quét laser ñể tạo ra hình ảnh không gian ba chiều của khu vực xung
quanh nó trong thời gian thực. Hình ảnh ñược hiển thị trên một máy tính trước mặt
17

người ngồi trên xe. Người sử dụng nhìn vào hình ảnh và quyết ñịnh vị trí họ muốn

tới. Trên ñầu người sử dụng có một mũ gắn các ñiện cực ñể theo dõi hoạt ñộng não.
Các ñiện cực này sẽ xác ñịnh ñiểm ñến mong muốn của người sử dụng rồi truyền tín
hiệu tới bộ phận ñiều khiển.
1.3.3. Xe lăn ñiều khiển bằng cần ñiều khiển (Joystick)
Được các sinh viên K49 bộ môn Tự Động Hóa khoa ñiện Đại Học Bách Khoa
Hà Nội nghiên cứu và chế tạo, xe lăn ñiện PET nhanh chóng gây ñược sự chú ý của
những người quan tâm ñến lĩnh vực xe chạy bằng ñiện. Mới chỉ là kết quả nghiên
cứu bước ñầu nhưng xe PET ñược thiết kế một cách gọn gàng, tiện dụng và nhất là
hướng tới những người tàn tật, người già giúp họ có thể chủ ñộng hơn trong việc di
chuyển và ñi lại. Xe sử dụng tới hai ñộng cơ ñiện Sử dụng ñộng cơ BLDC liền bánh
(InWheel Motor), công suất 350W mỗi ñộng ắc quy 36V gồm 3 ắc quy 12V 12Ah,
có thể chạy xe liên tục trong 2-3 tiếng. Điều khiển xe bằng tay cầm (Joystick). Có
phanh ñiện và phanh cơ.


Hình 1.5: Xe lăn ñiều khiển dùng Joystick
1.4. Mục ñích và yêu cầu
1.4.1. Mục ñích
Hiện nay trên thị trường xuất hiện xe lăn chủ yếu là loại lăn tay, loại này hiệu
suất chưa cao. Sau hai cuộc kháng chiến trường kỳ của dân tộc ñã ñi qua, hậu quả
ñể lại sau chiến tranh là căn bệnh chất ñộc màu da cam với hàng ngàn trẻ em, con
người ñang phải hứng chịu căn bệnh ñấy, hậu quả là những ñôi chân tật nguyền
18

không thể bước ñi vững vàng như bao người bình thường. Hay những con người
không may xảy ra tai nạn mất ñi ñôi chân của mình hay một lý do nào ñó khiến họ
không thể ñi lại bình thường ñược. Họ phải chịu ñựng cuộc sống khó khăn vất vả ñi
lại với những ñôi nạn gỗ ñể ñến trường, ñể làm việc như bao nhiêu người khác.
Trên tinh thần cảm thông với những số phận không may ấy, ñể mang lại tiếng
cười trong cuộc sống mang lại hạnh phúc cho mọi người mọi nhà ñể phần nào chia

sẻ bớt nỗi ñau của những người tàn tật ấy, chúng em là những sinh viên Cơ Điện Tử
của trường Đại Học Nha Trang cho ra ñời chiếc xe lăn ñiện với những tính năng ưu
việt thân thiện với người sử dụng. Mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng. Xe
ñược thiết kế gọn gang dễ dàng sử dụng ở mọi nơi, phục vụ cho nhiều ñối tượng
như người già, trẻ nhỏ, người tàn tật và bệnh nhân.
1.4.2. Yêu cầu
Sau một thời gian tìm hiểu và tham khảo các xe lăn trên thị trường và một số
ý kiến của nguời sử dụng xe lăn ñiện chúng em ñã ñúc kết và thấy rằng xe lăn ñiện
cần phải có các yếu tố sau:
 Tốc ñộ tối ña 15km/h.
 Động cơ xe có công suất lớn, có thể chở ñược người khoảng 70 kg.
 Hệ thống ñiều khiển xe phải thân thiện với người dùng và dễ sử dụng.
 Xe có hệ thống phanh an toàn cho người sử dụng khi xe xuống dốc.
 Dễ dàng bảo hành sửa chữa và tháo lắp.
 Kết cấu cơ khí của xe phải vững chắc, gọn nhẹ, mang tính thẩm mỹ cao.
 Đáp ứng tín hiệu ñiều khiển nhanh nhạy.
 Có hệ thống chiếu sáng cho xe chạy vào ban ñêm và ñèn tín hiệu rẽ trái, rẽ
phải.
 Xe có giỏ ñựng những vật dụng cá nhân, cần thiết của người sử dụng.










