Nghiên cứu và phát triển xe lăn đa chức năng phục vụ cho người già và tàn tật

iv

TÓM TT


Xeălĕnăt hành đaăchcănĕngălƠăs kt hợp giaăxeălĕnătruyền thống và thit b
hỗ trợ bnh nhân trong vic nâng h xuốngăging bnh. Thit b này có th di
chuyn linh hot, giúp lyăđ vt  trên cao, hỗ trợ thayăđi v trí ngi và phc hi
chcănĕngăđiăliăchoăngi sử dng.ăĐ có th thc hinăđợc các chcănƠyăđòiăhỏi
xeălĕnăphi có h thống khung boăđm về đ bền,ăđ linh hot,ăđ năđnhăcũngă
nhăkiu dáng phù hợp viăngi sử dng. Chính vì vy, chúng tôi tin hành thit
k h thống khung xe và tính toán li nhằmă đaăraăđợc kt cu tốiă u về khối
lợng ca h thốngăkhungăxeănhngăvn boăđm về tính kinh t vƠăkĩăthut. Đ làm
đợc nhng nhim v này, chúng tôi sử dng phn mềm soilwork 2010 trong vic
thit k và phn mềm ansys trong vic tính toán tốiău.








v

ABSTRACT

Multi-functional wheelchair is a combination of traditional wheelchair and
equipment in support of lifting patients into hospital beds. This device can move
flexibly, to help get things from above, supports change seating position and
movement rehabilitation for users. To perform this function requires the wheelchair

to ensure system reliability framework, flexibility, reliability and style suit the user.
Therefore, we conducted system design chassis and recalculate to identify the
optimal structure in terms of volume but the system chassis guarantee the economic
and technical. In oder to make these works, we use software Soilwork 2010 in the
design and ANSYS software to calculate optimal.
Keywords- Optimal structure, wheelchair, Structure analysis.











vi

MỤC LỤC
LÝ LCH KHOA HC Error! Bookmark not defined.
LIăωAMăĐτAσ Error! Bookmark not defined.
LI CMăσ Error! Bookmark not defined.
TÓM TT Error! Bookmark not defined.
SUMMARY Error! Bookmark not defined.
ωhngă1.ăTNG QUAN Error! Bookmark not defined.
1.1. Tình hình nghiên cu Error! Bookmark not defined.
1.1.1. σc ngoài Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Trongănc 4
1.2. Tính cp thit caăđề tài 7

1.3. Mcătiêuăđề tài 7
1.4. Cách tip cn và hng nghiên cu 8
1.5. Đốiătợng và phm vi nghiên cu Error! Bookmark not defined.
1.6. Ni dung nghiên cu 8
ωhngăβ.ăPHÂN TÍCH VÀ LA CHN KT CU 9
2.1. Quá trình thit k máy và chi tit máy 9
2.2. Phân tích và la chn kt cu 10
2.2.1. Ch đ làm vic ca xe 10
2.2.2. Nguyên lý làm vic ca xe 10
2.3. ωácăphngăánăđề xut choăcăcu di chuyn 11
2.3.1. Di chuyn bằng chân 11
2.3.2. Di chuyn bằng xích 12
2.3.3. Di chuyn bằng bánh xe cao su 13
vii

2.3.4. Các loi bánh xe 15
2.4. ωácăphngăánăđề xutăchoăcăcu nâng 17
2.4.1. ωănơngănơngăbằng xi lanh thy lc 17
2.4.2. ωănơngănơngăbằng ti kéo cáp 18
2.4.3. ωănơngănơngăbằng bánhărĕngăthanhărĕng 19
2.4.4. ωănơngănơngăbằng trc vít meăđaiăốc bi 20
ωhngăγ.ăTHIT K ωăKHệ VÀ TÍNH TOÁN KT CU 22
3.1. Lý thuyt về nhân trc hc trong thit k không gian xe 22
3.2. Thit k căkhí 23
3.2.1. Thit k khung chính 23
3.2.2. Thit k khung nâng 24
3.2.3. Thit k khung gh xoay 25
3.2.4. Lp ráp toàn b h thống khung 25
3.3. Tính toán kt cu xe 27
3.3.1. Chnăđngăcăxoayătrc vít me bi 31

3.3.2. Chnăđngăcăđẩy 33
3.3.3. Chnăđngăcălái 34
3.3.4. Chnăđngăcăxoayăgh ngi 35
3.3.5. Chnăđng đỡ ngi 36
3.4. Đng hcăbánhăláiăxeălĕn 36
ωhngă4. THC NGHIM 39
4.1. Đánhăgiáăkt cu khung xe 39
4.2. Kt qu mô phỏng ng sut và chuyn v ca xe 42
4.2.1. Phngăphápăphn tử hu hn trong phân tích kt cu 42
viii

4.2.2. Kt qu mô phỏng 44
4.3. Thc nghim 53
4.4. Tốiăuăhóaăh thống khung 56
4.4.1. Lý thuyt tốiăuăhóaăkt cu 56
4.4.2. Mô phỏng 57
4.4.β.ăĐánhăgiáăkt qu 59
ωhngă5. KT LUN 60
Tài liu tham kho 61

