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

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHUYỂN NGƢỜI
KHUYẾT TẬT CHÂN TRONG HOẠT ĐỘNG ĐỜI SỐNG
Nguyễn Thành Trung, Nguyễn Ngọc Kiên
Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
TÓM TẮT :
Hiện nay, Việt Nam là một trong những nước
có số lượng người bị chấn thương dẫn đến mất
khả năng di chuyển lớn trên thế giới. Cuộc sống
của những người này sẽ phải phụ thuộc nhiều
vào chiếc xe lăn trong nhu cầu di chuyển đi lại.
Tuy nhiên, trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày,
để chuyển từ thiết bị xe lăn này với các vị trí khác
như: giường, bàn làm việc, nhà vệ sinh, xe ô tô,…

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

Từ khóa: hỗ trợ chuyển, người khuyết tật, xe lăn, thiết kế và tính toán
1. GIỚI THIỆU
Việt Nam là một trong những quốc gia có tỷ lệ
người tàn tật cao trên thế giới, chiếm 7,8% dân số
[1]. Nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ cao này là do
những hậu quả to lớn để lại từ 2 cuộc kháng chiến

bảo vệ đất nước. Ngoài ra, hằng năm số vụ tai
nạn giao thông xảy ra cũng không hề nhỏ. Con số
thống kê năm 2016 có gần 9000 người chết và
hơn 21000 người bị thương do tai nạn giao thông
[1]. Một số không nhỏ những người chịu ảnh
hưởng này sau đó không còn khả năng di chuyển
bằng chân nữa, và thiết bị thường ngày giúp họ di
chuyển sẽ là nạng, là xe lăn,…
Xe lăn là thiết bị hỗ trợ rất phổ biến và hữu
hiệu cho người tàn tật chân trong quá trình di
chuyển đi lại. Tuy nhiên, để chuyển giữa xe lăn
với các vị trí khác trong hoạt động đời sống hằng
ngày như: lên/xuống giường, lên/xuống bồn cầu
vệ sinh, lên/xuống xe ô tô,… thì đa số người tàn
tật phải tự mình thực hiện bằng đôi tay của mình
hoặc nhờ sự trợ giúp của người thân. Đối với
những người khuyết tật chân (NKTC) mà có đôi
tay không được khỏe mạnh lắm thì công việc này
sẽ rất khó khăn. Sự trợ giúp của người thân

Trang 364

đối với những bệnh nhân này sẽ là lựa chọn cho
họ. Tuy nhiên điều này sẽ gây nhiều bất tiện đặc
biệt về khối lượng nặng nhọc của công việc.
Xuất phát từ thực tế này, chúng tôi đã đề xuất
phiên bản đầu tiên của cơ cấu hỗ trợ di chuyển
NKTC trong hoạt động hằng ngày. Thiết bị này
thực tế trên thế giới đã có và được thương mại
hóa như Molift [2]. Tuy nhiên, chi phí để người

Việt có thể tiếp cận được là một trở ngại lớn đối
với các thiết bị này. Hiện tại, theo tìm hiểu của tác
giả thì trong nước chưa có nghiên cứu cũng như
sản phẩm thương mại nào được sử dụng trong
lĩnh vực này. Xuất phát từ nhu cầu này, nhóm tác
giả đã nghiên cứu, đề xuất thiết kế và tính toán
thiết bị hỗ trợ này.
Trong bài báo này, trước hết tác giả sẽ trình
bày về những yêu cầu cơ bản của thiết bị. Sau đó
đề xuất phương án thiết kế cơ khí để đảm bảo
chức năng hoạt động của hệ thống. Tiếp đến, quá
trình tính toán, kiểm nghiệm được thực thi để đảm
bảo các yêu cầu về tải trọng và đặc biệt là vấn đề
an toàn cho thiết bị. Kết luận của bài báo sẽ trình
bày một số nhược điểm, hướng nâng cấp và sản
xuất thử nghiệm cho mô hình.