19












Chương 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU
20

2.1. Phương pháp nghiên cứu









Hinh 2.1: Sơ ñồ tổng quát
Phương pháp nghiên cứu chế tạo xe lăn ñiện dựa trên tính toán lý thuyết kết
hợp với thực nghiệm, Cụ thể:
Phân tích các yếu tố chuyển ñộng của xe lăn ñiện, các yếu tố bao gồm lực cản

chuyển ñộng, tải trọng, vận tốc, gia tốc, tính ổn ñịnh… ñể từ ñó xác ñịnh kích thước
và kết cấu của xe lăn ñiện và vị trí ñặt nguồn ñộng lực cho thích hợp.
Xây dựng phương án và tiến hành thiết kế chế tạo hệ thống cơ khí và ñiều
khiển: Nhằm lựa chọn ñược kết cấu tốt nhất, phù hợp và thân thiện với người sử
dụng, một số phương án thiết kế sẽ ñược xây dựng. Mỗi phương án sẽ ñược phân
tích kỹ lưỡng ñể chọn phương án thích hợp. Sau khi lựa chọn phương án thiết kế, sẽ
tiến hành thiết kế kỹ thuật, công việc này bao gồm tính chọn ñộng cơ, tính toán sức
bền thân xe, lựa chọn ổ bi, lựa chọn giải pháp ñiều khiển…và thiết kế mạch ñiều
khiển. Sau ñó xe lăn ñiện sẽ ñược chế tạo ñể tiến hành thử nghiệm. Và viết chương
trình ñiều khiển xe.
Thử nghiệm, kiểm tra và hoàn chỉnh xe lăn ñiện: Việc thử nghiệm của xe sẽ
ñược tiến hành bằng cách kiểm tra kết cấu cơ khí sau ñó kiểm tra công suất ñộng cơ
ñể kiểm tra tính năng kéo tải của xe cũng như khả năng chuyển ñộng ñến các vị trí
mong muốn, tính ổn ñịnh của xe, khả năng chịu tải trọng. Quá trình này ñược tiến
hành nhiều lần ñể phát hiện và sửa chữa các nhược ñiểm.
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Các phương án thiết kế
2.2.1.1. Phuơng án 1

Remote, cần
ñiều khiển

Vi ñiều khiển

Khối công
suất

Động cơ

Bộ truyền

ñộng

Bánh xe
21


Hình 2.2: Mô hình bản thiết kế 1
Hoạt ñộng:
Xe sử dụng 3 bánh, bánh trước là bánh tự lựa, xe sử dụng bộ truyền ñộng xích,
sử dụng hai ñộng cơ ñiện ñồng tốc lắp hai bên, ñộng cơ ñược lắp nghiêng so với
trục bánh xe một góc tạo sự căng xích nâng cao hiệu suất của xe. Khi muốn tăng tốc
ñộ của xe ta sử dụng tay ga ñể tăng tốc ñộ. Khi muốn rẽ trái, rẽ phải ta ñiều khiển
trực tiếp càng xe. Khi gặp vật cản hay khi xuống dốc dùng phanh tay ñể ñảm bảo an
toàn cho người sử dụng.
Ưu ñiểm:
 Xe lăn mang tính thẩm mỹ cao.
 Dễ dàng trong quá trình chế tạo.
 Xe dễ dàng bẻ lái do sử dụng một bánh tự lựa.
 Có chỗ ñể ñồ dùng của người sử dụng.
Nhược ñiểm:
 Xe cồng kềnh, tính tự ñộng không cao.
 Không thân thiện với người sử dụng mang lại cảm giác bất tiện trong quá trình
ñiều khiển.

