Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần truyền động và xây dựng chương trình điều khiển cho xe lăn điện



KHOA 






PHAN NAM KHÁNH




NGHIÊN CU, THIT K VÀ CH TO
PHN TRUYNG VÀ XÂY D
U KHIN N





 ÁN TT NGHII HC
Chuyên ngành: CÔNG NGH K THUN T






GVHD: TS. PH


i



Phan Nam Khánh
51CKCD
-.
"Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần truyền động và xây dựng chương trình
điều khiển cho xe lăn điện”
: 66   16
.











Nha Trang, ngày tháng năm 2013
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

ii



 Phan Nam Khánh
51CKCD
-.
" Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần truyền động và xây dựng chương
trình điều khiển cho xe lăn điện”
 66  5 16


 









Nha Tran

(Ký ghi rõ họ tên)



___________________________________________________________________
Nha Trang, ngày 


( Ký ghi rõ họ tên )


Bằng số
Bằng chữ



Bằng số
Bằng chữ


iii




Sau mt thi gian nghiên cu tìm hiu v  tài vi s n lc ca bn thân cùng vi s
 tn tình ca các thy cô trong b môn và các bn trong l
 án tt nghiThiết kế và chế tạo xe lăn điệni thnh.
Em xin chân thành ccác th chúng em trong sut nhng
hy c cho chúng em nhng kin thc quý báu nh làm hành
c bit em xin gi ti các thy trong b n T li
ct, các tht mài nghiên cng
 truyt cho chúng em nhng kin thc vô cùng quý báu. Các tho cho
chúng em nhu kin tt nh c hc tc s dng thit b
b   án tt và nhanh nht.
Em xin chân thành cy Ph n tình ch bo, g em
trong sut quá trình thc hi   án vi thi gian

nh.
Xin cp th các bn lp 51ng ý kin quý báu giúp em
hoàn thành  án này.
Cui cùng em xin chân thành ci ti quý thng, bn bè
 em trong sut thi gian qua li chúc tp nht!


iv





NHN XÉT CA CÁN B NG DN i
PHIU  TÀI ii
LI C iii
MC LC iv
DANH MC CÁC HÌNH vii
DANH MC CÁC BNG x
LI M U 1
 TNG QUAN 2
1.1 Gii thiu chung 2
1.2 Mi dung nghiên cu 4
1.2.1 M 4
1.2.2 N tài 4
1.3 Phm vi nghiên cu 4
  LA CHT K N 5
2.1 Kt cu chung cn 5
2.2 n mt chiu 6
2.3 u khin 7

2.3.1 Các yu t n t n 7
2.3u khin t n 8
2.3u khin 11
2.4 Tình hình nghiên cu v n 13
2.4 13
v


2.4u khin b 14
2.4u khin bng cu khin (Joystick) 15
2.5 Mt s lo ng 16
2.5n W-HA-1022LIFT 16
2.5n W-HA-1022 17
2.5n W-HA-1023 18
 3 THIT K VÀ CH TN 21
3.1 Ph 21
3.1.1 ng lc hc bánh xe và khái nim v s t 21
3.1.2 Tính toán chn công su 22
3.1.3 Thit k b truy 25
 28
3.1.5 Vt liu ch tn 28
3.1.6 Ch to khung xe 29
3.2 Phu khin 32
3.2.1 Cu khin 32
3.2.2 Mu khin 33
3.2.3  khi 58
3.2.3 Gii thuu khin 58
 KT QU NGHIÊN CU 59
4.1 Th nghim kim tra kt c 59
4.2 Th nghim kia xe 59

4.2.1 Chun b 59
4.2.2 Chy th nghim 60
vi


4.2.3 Bng thông s sau khi th nghim 64
 KT LU XUT 65
5.1 Kt lun 54
5.1.1 Kt qu c 65
5.1.2 Kt qu c 65
 xut 66
 xut phn cng 66
 xut phn mm 66
TÀI LIU THAM KHO
PH LC



vii




Hình 1.1ng 2
Hình 1.1c 2
n mt ch ngi 3
n hai ch ngi 3
Hình 2.1 Cu tn 5
Hình 2.2 n mt chiu 6
Hình 2.3 Pha 1 6