ix

DANH MC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Các kiểu xe lăn đầu tiên 1
Hình 1.2. Sự phát triển của xe lăn hỗ trợ bệnh nhân 2
Hình 1.3. Xe lăn Permovel 3
Hình 1.4. Sự phát triển của thiết bị nâng hỗ trợ bệnh nhân 3
Hình 1.5. Chiếc xe lăn PET 4
Hình 1.6: Các sản phẩm xe lăn của công ty Kiến Tường 5
Hình 1.7. Xe lăn điện ứng dụng ERGONOMICS 6
Hình 2.1. Mô hình xe lăn đa chức năng 13
Hình 2.2. Sự sắp xếp chân của các loài động vật khác nhau 14
Hình 2.3. Robot di chuyển bằng chân 14
Hình 2.4. Robot di chuyển bằng bánh xích 15
Hình 2.5. XeălĕnăvƠăRobot di chuyển bằng bánh xe 16
Hình 2.6. Các loại bánh xe sử dụng cho mobile robot 17
Hình 2.7. Các cách bố trí bánh xe cho mobile robot 17
Hình 2.8. Cơ cấu di chuyển cho xe lăn đa chức năng 18
Hình 2.9. Mô hình xe lăn sử dụng cơ cấu nâng bằng xi lanh thủy lực 19
Hình 2.10.Mô hình xe lăn sử dụng cơ cấu nâng bằng tời kéo cáp 19
Hình 2.11. Mô hình xe lăn sử dụng cơ cấu nâng bằng bánh răng thanh răng 20
Hình 2.12. Mô hình xe lăn sử dụng cơ cấu nâng bằng trục vít me đai ốc bi 21
Hình 3.1. Các kích thước tham chiếu về nhân trắc học 23
Hình 3.2. Kích thước thiết kế của khung chính 24
Hình 3.3. Kích thước thiết kế của khung nâng 24
Hình 3.4. Kích thước thiết kế của khung ghế xoay 25
Hình 3.5. Lắp ráp hệ thống khung 26

Hình 3.6. Bản vẽ tháo lắp chi tiết của xe lăn đa chức năng 26
Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống truyền động của xe lăn 27
Hình 3.8. Bộ truyền vít me đai ốc bi và truyền xích sau khi chế tạo 33
Hình 3.9. Bộ truyền bánh răng nón cho cơ cấu lái sau khi chế tạo 35
x

Hình 3.10. Sơ đồ tính lực nâng đỡ người 36
Hình 3.11. Mô hình dẫn động xe lăn 36
Hình 3.12. Mô hình động học hệ thống dẫn động 37
Hình 4.1. Mô hình xe lăn sau khi chế tạo 39
Hình 4.2. Kết quả mô phỏng ứng suất sinh ra tại ổ đỡ khi ghế ngồi ở vị trí cao
nhất với góc quay là 180
0
41
Hình 4.3. Kết quả mô phỏng ứng suất ổ bi và trục được tách ra 41
Hình 4.4. Kết quả mô phỏng chuyển vị toàn phần của xe khi ghế ngồi ở vị trí
thấp nhất với góc quay là 0
o
42
Hình 4.5. Biểu đồ kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa ứng suất với góc quay
tương ứng với các chiều cao nâng (60kg) 46
Hình 4.6. Biểu đồ kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa chuyển vị với góc quay
tương ứng với các chiều cao nâng (60kg) 46
Hình 4.7. Biểu đồ kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa ứng suất với góc quay
tương ứng với các chiều cao nâng (70kg) 48
Hình 4.8. Biểu đồ mô phỏng thể hiện mối quan hệ giữa chuyển vị với góc quay
tương ứng với các chiều cao nâng (70kg) 48
Hình 4.9. Biểu đồ kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa ứng suất với góc quay
tương ứng với các chiều cao nâng (80kg) 50
Hình 4.10. Biểu đồ kết quả mô phỏng mối quan hệ giữa chuyển vị với góc quay

tương ứng với các chiều cao nâng (80kg) 50
Hình 4.11. Sơ đồ kiểm tra độ chuyển vị của xe lăn 54
Hình 4.12. Mô hình thí nghiệm đo chuyển vị thực tế 54
Hình 4.13. Đồ thị kết quả đo chuyển vị giữa mô phỏng và thực tế của khung xe 55
Hình 4.14. Mô hình đặt tải và các điều kiện ràng buộc 58
Hình 4.15. Kết quả sau khi tối ưu hóa mẫu số 1 và số 2 58
Hình 4.16. Kết quả mô phỏng ứng suất của mẫu số 1 và số 2 58
Hình 4.17. Kết quả mô phỏng chuyển vị của mẫu số 1 và số 2 59

xi

DANH MC CÁC BNG
Bảng 2.1. So sánh ưu nhược điểm của các cơ cấu di chuyển 14
Bảng 3.1. Kích thước tham chiếu về nhân trắc học 23
Bảng 3.2. Giá trị áp suất cho phép 28
Bảng 3.3. Giá trị ψ
H
và ψ
h
28
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật xe lăn 40
Bảng 4.2. Khối lượng của các chi tiết trong máy 41
Bảng 4.3. Cơ tính của các loại thép sử dụng 41
Bảng 4.4. Bảng giá trị ứng suất mô phỏng tại ổ trục (MPa) trong trường hợp người
có khối lượng 60kg 47
Bảng 4.5. Bảng giá trị chuyển vị mô phỏng tại ổ trục (MPa) trong trường hợp
người có khối lượng 60kg 47
Bảng 4.6. Bảng giá trị ứng suất tại mô phỏng ổ trục (MPa) trong trường hợp người
có khối lượng 70kg 49
Bảng 4.7. Bảng giá trị chuyển vị mô phỏng tại ổ trục (MPa) trong trường hợp

người có khối lượng 70kg 49
Bảng 4.8. Bảng giá trị ứng suất mô phỏng tại ổ trục (MPa) trong trường hợp người
có khối lượng 80kg 51
Bảng 4.9. Bảng giá trị chuyển vị mô phỏng tại ổ trục (MPa) trong trường hợp
người có khối lượng 80kg 51
Bảng 4.10. Kết quả sau khi tối ưu 59