22

2.2.1.2. Phương án 2


Hình 2.3: Mô hình bản thiết kế 2

Hoạt ñộng:
Xe sử dụng bốn bánh, hai bánh trước tự lựa ñảm bảo ñộ cân bằng cũng như ñộ
vững chắc của xe. Hai ñộng cơ ñược bố trí gọn gàng, xe sử dụng bộ truyền ñộng
xích, hai bánh trước gắn với khung xe sử dụng ổ bi côn ñảm bảo chịu lực dọc trục
tốt. Xe sử dụng cần ñiều khiển, hai ñộng cơ ñồng tốc khi mốn tăng tốc ñộ ñộng cơ
ta chỉ cần tăng ñiện áp cấp cho ñộng cơ dùng phương pháp băm xung ñể ñiều khiển
tốc ñộ ñông cơ. Khi muốn rẽ trái thì ta tăng tốc ñộ bánh phải lớn hơn bánh trái,
ngược lại khi muốn rẽ phải thì ta tăng tốc ñộ bánh trái lớn hơn bánh phải.
Ưu ñiểm:
 Kết cấu ñơn giản gọn nhẹ, dễ chế tạo.
 Tính thẩm mỹ cao.
 Có chỗ ñể ñồ dùng cá nhân phục vụ cho người sử dụng.
23

 Xe chuyển ñộng ñảm bảo an toàn cho người dùng nhờ có hệ thống phanh an
toàn.
Nhược ñiểm:
 Kết cấu bánh sau của xe một bên gắn cứng vào khung xe, khi xe chuyển ñộng
hoặc chịu tải trọng có khả năng dẫn ñến hiện tượng gãy trục không an toàn cho
người sử dụng.
2.2.1.3. Phuơng án 3



Hình 2.4: Mô hình bản thiết kế 3
Hoạt ñộng:
Xe sử dụng bốn bánh, hai bánh trước tự lựa ñảm bảo ñộ cân bằng cũng như ñộ
vững chắc của xe. Kết cấu khung xe ñược thiết kết cấu gọn nhẹ, hai bánh xe ñằng
sau ñược thiết kế với cơ cấu tháo lắp bánh xe dễ dàng, ñảm bảo chịu lực phân bố
24