Hình 2.4 Pha 2 6
Hình 2.5 Pha 3 7
Hình 2.6  th vn ti ng vn áp 7
Hình 2.7 u khin t n 11
Hình 2.8  13
Hình 2.9 Xe i ch to 14
Hình 2.10 u khin b 15
Hình 2.11 n W-HA-1022LIFT 16
Hình 2.12 -HA-1022 17
Hình 2.13 n W-HA-1023 19
Hình 3.1 Mng lc hc bánh xe 21
ng lc hn hóa 21
 b truyng 22
Hình 3.4  25
Hình 3.5  bi côn 28
viii


Hình 3.6 Vt liu thép 28
Hình 3.7 Mô hình phn khung trên 30
Hình 3.8 Mô hình phi 30
Hình 3.9 Bánh t lc 31
Hình 3.10 Bánh sau 31
u gim xóc 31
Hình 3.12 V p s 32
Hình 3.13 Mô hình tng th  32
Hình 3.14 Cu khin Troysticks 33
 nguyên lý ngun 5V 33
Hình 3.16 LM7805 34
Hình 3.17 Cu to bên trong LM7805 34

Hình 3.18 Cu to Diode 35
Hình 3.19 Hình dng và kí hin tr 36
Hình 3.20 Hình dng và kí hiu t n 37
 nguyên lý ngun 12V 37
Hình 3.22 LM7812 38
Hình 3.23 c quy 12V-20Ah 39
 nguyên lý khu khin 40
Hình 3.25  41
Hình 3.26 ATmega16 45
Hình 3.27 LCD 2x20 46
H chân LCD 47
Hình 3.29 Layout khu khin kt hp khi ngun 5V 49
ix


Hình 3.30  nguyên lý mch kích 50
Hình 3.31 Opto 51
Hình 3.32 Transistor C1815 52
Hình 3.33 Transistor A1015 52
Hình 3.34 Tip142 53
Hình 3.35 Mch layout khi mch kích và ngun 12V 54
Hình 3.36  nguyên lý mch công sut 55
Hình 3.37 IRF540 56
Hình 3.38 Relay 56
Hình 3.39 Layout khi mch công sut 57
Hình 3.40  khi 58
Hình 3.41 Gii thuu khin 58
Hình 4.1 Kim tra ngun c quy 59
Hình 4.2 Kim tra mch 60
Hình 4.3 Chy th nghing bng 61

Hình 4.4 Chy th nghiêm lên dc 61
Hình 4.5 Chy th nghim xung dc 62
Hình 4.6 Chy cua trái, phi 63
Hình 4.7 Th kh a xe 63



x


DANH MC CÁC BNG

Bng 1: c b truyng 26
Bng 2: n tr 36
B chân LCD 48
Bng 4: Thông s chy th nghim 64


1


 

i nhp và phát trin, phu tr thành mc công
nghip hóa, hii hóa nhc ta lên mt tm cao mi trong khu v
ng quc t. Song song vi s phát trin cc chính tr, 
hóa, xã hi thì nn kinh t n rt mnh m nh s tin b
không ngng ca khoa hc-t c. Công nghip hóa, hii
s t ng hóa cao trong các dây chuyn sn xut mà ngành Công ngh -n t có
th 

-n t là ngành khoa hc tng hp liên ngành cn tu
khi thng trong thit k và phát trin sn pht quan
trng và không th thiu trong s phát trin ca khoa hc-t hii.
S tin b ca khoa hi nhiu sn ph phc v cho cuc
sng ci. Trong s i k n s i cn, sn phm h
tr i khuyt tt vi già và bnh nhân. Sau mc
hc tp nghiên cu tng i hc Nha Trang cùng vi s c gng tìm tòi, hc
hi ca bc s nht trí ca cán b ng di nghiên cu
hit k ch to mô hình xe   cng c thêm kin thng thi có th
góp mt phn nh công sc ca mình vào công cuc xây d
 cho nhi b khuyt tt vi già có th d c di
chuyn.
Do lu làm quen vi vic tìm hiu và thc hi án nên không tránh khi nhng
thiu sót, em mong nhc s ch bo thêm ca các th sn phm ca em
c hoàn thi và hi vng sn phm này s sc ng dng vào thc t.

Sinh viên thc hin
Phan Nam Khánh

2


 
1.1 Gii thiu chung:
n ph bic s di không th di chuyn bng
chân (Hình 1.1).

(a) (b)
Hình 1.1: ng c
Ngày nay vi s tin b ca khoa hi nhiu sn phm giúp con

i thun tic di chuyn, trong s i k n xe 
xe n i tàn ti già có th i mt cách d
Tuy nhiên giá thành cn trên th ng
không h nhp vi túi tin ca nhc thu nhp không
cao.
 mt khía cnh khác, theo thng kê ca t chc y t th gii (WHO, 2012), hin nay
có gn 10% dân s trên toàn th gii khuyt tn gn 15,6%
dân s là nhi cn s h tr ci khác trong vic di chuyn, bao
g i khuyt tt, b   i già.  Vit Nam có khong 12,7 triu
i cn s  trong vii14,8% dân s (Thng kê ca B
i con s thng kê này cho thy, nhu cu s d c
ta và c trên th gii là rt ln.
Hit s i tirin
nhm phc v nhu cu cng (Hình 1.2)
3


Nhìn chung các mp và phù hp vi th hiu cng
i tiêu dùng. Mt s mn hi




Hình 1.2: (a) Xn mt ch ngi n hai ch ngi
m Thanh - i h
t k u khin bng cu khic thit k nh
gc các yêu cu chuyn cm bo an toàn
i s dng nh h tht k này còn mt s hn ch

-  hong  mt ch  t ng. S dng bng

xích không có b phn ly hp nên khi ht nguin xe không th di chuyn bng
i s dng.
- Cu khic thit k vi 4 công tc hành trình  ng di chuyn nên
hn ch kh n theo nhing cng thi
c t ca xe.
- Xe thit k không có h thng gim xóc nên khi di chuya hình không
bng phng gây nên s không thoi s dng.
- Kh t la cc còn hn ch.
Nhm vn dng nhng kin thc t lý thuyt và k tha các nghiên cc
 khc phc nhng hn ch nêu  trên. Vi mong mun to ra sn phm giá thành
rng tt yêu cu ca nhi g tài này s
tip tc Nghiên cứu thiết kế và chế tạo phần truyền động và xây dựng chương
trình điều khiển cho xe lăn điện
4


1.2 Mi dung nghiên cu:
:
Vn dng nhng kin thc lý thuyt c h tính toán thit k 
n v ng thm bi s dng,
làm ch công ngh trong thit k ch tn. Nghiên c
là lut nghip khóa hc.

Vi m  tài s tp trung nghiên cu nhng ni dung sau:
- Nghiên cu tng quan v n.
- Nghiên cu la chn thit k n v n
ng thm bi s dng.
- Nghiên cng lc hc và la chn công sut t k b truyng cho
n
- Nghiên cu v u khin mt chiu khin t

quay cn mt chiu.
- Nghiên cu v u khin Atmega16, thit k mu khin.
1.3 Phm vi nghiên cu:
Kt qu cui cùng c tài là gii pháp công ngh và sn phm ca nghiên cu là mô
 n có th áp dng ngay vào thc t, giúp nh i g
trong di chuyn tha mãn nhu cu ti thiu trong vii. Do thi gian có hn, kinh
 vt chc ch to còn hn ch, m các
yêu cu v mt công nghn phm có hình dáng, m
bán trên th  thc s, sn phm ca nghiên
cu có th c tt c các yêu cu trên.

5




2.1 Kt cu chung cn:
ng c ch to dn ca loi n,
toàn b c làm bng hp kim nhôm giúp xe cng chn nh. Mt
ng có các b phn chính sau: 
u khin t u khing lái, b truyng nhông xích, truyn
ng vít me - c. Ngoài ra còn có cn gt y tay hon,
cn gu khiu (Hình 2.1)

Hình 2.1 Cu to chung cn
1: Cu khin Troysticks 2: B phn gim xóc
3: Bánh sau n
i 6: Bánh t lc
7:  chân 8: Khung trên 9: Hp gim tc và ly hp
6

n mt chiu:
 Công dng: 

Hình 2.2 n mt chiu
 Cu to:

- 
- 
 

 


Hình 2.3 Pha 1
 

Hình 2.4 Pha 2
7


 


Hình 2.5 Pha 3
2.3 u khin:
2.3
2.3.1.1 Ảnh hưởng của điện áp đến tốc độ của xe lăn điện:
n áp là yu t ng trc tiu khi

n, giá tr u khin cao hay thp quynh t m
hay nhanh. Vì v u khiy nh, thì ta phu khin áp
ngõ ra mt cách tuyn tính. a vn tc vn áp.

Hình 2.6  th vn ti ng vn áp
ng vi mn áp ngõ ra ta có th nh bng mt giá tr t ng
 vì vy muu chc t u chnh giá tr n áp vào

n(vòng/phút)
n
áp(Volt)
n


U


8


2.3.1.2 Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đến tốc độ xe lăn điện:
u kin ngoi cnh là mt trong nhng yu t i khá ln t ca xe
n. Tùy thuu kin ngoi ca hình khác nhau thì t xe s
khác nhau.
u kin có sc cn ln thì t  b chm li (ví d khi xe lên dc),
c li t   (ví d ng dc). Vic
u chnh t c vào hoàn cnh khi xe vn hành,  nh
cn chy chm thì ta phu chnh t  giá tr phù hp,  a hình khó
  u ch t
t theo ý mun ci s di có mt b u khin phù hp và n

nh.
2.3
2.3.2.1 Khái niệm phương pháp điều khiển động cơ điện:
u khin t n pháp nhân t i các thông s
ngun áp hay các thông s mn tr ph, thay i t thông. T 
t có nhng t làm vic mi phù hp vi yêu cu. Có 2
 u chnh t 
: Bii các thông s u ra hay còn gi là thông s u chnh
là moment (M) và t (

) ci thông s u ra
bng lên thông s u vào mt cách ri rc. Mi lng ta có mt
giá tr i ca thông s c m
(nhân to)c, các nhiu lon s ng vào h  ti thay
n áp ngu u vào vn gi m
làm vic c di chuyn trên mi ta gi dng
u chnh này là u chnh bu chnh vòng hu chnh
không t 
: Bii các thông s u vào hay còn gi là thông s u chnh
n tr phn ng R

(hoc R

), t thông

(hon áp kích t U
kt
n kích
t I
kt

n áp phn ng U

 s i liên tc ca thông s u
9


vào theo m sai lch ca thông s u ra so vi giá tr c, nhm khc phc
 sai lng ca nhiu làm ng n thông s u ra,
thì thông s u vào s  có mm
làm vic c dch chuyn t c tính nhân tc
tính nhân to khác và vch ra ma h u chnh t ng. Vic
i t ng thông s c thc hin nh mch phn hi ; mch này ly
tín hiu t thông s u ra hoc mt thông s  li
ng lên thông s u vào, to thành mt h có liên h kín gia u
vào. Ni ta gi h này là h u chu chnh t 
V u chnh tn mt chiu có nhii
các long nó có kh u chnh t d dàng mà cu
trúc mng lc, mu khing thi lc cht
u chu chnh t rng.
2.3.2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ.
u chnh t ca h thng truyn ng ca h
thng truyn các ch  cn chú ý:
a. Hướng điều chỉnh tốc độ.
u chnh t là ta có th u ch c t l
so vi t n (là t làm vic) c
nhiên.
b. Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh tốc độ).
Phu chnh t D là t s gia t ln nht n
max
và t bé nht n

min

i ta có th u chc ti giá tr ph ti lnh mc : D = n
max
/n
min
.
 n
max
c gii hn b bc.
n
min
c gii hn bi phm vi cho phép c
i ta chn n
min
.
Phu chnh càng ln thì càng tt và ph thuc vào tng yêu cu ca h thng,
kh a tu chnh.
10


c. Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ.
 cng :
nM  /

. Khi

càng ln tc
M
càng ln và

n
nh n
nh t
M
càng ln khi ph ti
n
i nhiu chnh tc
 tt nh nguyên ho cng cc tính


càng ln thì càng tt.
d. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ.
Trong phu chnh t, có nhiu cp t liên tu chnh tc


ng t s gia hai cp t k nhau :


= n
i
/n
i+1
.

n
i
: t u chnh th cp i.
n
i+1
: t u chnh th cp i+1.

Vi ni và ni+1 u ly ti m

tin càng gn 1 càng tu chnh t càng liên tc. Lúc này 2
cp t u bng nhau, không có nhy cp hay còn gu chnh t vô cp.