1

Chng 1
TNG QUAN
Cuc sống ngày cƠngăđợc ci thin do s phát trin mnh m về kinh t xã
hi, chtălợng cucăcũngătĕngălênăđiều này làm tui th ca con ngiăcũngătĕngă
lên. Theo nghiên cu thì hinănayăhnă10%ădơnăsố ca th gii là nhngăngi trên
60 tuiăvƠăđnănĕmăβ0η0ăthìăt l này s tĕngălênăhnăgpăđôiăvƠăt l tĕngăln nht là
nhngăngi 85 tui và nhngăngiăgiƠăhnăna [1].
Theo y ban Quốcăgiaăσgi cao tui Vit Nam cho bit,  Vit Nam số lợng
ngi cao tuiăngƠyăcƠngătĕngăvƠătĕngănhanhătrongănhngănĕmăgnăđơy.ăσĕmă1989
tỷ l ngi cao tui chim 7,2% dân số và nĕmăβ007ălƠă9,4η%ă.ăD báo tỷ l này s
tĕngăđt bin từ nĕmăβ010ăvƠăcóăth đtă1θ,8%ăvƠoănĕmăβ0β9ă[10].
ωhínhăvìăđiều này mà số lợngăngiădùngăđ chĕmăsócănhngăngiăgiƠăcũngăphi
tĕngă theoă đ đápă nhuă cu ca xã hi.ă σhngă theoă mt nghiên cu thì số lợng
nhngăngi cn cho vicăchĕmăsócăngiăgiƠăngƠyăcƠngăítăđi,ăvƠoănĕmă19η0 thì có
8ăngiătrngăthƠnhăchĕmăsócăvƠăhỗ trợ mtăngi 65 tui hay lnăhn. Ngày nay
t l nƠyălƠăηăngi trên mtăngiăgiƠăvƠăđnănĕmăβ0β0ăthìăch cònăγăngiătrng

thƠnhăchĕmăsócămtăngi già [2].
Do tính cht công vic nặng nhc và nhàm chán nên t l này gim là mtăđiều tt
yu vì vy rt cn mt thit b hỗ trợ cho nhngăngiăgiƠăđ h có th đc lp
trong mi hotăđng hằng ngày. Thit b này có th di chuyn linh hot, giúp lyăđ
vt  trên cao, hỗ trợ thayăđi v trí ngi và phc hi chc nĕngăđiăli choăngi sử
dng.
Đ hiu rõ thêm về tình hình s phát trin ca các thit b hỗ trợ choăngi già và
tàn tt,ătôiăđƣătin hành tìm hiu tình hình nghiên cu phát trin ca các thit b này
 trongăvƠăngoƠiănc.


2


1.1. Tình hình nghiên cu
1.1.1. σc ngoài
Theoănhăđnhănghĩaăthìăxeălĕnă(Wheelchair)ălƠăphngătin hỗ trợ có bánh xe,
giúp nhngăngi gặpă khóăkhĕnătrongă vicăđiăli có th di chuynăđợc trong
không gian t điăhoặcăcóăngiăkhácăđẩyăđi.
Chică xeă lĕnă đuă tiênă đợcăphátă minhănĕmă 1η9η,ă đợc thit k dành cho vua
Philip II ca Tây Ban Nha bi mt nhà phát minh vô danh.

Hìnhă1.1.ăωácăkiuăxeălĕnăđuătiên [4]
σĕmă1θηη,ăStenphenăFarflerălƠămt thợ sửaăđng h b lităβăchơnăđƣăto nên mt
chic gh t đẩyăđiătrênăbaăbánh xe.
VƠoănĕmă178γ, John Dawson ca thành phố Bath  ncăAnhăđƣăphátăminhăraăchic
xeălĕnăđợcăđặt theo tên riêng ca thành phố ψath.ăDawsonăđƣăthit k 2 cái bánh
tht ln và thêm 2 cái bánh nhỏ k bên. Chicăxeălĕnăψathăđợc bán rngărƣiăhnătt
c nhng xe khác vào nhngănĕmăđu ca th k 19.
Tuy nhiên, chicăxeălĕnăca Bath không hoàn toàn thoiămáiăvƠăđƣăcóărt nhiều ci

tinăchoăxeălĕnănƠy.ăVƠoănĕmă18θ9,ăquyền sáng ch xeălĕnăđƣăđợc công nhnăvƠăđƣă
trìnhălƠngămôăhìnhăđu tiên vi b điều khin bánh xe và nhng cái bánh nhỏ giúp
điều khin tốtăhn.ăVƠoănhngănĕmă18θ7-1875, nhngănhƠăphátăminhăđƣăđaăthêm
nhng ming cao su rỗngăvƠoăbánhăxeătngăt sử dngătrongăxeăđp trên vành kim
3

loi.ăVƠoănĕmă1881,ădng c đẩyăđ t đẩy về phíaătrcăđợc phát minh. σĕmă
1900, bánh xeăcĕmăđuătiênăđợc xut hin và đợc sử dngătrongăbánhăxe.ăσĕmă
191θ,ăbánhăxeăcóămotorăđuătiênăđợc sn xut  LuơnăĐôn.
σĕmă19γβ,ăkĩăsăHarryăJenningsăđƣătoănênăbánhăxeălĕnăthépăhìnhăống.ăĐóăchínhălƠă
chic xe thép hình ốngăđu tiên trên th giiătng t nhăxeăđợc sử dng ngày
nay. ChicăxeănƠyăđợc toănênădƠnhăchoăngi bn ca Jenny b bnh lit c hai
chân Herbert Everest. Và k từ đóăchoăđn nay các muăxeălĕnăliênătcăđợc ci tin
phát trin c về hình dáng và mcăđ linh hot, chúng giúp cho ngi sử dng cm
thy thoi mái và t tinăhn. Hình 1.2 th hin s phát trin ca các loiăxeălĕnăc về
hình dáng, s tin lợi.


Hìnhă1.β.ăSăphátătrinăcaăcácăloiăxeălĕnăhỗătrợăbnhănhơnă[1]

Gnăđơyăcác nhƠănghiênăcuăσhtădnăđuăbiăMasaharuăKomori,ămtăgiáoăsăvềăkỹă
thută trongă yă khoaă cngă tácă viă trngă điă hcă Kyoto,ă đƣă phátă minhă raă chică
Permoveh,ăhayăPhngătinăDiăchuynăωáănhơnă(PersonalăMobility Vehicle) đợcă
thăhinăăhìnhă1.γ.ăĐơyălƠămtămuăthităkăxeălĕnăthăhămiăđợcătrôngăđợiăsăhỗă
trợăvƠănơngăcaoăchtălợngăcucăsốngăchoănhngăngiăkhuytăttă[6].
ωhicăxeălĕnăPermovelăcóătiăbốnăbánhăxeăcùngăkíchăthc,ăvƠămỗiăbánhăxeăđợcă
gn γβăconălĕnăcóăthăxoayăvuôngăgócăviăvƠnhăbánhăxe.ăσhăcácăconălĕnănƠy,ăchică
xeălĕnăcóăthădiăchuynătheoăbtăcăhngănƠoătheoămongămuốnăcaăngiăsửădngă
viăđiuăkhinăcmătay.

4



Hình 1.3. XeălĕnăPermovel [6]
ψênăcnhăsăphátătrinăcaăxeălĕnăcònăcóăsăphátătrinăcaăcácăthităbăhỗătrợănơngă
h,ăthităbănƠyăgiúpăngiăchĕmăsócăkhôngăbămtăscăcũngănhăchnăthngăxyăraă
trong quá trình thay điăvătríăcaăbnhănhơnănhătừăxeălĕnălênăgingăbnhăhayălênă
ôătôăhoặcăngợcăli.ăHìnhă1.4ăthăhinăcácăthităbănơngăhỗătrợăbnhănhơn.


Hình 1.4.ăSăphátătrinăcaăthităbănơng hỗătrợăbnhănhơnă[1]

1.1.2. Trongănc
HinănayăăVităσam,ănhngăloiăxeădƠnhăchoăngiăkhuytăttăkháăđaădngăvềă
chngăloi.ăTuyănhiên,ăhuăhtănhngăsnăphẩmănƠyăđềuăcóăxutăxătừăncăngoƠi,ă
giáăthƠnhăcao,ăboăhƠnh, boădỡngăkhóăkhĕn,ăhnănaăđaăsốăcácăxeălĕnăbằngătayă
hoặcăcnăcóăngiăđẩy,ăhnăchăkhănĕngăcaăngiăkhuytătt.ăTrcănhuăcuăthcă
5

tăcaănhiềuăngiăkhuytătt,ăbnhănhơnăcũngănhăngiăcóătuiăcnăcóăcácăphngă
tinăđiăli,ădăsửădng,ăgiáăthƠnh rẻ.
Trung tâm nghiên cu ng dng và sáng to công ngh,ăKhoaăĐin,ăĐi hc Bách
khoa diăsăhngădnăcaăPGS.TS.ăTăωaoăMinhăđƣătin hành nghiên cu và ch
to ra chicăxeălĕnăđin vi tên gi PET đợc th hinănhăhìnhă1.η, đơyămt gii
pháp di chuyn miă choă ngiă giƠă vƠă ngi khuyt tt. Đimă đặcăbitănhtă caă
chicăxeănƠyălƠărtăcăđng,ăsửădngăcùngălúcăhaiăđngăcăđinămtăchiềuăkhôngă
chiăthan, mỗi đngăcăđiềuăkhinămtăbánhăxe.ăσhăvy, hăthốngătruyềnăđngăcaă
xeătrănênăđnăginăhnăsoăviăcác xeăcùngăloiăcaăncăngoƠiăsnăxut,ădoăđóăhnă
chăđợcăcácăhỏngăhócăcũngănhătiêuătốnănĕngălợngăítăhn.

Hìnhă1.η.ăωhicăxeălĕnăPETă[7]
Công ty KinăTng là mt trong nhng nhà sn xutăxeălĕnăln ti Vităσamăđƣă
to ra nhiều sn phẩmăđápăngăđợc nhu cu ca th trng. ωònăcácăxeălĕnăt đng
nhiều chcănĕngăch yu là nhp từ nc ngoài vi chi phí rt cao.
Các sn phẩm  hình 1.6 th hin mt trong nhng sn phẩm mi ca công ty Kin
Tng,ăđƣăđợcăđaăraăth trngăvƠăđƣăgópăphn hỗ trợ vic di chuyn ca nhng
ngi già và tàn tt.

6







(a) (b) (c)
Hình 1.6. Các sn phẩmăxeălĕnăca công ty KinăTng [8]
(a).ăXeălĕnăvợtăđa hình
(b).ăXeălĕnăđin
(c).ăXeălĕnăbƠnăđaănĕng
Nuănhăcácăthit k về xeălĕnăđinătrcăđơyăch đnăthun sử dng trong vicăđiă
li thì thit k ln này caăcácăSVăĐHăψáchăkhoaăĐƠăσẵng còn mang tính hỗ trợ
sinh hot tốiăđa.ăĐơyălƠăđề tài nghiên cu ng dng ERGONOMICS vào thit k và
ch to hoàn chnh mt chicăxeălĕnăđin vi nhiềuătínhănĕngăphc v choăngi tàn
ttăvƠăngi già trong sinh hotăhƠngăngƠyăvƠăđợc th hin  hình 1.7.
Tt c các chuynăđng caăxeăđợcăđiều khin bằng mt cnăđiều khin (Joystick)
duy nht.

Hình 1.7.ăXeălĕnăđin ngădngăERGτστMIωS [9]
7

1.2. TÍNH CP THIT CA Đ TÀI
Tìnhăhìnhăchĕmăsócăsc khỏeăchoăngiădơnăđƣăđợc ci thinănhngăvn còn
rt hn ch so viăcácănc trong khu vc.ăĐặc bit là các thit b hỗ trợ các nhân
viên y t không b nhng chnăthngătrong vicăthayăđi v trí caăngi bnhănhă
giúp nâng bnh nhân từ xeălĕnălênăging bnhăhayăngợc li và thit b nƠyăcũngă
giúp nhng bnh nhân cao tui,ăngi tàn tt và nhngăngi cn phc hi chc
nĕngătrongăvicăđiăli. Các thit b này giúp h t ch đng trong di chuyn, tuy
nhiên hinănayăđangărt thiu.
ĐơyălƠămtăđiềuăđángăticăvìănc ta số lợngăngi cao tui và tàn ttălƠătngăđối
nhiều,ăvƠăđơyălà mt th trngăđy tiềmănĕng.ăσuăđợc ch toă vƠăđaăvƠoăsử
dng s góp phn làm cho cuc sống ca nhngăngi sử dng nó tr nên thoi mái
và t tinăhn.
1.3. MC TIÊU Đ TÀI
Làm ch công ngh thit k và ch toăxeălĕnămangătínhăchtăđaăchc nĕngă
phù hợp viă ngi Vit Nam. Xe này có th thc hină đợc các chcă nĕngă diă
chuyn, nâng h,ăthayăđi v trí, phc hi chcănĕngăchoăngi bnh,ăngi già và
tàn tt.
Ch to thử nghim hoàn chnhă1ăxeălĕnăđaăchcănĕng.ăXeăđợc thit k phù hợp
vi nhng tiêuăchíăđóălƠăcóăkt cuăcăkhíăđnăgin và hiu qu, kh nĕngădiăchuyn
linh hot, phù hợp vi sn xut hàng lot.
1.4. CÁCH TIP CẬN, PHNG PHÁP NGHIÊN CU
1. Cách tip cn
Nghiên cu, tham kho và rút kinh nghim từ muăxeălĕnădiăđng tiêu biu ca
các hãng sn xut, các vin nghiên cuăvƠăcácătrngăđi hcăcácănc tiên tin trên
th giiăđ từ đóăla chn công ngh phù hợp và gii pháp tốiău.
8

Tham kho các kt qu nghiên cuăđƣăcóătrongăncăđ k thừa,ăcũngănhătìmăhiu
kh nĕng,ăđiều kin công ngh ch to caăta,ăđề raăphngăánăthit k phù hợp.
β.ăPhngăphápănghiênăcu
Sử dng lí thuyt về thit k máy kt hợp vi phn mềmăsolidworkăđ to mô
hình cnătínhătoánăvƠăđ ch to. Sử dng lí thuyt thit k và phát trin sn phẩm
trong vic la chnăcácăcăcu, hình dáng tốiăuăchoăsn phẩm.ăSauăkhiăđƣăcóămôă
hình sn phẩm tinăhƠnhătínhătoánăđ bền bằng cách sử dng các lí thuyt về đng
lc hc caăcăcu và tinăhƠnhăđánhăgiá.
Ch to ra mô hình sn phẩm giốngănhăđƣăthit k và tính toán, tinăhƠnhăđoăđ
bền ca xe khi có ti,ăđ bin dng thc t ca xe so vi tính toán bằng phn mềm,
sauăđóăđánhăgiáăli kt qu.
1.5. ĐI TNG, PHM VI NGHIÊN CU
1.ăĐốiătợng nghiên cu
Đ bền caăxeălĕnăkhiăhotăđng có ti trng thay đi,ătínhătoánăcácăcăcu sao cho
boăđm về đ bền,ăđm bo cho xe hotăđng năđnh và an toàn.
2. Phm vi nghiên cu
Nghiên cu các thông số bao gm tốcăđ ca xe, vn tốc nâng h, chiều cao nâng
kh nĕngămangăti,ăđ từ đóăđaăraăđợc thit k tốiău.
1.6. NI DUNG NGHIÊN CU
Nghiên cu thit k và ch to phn kt cuăcăkhíăbao gm kiu dáng,ăđaăraă
các mô hình thit k sauăđóătinăhƠnhăđánhăgiáăuănhợcăđim ca từng mô hình và
chn ra mô hình tốiăuănht cho vic thit k và tínhătoánăđ bền ca các kt cu sau
đóăch to ra mô hình thc t. TinăhƠnhăđoăđcăvƠăđánhăgiáăkt qu đtăđợc.

9

Chng 2
PHÂN TÍCH VÀ LA CHN KT CU
TiăchngănƠyăchúngătôiătin hành phân tích các yêu cuăkĩăthut ca xe nâng
cũngănhănguyênălíăhot đng đ từ đóăđaăraăcácăkt cu hợp lí nht  đơyăbaoăgm

haiăcăcuăđóălƠăcăcu di chuynăvƠăcăcu nâng.
2.1 Lý thuyt v quá trình thit k máy và chi tit máy
Quá trình thit k máy không ch đnăthun là la chn các chi tit máy mà là
mt quá trình sáng to, th hinăỦătng caăngi thit k.ăThôngăthngăngi
thit k có th la chn mt trong rt nhiều chi tităđ thc hin mt chcănĕngănƠoă
đóătrongăh thốngăcăkhí.ăDoăđóăkhiăđợc cung cp kin thcăđyăđ về chi tit máy
thì vic thit k máy càng tốtăhn. Đ thỏa mãn các yêu cu chung ca máy, quá
trình thit k máyăcũngătngăt quá trình thit k mt sn phẩm [14], bao gm các
ni dung sau:
- Xácăđnh nhu cu th trng về máy thit k.
- Xácăđnh yêu cu kỹ thut cho máy.
- Xácăđnh nguyên lý hot đng và ch đ làm vic ca máy d đnh thit k,
la chnăphngăánăcácăsăđ nguyênălỦăđ chnăraăsăđ hợp lý nht. Hình
thành b phn công tác.
- Lpăsăđ đng chung toàn máy và các b phn máy thỏa mãn các yêu cu
choătrc.ăĐề xut mt số phngăánăthc hin,ăđánhăgiáăvƠăsoăsánhăđ tìm
raăcácăphngăánăhợp lý nht,ăđápăng tốt nht các yêu cuăđƣăđặt ra. Chn
chng loi chi tit phù hợpătrênăsăđ đng.
- Tính công sut cn thit, chnăđngăcăvƠăphơnăbố t số truyền cho h thống
truyềnăđng.ăXácăđnh các tr số vƠăđặc tính ti trng tác dng lên các b
phn máy.
- Chn vt liu thích hợp nhằm sử dng tính chtăđaădng và khác bit ca vt
liuăđ nâng cao hiu qu vƠăđ tin cy làm vic ca máy.
10

- TinăhƠnhătínhătoánăđng hc, lc tác dng và tính toán thit k (kt hợp thit
k tốiău)ănhằmăđnhăraăcácăkíchăthc gnăđúngăca chi titămáyăvƠăđ thỏa
mãn các ch tiêu làm vic caăchúng.ăTrênăcăs đóăkt hợp vi các yêu cu
về tiêu chuẩn hóa, lp ráp, công ngh ch to và các yêu cu c th khácăđ
xácăđnh ln cuốiăkíchăthc ca chi tit máy, b phn máy và toàn máy.

Tính toán kim nghimă sauăkhiăđƣăbit kt cuă đ boăđm kh nĕngălƠmă
vic, an toàn và tin cyăchoămáyầ
- Sn xut thử,ăđiều chnh, sửa cha li thit kầ
- Lp tài liu thit k: thuytă minh,ă hng dn sử dng, boă dỡng và sửa
cha máy.
2.2. Phân tích và la chn kt cu
2.2.1. Ch đ làm vic ca xe
Xe di chuyn d dàng trên đa hình bằng phẳng có nềnăđt cng. Vn tốc ca xe là
3 km/h, vn tốc này phù hợp viăcácăxeălĕnăcóăgnăđngăcăhỗ trợ ngi già và tàn
tt. Ti trng nâng ca xe là 100 kg, chiều cao nâng ca khung là 0,8 m .Vn tốc
nâng ca khung là 0,05 m/s và góc quay ca ngh ngi là 180
0
.
2.2.2. Nguyên lí hot đng
H thốngăkhungăxeălĕnăđaăchcănĕngăbaoăgm ba phnăchínhăđó là khung chính,
khung nâng, khung gh quay.Trongăđóăkhung nâng và khung gh xoay đợc lp trên
khung chính. Khung chính có lpăđặtăcăcu di chuyn bằng bánh xe .ωăcu này có
γăbánhăxeătrongăđóăcóămt bánh vừa dnăđng vừa có nhim v lái, hai bánh còn li
là hai bánh b đng. Còn khung nâng di chuyn lên xuống theo trc thẳngă đng
nhằmăthayăđi chiều cao. Khung gh xoay đợc lp vi khung nâng và khung này
quay quanh trc thẳngăđng. σgi sử dng ngi trên gh đ điều khin hotăđng
ca xe .Hình 2.1 mô t nguyên lí hotăđng ca h thống khung xeălĕn.

11


1- Khung chính , 2- Khung nâng, 3- Khung gh xoay
Hình 2.1. Môăhìnhăxeălĕnăđaăchcănĕng
2.3. Phng án đ xut cho c cu di chuyển
Đă mtă mobileă robotă cóă thă diă chuynă theoă Ủă muốnă caă ngiă sửă dng thì

khôngăthăthiuăcăcuădiăchuyn.ăHinănayămobileărobotăcóărtănhiềuăcáchăđădiă
chuynănhăbcăđi,ănhy,ăchy,ăbi,ălĕn,ầ σhngăcácăcăcuădiăchuynăđợcăsửă
dngă rngă rƣiă hin nayă baoă gmă cácă că cu diă chuynă bằngă cácă chân robot, di
chuynăbằngăbánhăxích, diăchuynăbằngăbánhăxe.
2.3.1. Di chuyển bằng chân
Mobileărobotădiăđng bằng chân là loi robot có nhng chuynăđng phc tp
bằng cách ri rc hoá vic tip xúc vi mặtă đtă theoă cácă đim, vic chuynă đng
nhă vy làm cho loiă robotă nƠyă cóă u th trên các đa hình phc tp, g ghề và
không liên tc. Tuy có u đimănêuătrên,ănhngăloiărobotănƠyăkhóăđiều khin và
khó ch toăcũngănhătiêuăth rt nhiềuănĕngălợng,  trong hình 2.3 th hin hình
dáng và kt cu ca robot di chuyn bằng chân. Bi vì mobile robot di chuyn bằng
chân ly cm hng từ cácăloƠiăđng vt và côn trùng nên tùy thuc vào số chân mà
ngi ta phân chia thành các loi robot mt chân, hai chân (biped), bốn chân
(quadruped), sáu chân (hexaped) hoặc nhiềuăhnăvƠăđợc th hin nhă hình 2.2.
Vnăđề cn tp trung nghiên cu khi thit k mobile robot di chuyn bằngăchơnăđóă
12

là s cân bằng cho robot khi hotăđng. Robot muốn cân bằngăđợc thì phi có ít
nht ba chân tip xúc vi mặtăđt. Vì vy robot di chuyn bằngăchơnăthng có sáu
chơn.ăωhínhăvìăđiều này làm cho khốiălợng caărobotătĕngălênăvƠăkt cuăcũngăphc
tpăhn.


Hình 2.2. S sp xp chân caăcácăloƠiăđng vt khác nhau [3]

Hình 2.3. Robot di chuyn bằng chân [9]
2.3.2.Chuyển đng bằng xích
Loi robot này chuynăđng bằng các bánh có lpăxíchănhăxeătĕng,ărt phù hợp
khi di chuynă trênă cácă đa hình phc tpă vƠă đợc th hină nhă hìnhăβ.4. Đ đi
hng,ănóăthayăđi tốcăđ quay ca hai bánh xích ch đng. Tuy nhiên do chuyn

đng bằng xích khi điăhng s xy ra hină tợngă trợtă doă đóă khóă điều khin
chính xác. Mt vnăđề na là loi robot này rt d làm hỏng bề mặt ca nền,ăđặc
bit là khi chuynăhng.
Đngăvtăcóăvú
βăhoặcă4ăchơn
Loài bò sát
4 chân
Côn trùng
6 chân hoặc hn
13

Robot chy bằng xích phc tpăhn các loi robot khác  b phn xích và cố đnh
bánh.ăThng thì xích không có sẵn trên th trng lên phi t ch to riêng theo
từngăngi thit k bánh xích và theo từng loi robot lên có nhiều loi xích khác
nhau. Vt liu làm xích bằng vt liu dẻo, uốn d dàng. B phn này khó ch to
mt cách chính xác, khi di chuynăluônăđòiăhỏi xích có đ cĕngănu không xích s
ri khỏiăbánhăxích.ăĐiều này không xy ra vi robot chy bằngăbánhăđc lp hay di
chuyn bằng chân.

Hình 2.4. Xeălĕn di chuyn bằng bánh xích [5]
σhngă robotă chy bằng xích nh có cu to xích lên không có hină tợngă trợt
trn bánhănhărobotăchyăbánhăđc lpăvƠăcũngăd điều khinăhn robot di chuyn
bằng chân. Kh nĕngăbámăđa hình ca robot dùng xích là ni tri nht bi ma sát
ln vi bề mặt tip xúc. Không nhng th kt cu caărobotăcũngătỏ ra không quá
phc tp, thm chí có nhng kt cu còn có th thayăđi mt cách rt linh hot, to
kh nĕngăvợtăchng ngi vtăđn gin.
2.3.3.Di chuyển bằng bánh xe.
LoiărobotănƠyădùngăbánhăxeăđ di chuynănhăhìnhăβ.η. Phn ln mobile robot
dùng bánhă xeăđ di chuyn, do d ch to, do bánh xe d điều khin, năđnh và
chuynăđngănhanhăhn so vi xích hay là chân. Vì vy robot di chuyn bằng bánh

xeăđợc thit k và ch to nhiềuăhn.
14

Tuy nhiên kiu di chuynănƠyăcũngăcóănhợcăđimănhăch phù hợp vi đa hình có
bề mặt nhẵn và cng, vi bề mặt mềm robot rt d b xa ly.


Hình 2.5. XeălĕnăvƠăRobot di chuyn bằng bánh xe [6]
Từ vic phân tích các yu tố đƣăđaăraăbênătrênăchúngătaăthyăđợcăuănhợcăđim
ca từngăcăcu di chuyn,ăquaăđóăta có th la chn ra mtăphngăánătốiăuăchoă
yêu cuăbƠiătoánăđƣăđặtăra.ăSauăđơyălƠăsoăsánhăcácăcăcu di chuyn,ăđợc th hin
trong bng 2.1
Bng 2.1. Soăsánhăuănhợcăđim caăcácăcăcu di chuyn
Ch tiêu xem
xét
Di chuyn bằng các
chân robot
Di chuyn bằng
bánh xe
Di chuyn bằng bánh
xích
Số bc t do
LnăhnăγăψTD
Từ βăđn 3 BTD
Từ βăđn 3 BTD
Đa hình
G ghề, bằng phẳng,
đt mềm
Bằng phẳng,ăđt
cng

G ghề, bằng phẳng
Kt cuăcă
khí
Rt phc tp
Đnăgin
Phc tp
Giá thành
Rt cao
Thp
Cao
15

Sau khiăđánhăgiáăvƠăsoăsánhăcácău,ănhợcăđim caăcácăcăcu di chuyn và yêu
cu ca bài toán. ωhúngătôiăđƣăla chnăcăcu di chuyn bằng bánh xe.
2.3.4. Các loi bánh xe
ωăcu di chuyn bằngăbánhăxeă đợc sử dng rt nhiều trong ch to mobile
robotăvƠăcácăphngătin giao thông phc v choăconăngi. Di chuyn bằng bánh
xe đtăđợc hiu qu cao trên mặtăđng bằng phẳng.ăThêmăvƠoăđóăvnăđề về s
cân bằng cho mobile robot thì không phi là mt vnăđề quan trng trong vic thit
k robot bi vì robot di chuyn bằngăbánhăxeăluônăđợc thit k đ tt c các bánh
xe luôn tip xúc vi mặtăđt ti mi thiăđim. Vì vy,ărobotăcóăbaăbánhăxeăthìăđ
đm boăđiều kin cân bằngătĩnh. Mặcădùăchúngătaăđều bit rằng robot có hai bánh
xeăcũngăcóăth n đnh nu trng tâm ca xe nằm  gia trc nối hai bánh xe. Khi
robot có nhiềuăhnăbaăbánhăxeăthìăđòiăhỏi phi có mt h thống treo cho phép tt c
các bánh xe duy trì vic tip vi mặtăđt khi robot phiăvợtăquaăđa hình không
bằng phẳng.ăωhínhăvìăđiều nàyălƠmăchoăcăcu di chuyn tr nên phc tp và khối
lợngăcũngătĕngătheo.ăThayăvìăloălng về s cân bằng ca robot thì nhng nhà thit
k ch to ch tp trung nghiên cu về các vnăđề quan trngăhnăđóălƠăđ bám ca
bánh xe vi mặtăđng,ăđ năđnh,ăđ linh hot và kh nĕngăđiều khin, giúp robot
vợtăquaăđợcăcácăđa hình mong muốn.

Các loiăbánhăxeăđợc sử dng ch yu trong ch to mobile robot bao gm 5 loi
bánh xe đợc th hin  hình 2.6. Bánh xe tiêu chuẩn có hai bc t do là quay
quanh trc bánh xe và quay quanh đim tip xúc vi mặtăđt. Bánh xe tiêu chuẩn có
th láiăđợc có ba bc t do là quay quanh trc bánh xe, quay quanh trc thẳng
đng và trcănƠyăđiăquaătơmăcaăbánhăxeăvƠăquayăquanhăđim tip xúc vi mặtăđt
Bánh xe Cartor có hai bc t do là quay trc bánh xe và trc thằngăđng, tuy nhiên
trc thẳngăđngănƠyăkhôngăđiăquaătơmătrc bánh xe. Bánh xe Swedish có ba bc t
do là quay quanh trc bánh xe, quay quanh trcăcácăconălĕnăvƠăđim tip xúc vi
mặtăđt.Tùy theo mcăđíchăvƠăyêuăcuăkĩăthutămƠăngi sử dng s la chn cho
phù hợp.
16





Hình 2.6. Các loi bánh xe sử dng cho mobile robot [3]
Có rt nhiều cách bố trí các bánh xe tùy theo yêu cu,ătuyănhiênădiăđơyălƠăcácă
cách bố trí ph bin nht nhăth hin  hình 2.7






- Bánh xe hình cu t do; - Bánh xe tiêu chuẩn t do; - Bánh xe
tiêu chuẩn dnăđng;
- Bánh xe tiêu chuẩnăláiăđợc; - Hai bánh xe
đợc gn cùng trc.
Hình 2.7. Các cách bố trí bánh xe cho mobile robot [3]

Đ đtăđợc s năđnhătĩnh thì số lợng bánh xe yêu cu thp nht là hai, nu trng
tâm ca xe nằm  di trc nốiăhaiăbánhăxe.ăTuyănhiênăđng kính bánh xe phi ln
đ đtăđợc s năđnh. Thôngăthngărobotăcóăbaăbánhăxeăthìăđm bo s năđnh
tốtăhnărobotăcóăhaiăbánhăxe,ănu trng tâm ca xe nằmătrongăhìnhătamăgiácăđợc
to biăγăđim tip xúc gia bánh xe vi mặtăđng.ăĐ ci thin s năđnh thì số
Bánh xe tiêu
chuẩn
Bánh xe tiêu
chuẩnăcóăthă
láiăđợc
Bánh xe
Castor
Bánh xe
Swedish
ψánhăxeăcu
2 bánh
3 bánh
4 bánh
6 bánh
17

lợng bánh xe s đợc thêm vào tuy nhiên cn phi có h thốngătreoăđ robot có th
vợtăquaăcácăđa hình không bằng phẳng.
Sau khi tin hành phân tích từng loi bánh xe và cách bố trí bánh xe, theo yêu cu
caăbƠiătoánătaăđaăraăcăcu di chuynănhăhìnhă2.8 diăđơy.
Trongăđóăbánhăsau vừa là bánh dn đng vừaălƠăbánhăláiăvƠăđợc dnăđng bi hai
đngăcănhăhìnhăv. Bánh sau chn bánh xe tiêu chuẩn có th láiăđợc.
Trongăkhiăđóăhaiăbánhătrc là hai bánh b đng. Hai bánh trc chn bánh xe kiu
bánh xe tiêu chuẩn.

Hình 2.8.ăωăcu di chuyn choăxeălĕnăđaăchcănĕng
2.4. Các phng án cho c cu nâng
ωăcuănơngăđợc sử dng trong vicăđaăvt có khốiălợng xácăđnh lên mt
chiều cao theo yêu cu. Hin nay các loiăcăcuăđợc sử dng rng rãi bao gm 4
loiănhăsau:

ωăcu nâng bằng xi lanh thy lc, căcu nâng bằng ti kéo cáp, că
cu nâng bằngăbánhărĕngăthanhărĕng,ăcăcu nâng bằngăđai ốc trc vít me.
2.4.1. C cu nâng bằng xi lanh thy lc

ωăcu nâng sử dng xi lanh thy lcăđợc sử dng rt nhiều trong sn xut
công nghip. uăđim caăcăcuănƠyăđóălƠăkhốiălợng nâng ln, kt cuăđnăgin,
khi làm vicăthìăđ năđnh cao, d láp ráp và vnăhƠnh.ăTuyănhiênăcũngăcóămt số