ñều không xảy ra hiện tượng cong, gãy trục. Hai ñộng cơ ñược bố trí gọn gàng, xe
sử dụng bộ truyền ñộng xích, hai bánh trước gắn với khung xe sử dụng ổ bi côn
ñảm bảo chịu lực dọc trục tốt. Xe sử dụng cần ñiều khiển, hai ñộng cơ ñồng tốc khi
mốn tăng tốc ñộ ñộng cơ ta chỉ cần tăng ñiện áp cấp cho ñộng cơ dùng phương pháp
băm xung ñể ñiều khiển tốc ñộ ñông cơ. Khi muốn rẽ trái thì ta gạt cần ñiều khiển
sang trái lúc này vi ñiều khiển gửi tín hiệu ñiều khiển tăng tốc ñộ bánh phải lớn hơn
bánh trái lúc này xe sẽ rẽ trái, ngược lại khi muốn rẽ phải thì ta gạt cần ñiều khiển
sang phải vi ñiều khiển sẽ gửi tín hiệu ñiều khiển tăng tốc ñộ bánh trái lớn hơn bánh
phải thì xe sẽ rẽ phải. Và xe muốn chạy nhanh, chạy chậm ta chỉ cần ñẩy cần ñiều
khiển lên trước hay gạt cần ñiều khiển về sau.
Ưu ñiểm:
 Tính tự ñộng cao.
 Thân thiện với người sử dụng.
 Thiết kế nhỏ gọn, ñảm bảo ñộ cứng vững.
 Xe chuyển ñộng an toàn cho người sử dụng nhờ có hệ thống phanh cơ.
 Có chỗ ñể ñồ dùng cho người sử dụng, và có hệ thống chiếu sáng phục vụ xe
ñi vào ban ñêm và có tín hiệu báo khi xe rẽ trái, rẽ phải.
 Đáp ứng ñược yêu cầu chuyển ñộng và rẽ lái ở mức cơ bản.
 Tính thẩm mỹ cao.
 Dễ dàng tháo lắp cũng như trong việc bảo dưỡng.
 Khắc phục ñược các nhược ñiểm của hai phương án trên.
Nhược ñiểm:
 Xe chuyển ñộng chưa ñược êm mỗi khi xe chạy trên ñường gồ ghề do xe chưa
có hệ thống giảm xóc.
Trong các phương án trên mỗi phương án có những ưu ñiểm khác nhau song
phương án 3 ñược ñặc biệt chú ý bởi những tính năng ưu việt và những ưu ñiểm nổi
bật của nó ñồng thời nó khắc phục ñược những nhược ñiểm của phương án 1 và
phương án 2. Chính vì vậy mà phương án 3 là phương án ñược lựa chọn ñể chế tạo.
2.2.2. Thiết kế chế tạo phần cơ khí

2.2.2.1. Động lực học bánh xe và khái niệm về sự trượt
Để phân tích chuyển ñộng của một chiếc xe chạy thẳng trên ñường ta hãy xét
trường hợp một chiếc xe có khối lượng M, chạy thẳng nghiêng trên dốc một góc α ở
tốc ñộ V và gia tốc a như hình dưới ñây.
25


Hình 2.5: Chuyển ñộng thẳng của xe trên dốc
Trong ñó:
F
ad.:
Là lực cản không khí
F
rf
, F
rr
: Lực ma sát lăn.
F
d:
Lực ma sát trượt.

P
t
: Lực lên dốc.
Để ñơn giản giải quyết bài toán ñiều khiển chuyển ñộng người ta quy về mô
hình xe một bánh như sau.













Hình 2.6: Mô hình một bánh
Trong ñó:
M Là khối lượng xe tác dụng lên bánh.
J Là mô men quán tính của xe.
r Là bán kính bánh xe.
N Là phản lực của mặt ñường tác dụng lên ñiểm tiếp xúc bánh xe.
F
m
Lực phát ñộng bánh xe tác dụng lên mặt ñường.
F
d
Lực ma sát do mặt ñường tác dụng lên bánh xe.

26

2.2.2.2. Tính chọn công suất ñộng cơ
Nguồn ñộng lực trong hệ thống truyền ñộng là ñộng cơ ñiện. Các yêu cầu kỹ
thuật, ñộ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của hệ thống truyền ñộng
ñiện phụ thuộc chính vào lựa chọn ñộng cơ ñiện và phương pháp ñiều khiển ñộng
cơ. Tiêu chuẩn chọn một ñộng cơ ñiện cho hệ thống truyền ñộng bao gồm nhiều yếu
tố sau.
 Động cơ ñủ công suất kéo tải.

Tốc ñộ phù hợp và ñáp ứng ñược phạm vi ñiều chỉnh tốc ñộ với một phương
pháp ñiều khiển thích hợp, thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm ñiện.
 Phù hợp với nguồn ñiện năng sử dụng (loại dòng ñiện, cấp ñiện áp).
 Thích hợp với ñiều kiện làm việc (ñiều kiện thông thoáng, nhiệt ñộ, ñộ ẩm…).
 Các thông số: Vận tốc tối ña của xe khoảng V = 4,5 (m/s).
Khối lượng xe không tải
,
m
=
30 (kg).