1 h thu chnh có cp. H ch có th làm vic nh ti mt s giá tr ca
t u chnh t.
e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ.
H thng truyn khi có chng cao là mt h thng có hiu sut làm vic
ca 

là cao nht, khi tng

P
phu
 mc thp nht.
f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ.
H thu chnh t truyn có tính kinh t cao nht là mt h thng
u chnh phi tho mãn tu k thut ca h thng thi h thng
phi có giá thành thp nht, chi phí bo qun vn hành thp nht, s dng thit b ph
thông nht và các thit b máy móc có th d dàng thay th khi bo trì.
11


2.3:
Tr phân tích  trên,  tài này áp dng s  làm
i t n. Vu khi rng xung áp
 d dàng hiu chnh t ng ch  c
th.

Hình 2.7 u khin t n
Trong các mu khin t n hin nay trên th ng có hai
 r
-  ru khin t n dùng bin tr.
-  ru khin t n dùng Hall_Sensor.
 mi cách thu khin t u có nhng tin li riêng, tuy vy vic s
d u khin t n s c t 
bc cao.
2.3.3.1 Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng biến trở:
Bin tr mc trong mc ni vu khin bên ngoài, khi vn tay ga làm
i giá tr n tr bên trong mch s di giá tr n áp ca mch,
tín hia IC 16F876A, qua x lý tín
hiu khin s c xuu khii t n.
Khác vu khin t ca mng, viu khin t
c tn ch i
n áp cmà cn phi lp trình sao cho t i trong mt
khong thi gian trì hoãn nhnh g: sec), m
hay ngn quynh s i t m. M
mu khin t  c c n
255. Vy th c t tt ch  hong (có
chc) là:
12


T = Thc × S c ci.
Nn s i t t ngt, do vy d gây
ngã và si s dng. Còn n to khong thi gian ì
 không nhy trong vii t, gây mt thi gian và to s
i s dng. Chính vì vy vic lp trình to ra m

hp s m bo tu khin t 
2.3.3.2 Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng Hall_Sensor
Khi dùng Hall_Sensor ta có th i trc tip giá tr n áp ci
Hall_c mc gi u t ng c nh, tùy vào v  i ca
Hall_sensor ta có nhng giá tr u khin t 
 n tr. Tuy nhiên, u
khin, s gi ma sát ca h thi giá tr n tr, do vy b ngun
s  bi khi dùng bin tr ng.
Cm bin Hall là mt b bin áp ngõ ra da trên s i ca
t ng. Cm bic dùng cho các công t và dò v
n ng dng.
Nhìn mn nht cm bit b bii Analoge, làm thay
i các giá tr n áp thc. Vi mt giá tr t ng bic và khong dch chuyn
ca cm bin Hall ta có th suy ra giá tr n áp tc thi ngay ti thu
dùng kt hp nhiu cm bin thì mi quan h gia các t ng cc quan tâm.
n chy trong cun dây và sinh ra t ng làm bin và cm
bin Hall có th  n ti thm tc thi . C th m bin kt
hp vi mt cun dây hay nhng tm thép t xung quanh cun cm thì có th c
n.
ng mt cm bin Hall kt hp v n chy trong thit b  làm
t k thut s (on/off).
13


2.4 Tình hình nghiên cu v n:
Vi s phát trin không ngng ca khoa ht trên th gii, cùng vi s i
ca nhiu công ngh mi nhiu lon vi nhiu m
dng.
2.4
i hc Công ngh u và ch to ra

chit robot t ng kt hp vu khin ý
i.

Hình 2.8 Xe 
c thit k bi nhng chic cm bin nh 
bin chúng thành nhng con robot t ng có th t di chuyn và có th tránh các
ng ngi vt mà chúng có th nhìn thc gn trên xe nhm to an
toàn cho ngi s di s dng ch cn dùng nhng cái lu ho
 u khin di chuyu khin ch cn lc
u qua bên trái hoc ch c  t ng di chuyn theo
i s dng mong mun.
Ti Vit Nam thì sn phc nghiên cu và ch
to thành công.
GS.TS 

14




àn hình máy tính


 



 



Hình 2.9 Xe 
Tuy nhiên chic i công ngh hii nên giá thành rc
s dng ph bin.
2.4
Các nhà khoa hc Tây Ban Nha vùa ch to thành công chin có th nhn
u khin trc tip t i s dng.