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

2. Yêu cầu thiết kế và phƣơng pháp đề xuất
Mô hình trợ giúp chuyển NKTC không nên sử
dụng để di chuyển người khuyết tật. Nó chỉ nên
được sử dụng để chuyển NKTC giữa các bề mặt
trong khoảng cách nhỏ, trên nền, sàn bằng phẳng.
Thiết bị cũng không nên sử dụng cho những cá
nhân mất khả năng giữ cân bằng khi ngồi thẳng
đứng trên xe lăn hoặc ở mép giường. Để thuận lợi
cho quá trình thiết kế, sau đây là một số yêu cầu

cho mô hình:
1. Khối lượng người được chuyển tối đa 120
kg.

2. Lực tối đa phải sử dụng là 3 kg lực để
nâng hạ NKTC.
3. Lực nâng hạ thực hiện bằng người trợ
giúp.
4. Kích thước của thiết bị phù hợp với xe lăn
có kích thước tiêu chuẩn với bề rộng xe
550.
5. Hành trình nâng hạ tối đa của thiết bị là
500.
6. Thiết bị được gấp gọn khi không sử dụng.
7. Đảm bảo an toàn khi nâng, chuyển NKTC.

1

4

11

12

13

14

9

2
0

Hình 1. Kết cấu của cơ cấu trợ giúp chuyển NKTC
Từ những yêu cầu nêu trên cho thiết bị, ta
nhận thấy tỉ số truyền yêu cầu cho thiết bị khá lớn
(n = 40), điều này gợi ý cho chúng ta sử dụng một
số cơ cấu có tỉ số truyền cao như: trục vít bánh vít,
bộ truyền bánh răng hành tinh… Bên cạnh đó,
xuất phát từ yêu cầu của thiết bị là sử dụng người
trợ giúp để quay thiết bị từ đó sinh dịch chuyển
cho NKTC lên/xuống khỏi xe lăn, cơ cấu kết hợp
giữa bộ truyền bánh răng hành tinh kết nối với cơ
cấu truyền động vít me đai ốc thường được đề
xuất để thực hiện nhiệm vụ.
Dựa vào tỉ số truyền trên ta phân bổ tỉ số
truyền sơ bộ n=n1.n2. Trong đó n1 = 10 là tỷ số
truyền của bánh răng hành tinh, còn n 2 = 4 là tỷ số
truyền của vít me-đai ốc. Từ đó ta sẽ đi tính toán
để chọn được các thông số trục vít phù hợp để
đảm bảo về tải, và an toàn cho người sử dụng tức
là khả năng tự hãm của vít me đai ốc.

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

1. Chuyển NKTC từ giường lên xe lăn và
ngược lại : NKTC phải tự di chuyển đến mép
giường, ngồi lên tấm ngồi của cơ cấu treo (sitting
sling). Thiết bị được đưa đến mép sát giường, cho
2 chân của thiết bị vào gầm giường, khóa bánh xe
9 cố định vị trí lại, quay cần 4 để hạ tay nâng 1
xuống. Sau đó dây nâng (split sling) nối với tấm
ngồi được móc vào 6 điểm của 2 tay nâng 1. Sau
khi điều chỉnh ổn định, đúng trọng tâm NKTC với
thiết bị thì người hỗ trợ quay tay quay 4 để nâng

Trang 365


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

NKTC lên. Khi NKTC rời khỏi mặt phẳng giường,
người trợ giúp mở khóa bánh 9 ra, đẩy thiết bị ra
chỗ trống 1 đoạn vừa đủ không gian để cho xe lăn
vào khoảng trống giữa 2 chân thiết bị. Người trợ
giúp khóa bánh 9 lại, sau đó vừa quay tay 4 để hạ
NKTC xuống, vừa chỉnh vị trí cho chính xác. Cần
lưu ý rằng, khi NKTC được nâng trên thiết bị thì
chân của họ sẽ được đặt tại chân đế 20.
Kịch bản chuyển NKTC từ xe lên bồn cầu:
các thao tác tương tự như kịch bản 1. Điểm khác

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

ra khi đi vệ sinh và lót tấm vào khi muốn nâng
NKTC trở lại xe lăn.
2. Kịch bản chuyển NKTC lên/xuống xe:
Thực hiện tương tự như kịch bản từ giường lên xe
và ngược lại.
Để đáp ứng yêu cầu gấp gọn thiết bị khi không
sử dụng, ta sử dụng kết cấu gập lại cho 2 chân,
đồng thời 2 tay nâng 1 cũng xoay gập gọn lại như
trong Hình 2.

Hình 2. Trạng thái gấp gọn của thiết bị

Một lưu ý nhỏ nữa trong thiết kế của hệ thống
nâng chuyển NKTC này nữa là, để giảm tác dụng
lực dọc trục vít khi nâng/hạ NKTC thì hệ thống sử
dụng vai 13. Nguyên nhân là nếu chúng ta để lực
dọc trục truyền qua nối trục và tác dụng trực tiếp
vào hộp giảm tốc thì hộp giảm tốc sẽ không chịu
được lực dọc trục lên tới 1200 N.
3. Tính toán kiểm nghiệm bền và an toàn thiết
bị
3.1 Kiểm nghiệm cho một số chi tiết chính
a. Thân chính
Theo Hình 3 và Hình 4.a, trọng lực P khi đưa
về thân trụ chính tạo thành lực hướng tâm N và
moment M1.
N = P = 120 kg = 1200 N

Hình 3. Mô hình tính toán của thiết bị

Trang 366


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Moment lớn nhất: Mmax = 660 Nm = 660000
N.mm
Riêng thân dưới chịu thêm lực nén hướng tâm
N = 1200 N.

[ ]

 Ứng suất tiếp:

 Ứng suất tương đương:

√

√
[ ]

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

Bước ren :

[ ]
Lấy pz=10 mm
Kiểm tra tính tự hãm:

[ ]
Ứng suất tiếp do moment xoắn sinh ra:

(

)

(

)

4. Kết luận

Ứng suất tương đương là:

√

√
[ ]

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

√




√

= 25 mm
 Ứng suất pháp:


 Đủ khả năng tự hãm

[ ]

=> Chọn sơ bộ d

Bài báo đã trình bày về quá trình thiết kế, tính toán
thiết bị chuyển NKTC trong các hoạt động đời
sống hàng ngày. Thiết bị được thiết kế đảm bảo
khả năng nâng NKTC có trọng lượng tính toán
120 kg bằng 1 lực 3 kg. Quá trình tính toán, kiểm
nghiệm đảm bảo cho thiết bị làm việc an toàn.
Ngoài ra, việc chọn thông số vít me phù hợp đã
đảm bảo an toàn cho NKTC trong quá trình
chuyển.
Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu sẽ là
chế tạo và thử nghiệm sản phẩm. Mô hình sẽ
được chế tạo, láp ráp, treo tải trọng lên để thực
hiện các di chuyển nhất định. Liên quan tới vấn đề
thương mại hóa cho sản phẩm cũng là một bài

toán cần đặt ra. Hiện tại, nhóm tác giả tính toán
chi phí và đã có so sánh với mẫu thương mại
Model 1000 của LLC thì chi phí bằng ½. Trong
tương lai nếu đưa vào sản xuất hàng loạt chắc
chắn sẽ có thể giảm giá xuống nhiều nữa.
TAI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguồn Internet:

Trang 367


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

/>
[2]. />
/>
[3]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Tính toán hệ dẫn
động cơ khí. Nhà xuất bản giáo dục.
[4]. Đặng Việt Cương, Sức bền vật liệu toàn tập.
Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật.

DESIGN AND CALCULATE THE TRANSFER AID DEVICE FOR THE
LOWER LIMB DISABILITY PEOPLE IN DAILY LIVING
ABSTRACT :
Currently, Vietnam is one of countries which
has high number of injured people leading to loss
of the ability of locomotion. The lives of these
people depend heavily on the wheelchair in the
need of travel. However, in daily life in order to

move from wheelchair equipment to other places
such as bed, desk, toilet, car ... they have to do by

their hands or thanks to the help of people around.
This article proposes the early version design to
assist the disable people as well as their relatives
in these tasks. Requirements and design ideas will
be given first. After that, the process of calculating
and testing the system is carried out.

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

Trang 368