Khối lượng tải m = 70 (kg).
Đường kính bánh xe D = 500 (mm).
Hệ số cản lăn mặt ñường
0,023
f
=
.
Hệ số cản không khí
2 4
0,085( / )
K NS m
=
.









Hình 2.7: Sơ ñồ bộ truyền ñộng
 Trọng lượng toàn bộ xe:
,
70 30 100
G m m= + = + =
(kg). Vậy ta có G = 980 (N) (2.1)
 Tính lực kéo tổng quát của xe:

k f c l
p p p p
= + +
. (2.2)
Trong
ñ
ó:
k
p
: Là lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ ñộng (N).
os
f
p fGc
α
=
: Lực cản lăn (N).
2
c
p KFV
=

: Lực cản không khí (N).
Bánh xe lăn

B
ộ Truyền xích

27

sin
l
p G
α
=
: Lực cản lên dốc (N).
Lực cản lăn:

os
f
p fGc
α
=
= 0,023.980.cos30
o
= 19,5 (N).
(2.3)
L
ự
c c
ả
n không khí:


Ta có:
F
là diện tích cản chính diện (m
2
). Diện tích cản chính diện là
diện tích hình chiếu của xe lên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của xe, việc xác
ñịnh diện tích cản thường gặp nhiều khó khăn. Người ta thường dùng công thức
F=B.H.
Trong ñó: B là chiều rộng cơ sở của xe.
H là chiều cao lớn nhất của xe tính từ mặt ñường lên tới ñiểm cao nhất
của xe.
F = B.H = 0,75.1,1 = 0,825 (m
2
).
Từ ñó:

2
c
p KFV
=
2
0,085.0,825.4,5 1,4
= =
(N) (2.4)

L
ự
c c
ả

n lên d
ố
c:

sin
l
p G
α
=
=
980.sin30
o
= 490(N) (2.5)
Thay (2.3), (2.4) và (2.5) vào (2.3) ta
ñượ
c.

k f c l
p p p p
= + +
19,5 1,4 490 510,9
= + + =
(N).
Ta có
k
p
=510,9(N)
 Để tính ñược công suất ñộng cơ ta tính công suất cần thiết.
Ta gọi N: Công suất ñộng cơ.
N

ct
: Công suất cần thiết.
η: Hiệu suất chung.
Ta có
ct
N
N
η
=

(
kw)
Ta có công suất ñộng cơ:


.
510,9.4,5
2,3
1000 1000
k
P V
N = = =
(
kw)
Với
k
p
= 510,9 (N)
V = 4,5 (m/s)
Hiệu suất chung của hệ thống truyền ñộng.

η = η
xich
η
ol
= 0,96.0,99 = 0,95

2,3
2,4
0,95
ct
N
N
η
= = =
(
kw)
Vậy công suất cần thiết là 2,4 (kw).
28

Do sử dụng hai ñộng cơ ñiện cho xe nên ta chỉ cần ñộng cơ có công suất 1,2 (kw).
Ta có công suất 1,2 (kw) với tốc ñộ ñộng cơ ñiện 100 (vòng/phút).
Số vòng quay trên bánh xe lăn:

60000. 60000.4,5
172
. 3,14.500
xe
V
n
D

π
= = =
(vòng/phút).
Tỉ số truyền chung ñược tính như sau:

100
0,58
172
dc
xe
n
i
n
= = =

2.2.2.3. Thiết kế bộ truyền ñộng
Truyền ñộng xích ñược dùng
truyền chuyển ñộng giữa hai trục
song song cách nhau với khoảng
cách trung bình, yêu cầu kích thước
bộ truyền nhỏ gọn và tỉ số truyền
trung bình ổn ñịnh.
Truyền ñộng xích có ưu ñiểm
kích thước nhỏ gọn, làm việc không
trượt, hiệu suất cao, lực tác dụng
lên trục nhỏ. Tuy nhiên bộ truyền cũng có nhược ñiểm: Chế tạo và lắp ráp phức tạp,
yêu cầu bôi trơn thường xuyên và giá thành tương ñối cao.
 Chọn loại xích:
+ Ta chọn loại xích ống con lăn (hình 2.8) có cấu tạo ñơn giản, giá thành rẻ,
thường dùng truyền ñộng với vận tốc nhỏ.

+ Để ñảm bảo tuổi thọ của bộ truyền, giảm tải trọng ñộng giá trị Z
1
, Z
2
cần
thỏa mãn ñiều kiện: Đối với xích ống con lăn (7 ≤ Z ≤120).
+ Số răng ñĩa xích Z
1
có:
Z
1
=25
 Định số răng ñĩa xích
Ta có: Z
2
= i.Z
1
(i=0,58)
Với Z
1
= 25
Vậy số răng ñĩa xích Z
2
là: Z
2
= 0,58 . 25 = 14,5.
Vậy ta chọn số răng Z
2
là 14.
 Xác ñịnh bước xích t

Xác ñịnh hệ số ñiều kiện sử dụng K
K = K
ñ
. K
a
. K
o
. K
ñc
. K
b
. K
c

Trong ñó:

Hình 2.8: Xích ống con lăn
29

K
ñ
: Hệ số xét ñến tính chất của tải trọng tác dụng. Do tải trọng êm nên ta chọn K
ñ
=
1.
K
a
: Hệ số xét ñến chiều dài xích. Chon K
a
= 1 với giả thiết A = (20-30)t.

Ko: Hệ số xét ñến cách bố trí bộ truyền, chọn Ko = 1.
K
ñc
: Hệ số xét ñến khả năng ñiều chỉnh lực căng xích, chọn K
ñc
= 1,25.
K
b
: Hệ số xét ñến ñiều kiện bôi trơn, chọn K
b
= 1(bôi trơn nhỏ giọt).
K
c
: Hệ số xét ñến chế ñộ làm việc. Do làm việc 2 ca/ngày, chọn K
c
=1,25.
Vậy: K = 1 . 1 . 1 . 1,25 . 1 . 1,25 = 1,56.
 Công suất tính toán của bộ truyền xích: N
t

Ta có: N
t
= K . K
n
. K
z
. N
Trong ñó: - N: Công suất danh nghĩa cần truyền của bộ truyền.
- Z
1

: Số răng ñĩa xích dẫn.
- n
1
: Số vòng quay trục dẫn.
- n
01
: Số vòng quay ñĩa dẫn của bộ truyền cơ sở.
Hệ số vòng quay ñĩa dẫn:
1
200
2
100
ol
n
n
K
n
= = =

Hệ số răng ñĩa dẫn:

25 25
1
25
z
K
Z
= = =

Vậy: N

t
= 1,56 . 2. 1. 1,2 = 3,74 (kw)
Ta có: N
t
= 3,74 ≤ [ N ]
Tra bảng 25 – Hướng dẫn thiết kế chi tiết máy – Phạm Hùng Thắng, ta chọn:
[ N ] = 50.000 ( N ).
Bước xích: t = 25,4 ( mm )
Diện tích bản lề: F = 179,7 ( mm
2
)
Khối lượng một mét xích: m = 2,57 ( kg )
Tra bảng 26 – Hướng dẫn thiết kế chi tiết máy – Phạm Hùng Thắng ta có: n
1
≤ n
1gh

vậy nên thỏa mãn.
 Xác ñịnh khoảng cách trục A và số mắt xích
Chọn khoảng cách trục A
sb
theo công thức sau:

A
sb
= ( 20-30 )t
Chọn A
sb
= 20.25,4 = 508 ( mm )
Từ A

sb
ta tìm ñược số mắt xích sơ bộ X
sb
là: