Đồ án điều khiển xe lăn bằng chuyển động của đầu người

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................ 1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................... 8
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 9
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ XE LĂN ĐIỆN............................................. 10
1.1 Giới thiệu về các loại xe lăn điện trên thị trường hiện nay .................. 10
1.2 Vai trò của xe lăn ..................................................................................... 16
1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một xe lăn điện ........................... 17
1.3.1 Cấu tạo ................................................................................................. 19
1.3.2 Nguyên lý hoạt động............................................................................ 22
1.4 Các yêu cầu của một xe lăn điện............................................................. 22
1.4.1 Yêu cầu về kỹ thuật ............................................................................. 22
1.4.2 Yêu cầu về hệ thống điện và tính đơn giản ......................................... 24
1.4.3 Yêu cầu về độ thẫm mỹ và tiện lợi ...................................................... 25
1.5 Kết luận chương 1 .................................................................................... 25
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG .... 26
2.1 Thiết bị của xe lăn điện thực tế hiện nay ............................................... 26
2.2 Sơ đồ khối của hệ thống........................................................................... 26
2.3 Lựa chọn bộ điều khiển cho hệ thống .................................................... 27
2.3.1 Bộ điều khiển PLC............................................................................... 27
2.3.2 Bộ điều khiển dùng vi điều khiển (MCU) ........................................... 30
2.4 Lựa chọn cơ cấu chấp hành .................................................................... 31
2.4.1 Động cơ điện không chổi than (BLDC) .............................................. 31
2.4.2 Động cơ điện một chiều (ĐCĐMC) .................................................... 38
2.5 Lựa chọn thiết bị đầu vào cho hệ thống ................................................. 42
2.5.1 Cảm biến gia tốc (Accelerometer) ....................................................... 42
1

2.5.2 Cảm biến vận tốc góc (Gyroscope ) .................................................... 43
2.5.3 Cảm biến đo từ trường (Magnetometer) .............................................. 44
2.6 Kết luận chương 2 .................................................................................... 45
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ
ĐIỀU KHIỂN..................................................................................................... 47
3.1 Sơ đồ khối và chức năng của bộ điều khiển .......................................... 47
3.2 Tổng quan về vi điều khiển ATmega328P ............................................. 47
3.2.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển AVR .................................................... 47
3.2.2 Vi điều khiển ATmega328P ................................................................ 48
3.3 Giới thiệu về kit Arduino Nano .............................................................. 51
3.3.1 Sơ lược lịch sử Arduino ....................................................................... 51
3.3.2 Chi tiết về kit Arduino Nano ............................................................... 51
3.3.3 Tập lệnh cơ bản cho Arduino Nano ..................................................... 52
3.4 Module GY – 86 ....................................................................................... 64
3.4.1 Giới thiệu về công nghệ MEMS .......................................................... 64
3.4.2 Giới thiệu về module cảm biến GY-86 ............................................... 69
3.4.3 Ứng dụng bộ lọc dùng cho module cảm biến GY-86.......................... 75
3.5 Kết luận chương 3 .................................................................................... 83
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ............................................................ 84
4.1 Xây dựng mạch phần cứng ..................................................................... 84
4.1.1 Mạch điều khiển động cơ .................................................................... 84
4.1.2 Mạch Arduino Nano ............................................................................ 89
4.1.4 Mạch cảm biến GY – 86 ...................................................................... 91
4.2 Xây dựng chương trình điều khiển ........................................................ 93
4.2.1 Lưu đồ thuật tốn ................................................................................. 93
4.2.2 Chương trình điều khiển (phụ lục) ...................................................... 96
4.3 Thử nghiệm và đánh giá kết quả ............................................................ 96
4.4 Kết luận chương 4 .................................................................................... 96

2

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .............................. 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 98
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 99

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

3


Ý nghĩa

Kí hiệu
ADC

Analog Digital Converter

BLDC

Brushless Direct Current Motor

CPU

Central Processing Unit

ĐCĐMC

Động cơ điện một chiều

IMU

Inertial Measurement Unit

MCU

Micro Controller Unit

MEMS

Micro-Electro-Mechanical Systems – hệ vi cơ điện tử

PLC

Programmable logic controller

PWM

Pulse Width Modulation

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Xe lăn điện .......................................................................................... 10
Hình 1.2: Bộ điều khiển xe lăn điện bằng tay ..................................................... 11

Hình 1.3: Xe lăn điện phục hồi chức năng .......................................................... 12
Hình 1.4: Xe lăn điện cao cấp dành cho người khuyết tật .................................. 13
Hình 1.5: Xe lăn điện ba bánh ............................................................................. 14
Hình 1.6: Xe lăn điện bốn bánh .......................................................................... 15
Hình 1.7: Xe lăn hỗ trợ con người di chuyển...................................................... 17
Hình 1.8: Cấu tạo xe lăn ...................................................................................... 17
Hình 1.9: Sơ đồ bố trí các bộ phận và kích thước thực tế của xe lăn điện ......... 19
Hình 1.10: Bộ truyền động nhơng xích ............................................................... 20
Hình 1.11: Bộ truyền động đai ốc ....................................................................... 20
Hình 1.12: Động cơ có kèm hộp số..................................................................... 21
Hình 1.13: Bình điện ........................................................................................... 21
Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống xe lăn điện ................................................... 26
Hình 2.2: PLC S7 - 1200 và các module kết nối của hãng Siemens .................. 27
Hình 2.3: Sơ đồ khối của thiết bị điều khiển bằng PLC ..................................... 28
Hình 2.4: Ứng dụng PLC trong điều khiển băng chuyền ................................... 29
Hình 2.5: Vi điều khiển ....................................................................................... 30
Hình 2.6: Cấu trúc cơ bản của một vi xử lý ........................................................ 30
Hình 2.7: Cấu tạo của động cơ một chiều khơng chổi than ................................ 32
Hình 2.8: Các bộ phận chính của một động cơ BLDC điển hình ....................... 32
Hình 2.9: Các dạng Rotor của động cơ một chiều khơng chổi than ................... 34
Hình 2.10: Cảm biến Hall A3144 ....................................................................... 35
Hình 2.11: Động cơ BLDC trong bánh xe đạp điện ........................................... 38
Hình 2.12: Phần cảm của ĐCĐMC ..................................................................... 39
5


Hình 2.13: Phần ứng của ĐCĐMC ..................................................................... 39
Hình 2.14: Cổ góp và chổi than .......................................................................... 41
Hình 2.15: Sơ đồ ngun lý của động cơ điện một chiều ................................... 42
Hình 2.16: Thứ tự các trục trên cảm biến gia tốc................................................ 43

Hình 2.17: Cảm biến gia tốc được chế tạo theo công nghệ MEMS ................... 43
Hình 2.18: Con quay hồi chuyển......................................................................... 44
Hình 2.19: Cảm biến vận tốc góc được chế tạo theo cơng nghệ MEMS ............ 44
Hình 2.20: Cảm biến từ trường được chế tạo theo cơng nghệ MEMS ............... 45
Hình 3.1: Sơ đồ khối của bộ điều khiển .............................................................. 47
Hình 3.2: Vi điều khiển ATmega328P................................................................ 48
Hình 3.3: Sơ đồ khối của ATmega328P ............................................................. 49
Hình 3.4: Sơ đồ chân của ATmega328P ............................................................. 50
Hình 3.5: Kit Arduino Nano................................................................................ 52
Hình 3.6: Các cảm biến được chế tạo từ cơng nghệ MEMS............................... 65
Hình 3.7 Module GY-86 ..................................................................................... 69
Hình 3.8 MPU-6050 ............................................................................................ 70
Hình 3.9 Sơ đồ chân của MPU6050.................................................................... 71
Hình 3.10: Sơ đồ khối của MPU6050 ................................................................. 73
Hình 3.11: Cảm biến HMC5883L ....................................................................... 73
Hình 3.12: Sơ đồ chân của HMC5883L.............................................................. 74
Hình 3.13 Mạch lọc thơng thấp - RC .................................................................. 76
Hình 3.14: Mạch lọc thơng cao – RC.................................................................. 76
Hình 3.15 Thuật tốn Kalman cổ điển. ............................................................... 80
Hình 3.16: Sơ đồ minh họa quá trình hoạt động của bộ lọc bù .......................... 83
Hình 4.1: Mạch cầu H ......................................................................................... 84
Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động mạch cầu H ....................................................... 85
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H .............................................................. 86
Hình 4.4: Mạch cầu H dùng relay thực tế ........................................................... 87

6


Hình 4.5: Sơ đồ khối mạch điều khiển tốc độ ..................................................... 87
Hình 4.6: Mạch điều khiển tốc độ động cơ ......................................................... 88

Hình 4.7: Kết nối sử dụng mạch ......................................................................... 89
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch Arduino Nano ................................................. 90
Hình 4.9: Mạch Arduino Nano thực tế................................................................ 91
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý module GY-86 ....................................................... 92
Hình 4.11: Sơ đồ kết nối module GY-86 với kit Arduino Nano ........................ 93
Hình 4.12: Lưu đồ chương trình chính ............................................................... 93
Hình 4.13: Lưu đồ nhận tín hiệu từ cảm biến ..................................................... 94
Hình 4.14: Lưu đồ điều khiển cơ cấu chấp hành ................................................ 95
Hình 4.15: Hình ảnh về sản phẩm thực tế của đề tàiError!

Bookmark

not

defined.

7


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Giá một số loại xe lăn điện nhập khẩu trên thị trường hiện nay ........ 13
Bảng 1.2: Bảng chú thích các bộ phận của xe lăn............................................... 17
Bảng 3.1: Bảng các thông số, đặc điểm của ATmega328P ................................ 48
Bảng 3.2: Mô tả các chân của vi điều khiển ....................................................... 50
Bảng 3.3: Các thông số cơ bản của Arduino Nano ............................................. 52
Bảng 3.4: Bảng thông số ..................................................................................... 56
Bảng 3.5: Các toán tử logic ................................................................................. 63
Bảng 3.6: Các tốn tử so sánh ............................................................................. 63
Bảng 3.7: Bảng thơng số kỹ thuật mdule GY-86 ................................................ 69
Bảng 3.8: Thông số của MPU6050 ..................................................................... 71

Bảng 3.9: Thông số của HMC5883L .................................................................. 74
Bảng 4.1: Các thông số của mạch ....................................................................... 88

8


MỞ ĐẦU
Theo báo cáo của Bộ Lao động Thương Binh Xã hội (năm 2010), số
người khuyết tật ở Việt Nam là khoảng 5,4 triệu người chiếm 6,34% dân số.
Trong đó số người mất khả năng đi lại chiếm 18%, số người cao tuổi khoảng 8,6
triệu người chiếm 9,78% dân số. Đối với họ có một phương tiện giúp họ di
chuyển dễ dàng và giúp họ cảm thấy thoải mái trong sinh hoạt hàng ngày là một
điều rất cần thiết. Hiện nay, một số công ty đã bán ra thị trường nhiều loại xe
lăn: xe lăn bằng tay, xe lăn bằng điện... Tuy nhiên, giá thành của những chiếc xe
này thường cao hơn nhiều so với mức thu nhập bình dân của người sử dụng và
các tính năng của xe chưa thực sự đáp ứng được hết các nhu cầu sử dụng. Vì vậy
thiết kế chế tạo một chiếc xe lăn điện với nhiều tính năng mới đặc biệt là điều
khiển bằng cử động của đầu sẽ giúp cho người khuyết tật và người già cảm thấy
thoải mái về tinh thần - khỏe về thể chất và thấy có ý nghĩa hơn với cuộc sống.

9


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ XE LĂN ĐIỆN
1.1 Giới thiệu về các loại xe lăn điện trên thị trường hiện nay
Xe lăn điện là sản phẩm kết hợp giữa xe lăn tay truyền thống và hệ thống
động cơ, ắc-quy hiện đại giúp cho người dùng dễ dàng điều khiển mà không tốn
công sức như điều khiển xe lăn tay. Trước kia, khi chưa có xe lăn điện thì xe lăn
bằng tay hoặc dùng máy nổ chạy bằng xăng, dầu được sử dụng phổ biến. Tuy
nhiên các loại xe lăn này gây ô nhiễm môi trường, tốn nhiên liệu, không di

chuyển được ở những địa hình khó khăn mà lại tốn sức, khơng an tồn cho
người sử dụng. Do đó xe lăn điện ra đời đã khắc phục những nhược điểm của
các loại xe trước đó, có thể kể đến những công dụng nổi bật của xe lăn điện
ngày nay như sau:

Hình 1.1: Xe lăn điện
Thứ nhất, xe lăn điện dễ dàng điều khiển, người dùng chỉ cần hướng lái về
hướng muốn chạy, tiến, lùi, trái, phải… được thực hiện trong một thao tác. Xe
khởi động nhanh, dễ dàng hãm phanh khi gặp chướng ngại vật. Thứ hai, xe lăn
điện đảm bảo an toàn cho người sử dụng, nếu điều khiển sai nguyên tắc thì xe
10


vẫn đảm bảo an tồn. Bánh xe có độ ma sát cao, đảm bảo di chuyển vững chải ở
mọi địa hình như đường mấp mơ, dốc cao. Hệ thống phanh trơn tru, chỉ cần thả
lái xe sẽ tự động phanh. Có hệ thống định vị, báo động nguy hiểm. Thứ ba, xe
lăn điện có độ bền cao, xe được nâng đỡ bằng khung thép hợp kim cao cấp, chịu
lực cao, bánh xe bằng cao su chắc chắn, có ghế làm bằng nệm êm đem lại sự
thoải mái cho người sử dụng. Thứ tư, xe lăn điện dễ dàng cất giữ, bảo quản, xe
có thể tháo lắp để lau chùi, có thể gấp gọn để cất trong nhà hoặc mang theo trên
ơ tơ, máy bay, tàu hỏa, …

Hình 1.2: Bộ điều khiển xe lăn điện bằng tay
Về đối tượng sử dụng xe lăn điện thường là người già tuổi tác cao, sức
khỏe yếu, hệ xương khớp khơng cịn chắc khỏe, đi lại khó khăn, hay người tàn
tật do khả năng di chuyển bị hạn chế, khó khăn trong hoạt động hoặc hỗ trợ
phục hồi chức năng cho những bênh nhân sau phẫu thuật để phục hồi các trạng
thái của cơ thể.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại xe lăn điện, từ xe lăn điện cao cấp,
xe lăn điện nhập khẩu từ nước ngồi cho đến các dịng xe lăn điện được sản xuất

trong nước từ đó cho thấy xe lăn điện hiện nay khá được ưu chuộng, là một yêu

11


cầu phù hợp và khả thi trong việc phát triển và mở rộng trên thế giới cũng như
tại Việt Nam.
Xe lăn điện cao cấp được nhập khẩu từ các nước có cơng nghệ tiên tiến có
thể được kể đến như Mỹ, Hàn Quốc, Nhật Bản, … với thiết kế hiện đại, mang
đến sự tiện dụng, thoải mái trong quá trình sử dụng. Có thể kể đến một số mẫu
xe lăn điện như sau:

Hình 1.3: Xe lăn điện phục hồi chức năng

12


Hình 1.4: Xe lăn điện cao cấp dành cho người khuyết tật

Bảng 1.1: Giá một số loại xe lăn điện nhập khẩu trên thị trường hiện nay
Tên sản phẩm

Giá (VNĐ)

Xe lăn điện cao cấp ngã gập

9.000.000

Nơi liên hệ
Xe lăn điện Việt Pháp.

dành cho người khuyết tật

Địa chỉ: 76 Hai Bà Trưng, Quận

TM004, TM005.

Hoàn Kiếm, Hà Nội.

Xe lăn điện gấp phục hồi

14.900.000

chức năng cao cấp TM031.

618 đường 3 tháng 2, phường
14, Quận 10, TP. HCM.

Xe lăn điện gấp TM034D

16.000.000

Địa chỉ web:

Xe lăn công nghệ mới tự

18.500.000

/>
động ngã nằm (vành nan)

TM036N
Xe lăn điện gấp phục định vị

38.820.000

GPS phục hồi chức năng
TM011.
Xe lăn điện cao cấp 4 bánh 191.660.000
điều khiển bằng tay TM009.
Xe lăn điện dành cho người

9.980.000

khuyết tật SM03

Công ty cổ phần đầu tư thương
mại quốc tế Thiên An.

Xe lăn điện SM-05

14.300.000

Địa chỉ:

Xe lăn điện SM-05A có

15.600.000

Tầng 2, tịa nhà B11D, KĐT

phanh điện tự động.
Xe lăn điện điều khiển bằng

Nam Trung Yên, P.Trung Hòa,
21.850.000

24/19 Phùng Văn Cung, phường

tay TA - 03
Xe lăn điện cao cấp SM 09

Q .Cầu Giấy, Hà Nội.

29.800.000

7, Quận Phú Nhuận, TP. HCM.

13


Xe lăn điện SM06

33.800.000

Địa chỉ web:
/>
Từ các giới thiệu trên có thể thấy các mẫu mã xe lăn điện hiện nay trên thị
trường rất đa dạng, đều đáp ứng các tiêu chí: bền chắc, dễ sử dụng, an tồn, tiện
lợi, thẩm mỹ. Nhìn chung chủng loại của xe lăn điện được phân ra làm hai loại
chính là xe lăn điện ba bánh và xe lăn điện bốn bánh. Đối với xe lăn điện ba

bánh thì xe được thiết kế một bánh trước và hai bánh sau, xe lăn điện ba
bánh hiện nay được thiết kế nhỏ gọn, thời trang hơn, gần giống với xe đạp
điện, xe máy điện nhưng lại đảm bảo tính an tồn cao và sự thoải mái cho người
sử dụng.

Hình 1.5: Xe lăn điện ba bánh
Cịn đối với xe lăn điện bốn bánh thì xe được thiết kế với hai bánh ở trước
và hai bánh ở sau. Tùy từng nhà sản xuất mà thiết kế kích thước bánh khác nhau
theo kết cấu xe. Xe lăn điện 4 bánh phù hợp với những người sức khỏe yếu hay

14


thật sự khó khăn khi di chuyển vì dễ điều khiển, ít tốn cơng sức, đảm bảo độ an
tồn cao.

Hình 1.6: Xe lăn điện bốn bánh
Ở thị trường Việt Nam cũng có một số hãng xe lăn nổi tiếng cũng đã đầu
tư và phát triển xe lăn điện nhằm phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng tiêu biểu
có thể kể đến như hãng xe lăn Kiến Tường. Nhìn chung các công ty sản xuất xe
lăn điện ở Việt Nam còn hạn chế, xe lăn điện chủ yếu được nhập khẩu từ nước
ngồi thơng qua các Cơng ty cung cấp thiết bị y tế, các tổ chức từ thiện. Vì vậy
giá thành xe lăn điện ở thị trường trong nước khá cao chưa phù hợp với thu nhập
của người dùng trong nước, các thông số kỹ thuật cũng được xây dựng theo
chuẩn hình thể của người nước ngồi nên khó sử dụng đối với người Việt Nam.
Vấn đề đặt ra là cần phải có các sản phẩm xe lăn điện được sản xuất trong nước
nhằm giảm được giá thành để phù hợp với người tiều dùng đồng thời phải
15

nghiên cứu về các xe lăn thơng minh có thể điều khiển một cách tự động nhằm
giúp cho người khuyết tật, người già yếu đặc biệt là cho những trường hợp bị
khuyết tật hoặc bị yếu ở cả tay chân nhưng đầu óc cịn minh mẫn để có thể giúp
họ di chuyển dễ dàng, thuận tiện trong sinh hoạt hằng ngày, không mặc cảm với
cuộc sống.
Nắm bắt được những nhu cầu trên, những nay gần đây nhiều dự án nghiên
cứu xe lăn thơng minh đã được các nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện
nhằm mục đích chế tạo ra những loại xe lăn điều khiển tự động tiện dụng, an
tồn, thân thiện với người sử dụng giúp họ hịa nhập với cuộc sống cộng đồng.
Có thể kể đến một số nghiên cứu về xe lăn thông minh như điều khiển xe lăn
bằng mắt, bằng giọng nói… nhưng một trong những hướng nghiên cứu xe lăn
thơng mình là phát triển giao tiếp điều khiển xe lăn bằng đầu với việc kết hợp
cảm biến gia tốc, vận tốc và cảm biến la bàn để xác định hướng di chuyển.
1.2 Vai trò của xe lăn
Trong cuộc sống của mỗi người thì di chuyển, đi lại là một nhu cầu thiết
yếu. Nó khơng chỉ giúp công việc được giải quyết dễ dàng hơn mà còn giúp con
người tiếp xúc với xã hội, với thế giới muôn màu muôn vẻ, mở mang hiểu biết,
kiến thức, giao lưu bạn bè. Vì vậy những người gặp khó khăn trong việc vận
động như những người khuyết tật, người già, người bị liệt,....thường mang tâm
lý buồn chán, tự ti khi việc di chuyển của mình hạn chế hoặc phụ thuộc vào
người khác.
Vì vậy xe lăn ra đời được ví như đơi chân thứ hai của người khuyết tật,
người già giúp họ di chuyển trong nhà, đi siêu thị mua sắm, đi công viên vui
chơi, đến các câu lạc bộ, tham gia hoạt động hoặc thăm thú bất cứ nơi đâu mà
người dùng muốn đến từ đó hịa nhập cuộc sống cộng đồng dễ dàng hơn, giảm
bớt sự mặc cảm trong cuộc sống cũng như gánh nặng cho gia đình và xã hội.

16

1.3 Cấu tạo và nguyên
hoạt
động
xe lăndiđiện
Hình lý
1.7:
Xe lăn
hỗcủa
trợ một
con người
chuyển

Hình 1.8: Cấu tạo xe lăn
Bảng 1.2: Bảng chú thích các bộ phận của xe lăn
Số

Tên gọi

Số

Tên gọi

1

Bánh xe lớn

10

Bàn đạp

2

Vành lăn

11

Thành xe

3

Bánh xe nhỏ

12

Ống chéo

4

Tấm dựa lưng

13

Trục bánh xe

5

Tay nắm

14

Tay đòn

17


6

Nệm ngồi

15

Ống sau

7

Tấm tựa tay

16

Ống dưới

8

Phanh hãm

17

Nắp bịt

9

Miếng đỡ chân

18

Ống trước

Hình 1.8 thể hiện cấu tạo cơ khí và các vị trí của các bộ phận trên một xe
lăn. Đối với xe lăn điện thì cịn có thêm các bộ phận bổ trợ khác trong quá trình
vận hành của xe được thể hiện ở hình 1.9 như sau:

18


Hình 1.9: Sơ đồ bố trí các bộ phận và kích thước thực tế của xe lăn điện
1.3.1 Cấu tạo
Nhìn chung về cấu tạo xe lăn điện gồm có các thành phần chính sau: kết
cấu cơ khí của xe, bộ phận cấp nguồn, bộ điều khiển xe ngồi ra cịn có một số
phụ kiện hỗ trợ khác mà tùy nhu cầu của người dùng mà nhà sản xuất sẽ gắn
thêm trong quá trình lắp ráp sản phẩm.
Về kết cấu cơ khí của xe lăn điện được làm bằng nhơm cao cấp giúp xe có
trọng lượng nhẹ hơn nhưng vẫn chắc chắn. Các bộ phận chính của xe bao gồm:
khung xe, bánh xe, bộ truyền động nhơng xích, bộ truyền động đai ốc, cơ cấu
hãm, động cơ điện có kèm theo hộp số để kéo xe di chuyển…

19


Hình 1.10: Bộ truyền động nhơng xích

Hình 1.11: Bộ truyền động đai ốc

20


Hình 1.12: Động cơ có kèm hộp số
Bộ phận cấp nguồn của xe gồm có bình điện, bộ sạc có chức năng dùng
để cung cấp năng lượng cho xe.

Hình 1.13: Bình điện

21


Bộ phận điều khiển gồm các mạch điều khiển, cảm biến và chương trình
điều khiển (đối với các xe lăn thơng minh) có chức năng điều khiển hướng di
chuyển, tốc độ, đảm bảo độ an toàn cho xe và một số chức năng khác tùy theo
nhà sản xuất.
1.3.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của xe lăn điện như sau: khi được cấp nguồn và
người sử dụng bắt đầu nhấn nút để cho phép xe hoạt động trên bảng điều khiển
thì xe sẽ đợi lệnh điều khiển từ người dùng, khi người dùng điều khiển xe đi
thẳng (hoặc các hướng khác) và cài đặt tốc độ thì bộ điều khiển trên xe sẽ nhận
tín hiệu điều khiển sau đó sẽ điều khiển xe đi theo hướng đã được chỉ định.
1.4 Các yêu cầu của một xe lăn điện
Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, đặc biệt là trong các
lĩnh vực về điện, các linh kiện điện tử ngày càng được phát triển và tích hợp
nhiều tính năng mới mà kích thước ngày càng nhỏ, vì vậy mà các sản phẩm có
sự tham gia của lĩnh vực này ngày càng thu gọn, tinh xảo và thuận tiện trong
cuộc sống hằng ngày. Đặc biệt là các sản phẩm về xe lăn điện đang ngày càng

được phát triển và tích hợp những tính năng mới để đáp ứng nhu cầu của con
người. Đối với các phương tiện hỗ trợ người tàn tật nói chung và xe lăn điện nói
riêng thì ln phải mang đến cho người dùng những tiêu chí cần thiết để tạo sự
thoảng mái và trạng thái an toàn nhất cho người dùng như: yêu cầu về kỹ thuật,
tính thẩm mỹ, tiện lợi, tính an tồn về điện và sự đơn giản trong quá trình sử
dụng.
1.4.1 Yêu cầu về kỹ thuật
Để đảm bảo an toàn cho người dùng trong quá trình sử dụng thì xe lăn
điện cần phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN
5852 – 1994) dành cho xe lăn tay, lắc tay và quay tay cho người tàn tật, xe có ba
hoặc bốn bánh xe như sau:

22


- Yêu cầu về lắp ráp chế tạo các bộ phận đối với xe và phụ tùng của xe
cần được chế tạo phù hợp với các yêu cầu của tiêu chuẩn Việt Nam về xe lăn và
các tài liệu kỹ thuật đã được duyệt đúng thủ tục quy định. Đối với các bộ phận
có thể tiếp xúc với cơ thể người sử dụng khơng có cạnh sắc. Độ đảo hướng kính
và chiều trục của vành bánh xe đã lắp khơng vượt quá 3 mm. Độ đảo hướng
kính và chiều trục của lốp bánh xe đã lắp không vượt quá 5 mm. Vành bánh xe
lớn phải đạt yêu cầu theo TCVN 3848-1992. Nan hoa phải đạt yêu cầu theo
TCVN 3838-88. Ổ bánh phải đạt yêu cầu theo TCVN 4479-88. Hai bánh xe phải
đối xứng qua mặt phẳng đối xứng dọc của xe. Dung sai độ đối xứng, đo trên
đường kính vành tại mọi vị trí, khơng vượt q 6 mm. Vịng để lăn xe bằng tay
phải lắp đồng tâm với hai bánh xe lớn. Bề mặt vịng khơng được có các khuyết
tật làm đau tay khi lăn. Dung sai độ đồng tâm của vịng lăn so với vành bánh xe
lớn khơng vượt quá 10 mm. Ổ trục ngang và đứng của hai bánh xe nhỏ phải
quay nhẹ nhàng, không kẹt. Độ giơ hướng kính và chiều trục khơng vượt q 0,2
mm. Độ đảo hướng kính và chiều trục của vành bánh xe nhỏ không vượt quá 4

mm. Bánh xe nhỏ phải linh hoạt chuyển hướng khi xe được điều khiển đổi
hướng. Các bánh xe của xe phải tiếp xúc với nền đường khi xe được mang tải
theo qui định thiết kế. Đối với xe điều chỉnh được góc nghiêng của mặt tựa lưng
so với mặt ghế: cơ cấu tựa từng phải chắc chắn và thay đổi góc tựa dễ dàng. Bàn
để chân phải có cơ cấu gập lại được dễ dàng và khơng được có bất kỳ hỏng hóc
nào khi thử tĩnh theo điều 2.4. Cơ cấu gấp thu gọn xe phải hoạt động nhẹ nhàng,
không bị kẹt. Khi xe ở trạng thái làm việc cơ cấu gặp phải đủ cứng vững và an
toàn. Ghế xe phải được trang bị dây an toàn cho người sử dụng. Đối với xe lắc
tay và quay tay, phải được trang bị cả đai chân. Đối với xe lăn tay, cơ cấu phanh
phải chắc chắn và không cản trở sự chuyển động của bánh xe khi không phanh.
Xe không được lăn trên mặt phẳng ngang khi thử khả năng hãm của phanh theo
điều 2.5. Khả năng hãm của cơ cấu phanh xe lắc tay và xe quay tay theo TCVN
3847-1991. Các mối hàn phải bền chắc, điền đầy và phủ đều bề mặt được hàn.

23


Khơng có khuyết tật, như rạn, nứt, lõm... Các bộ phận, chi tiết của xe lăn đã lắp
ráp hoàn chỉnh phải có đủ độ cứng vững để khơng bị hỏng hóc khi thử tải trọng
tĩnh. Yêu cầu về sơn theo TCVN 3833-88 và mạ theo TCVN 3832-88. Xe phải
được cơ sở sản xuất kiểm tra chất lượng khi xuất xưởng. Mỗi xe khi xuất xưởng
phải có nhãn hiệu sản phẩm: tên gọi cơ sở sản xuất, năm tháng sản xuất, dấu
KCS của cơ sở sản xuất.
- Về các cơ cấu điều khiển (cơ cấu lái, cơ cấu lắc tay, cơ cấu quay tay)
phải đảm bảo thuận tiện cho người sử dụng ở tư thế tựa lưng, người sử dụng
không bị với tay khi điều khiển. Cần lắc không được va chạm vào cơ thể người
khi lắc hết khoảng lắc về phía người ngồi.
- Về bộ phận cơ khí: đối với các mối lắp ghép ren, đầu mút của thân bu
lông thị khỏi mặt mút đai ốc khơng được q 5 mm. Ren trên các chi tiết của xe
phải đạt cấp chính xác 7H, 8g theo TCVN 1917-1992. Các ổ trục phải đảm bảo

quay nhẹ nhàng, khơng cho phép có hiện tượng rơ, kẹt. Tại các ổ trục phải đảm
bảo mỡ ngập bi. Các mối ghép bản lề không được tự tháo lỏng. Chốt các mối
ghép bản lề phải được hãm chiều trục chắc chắn.1
1.4.2 Yêu cầu về hệ thống điện và tính đơn giản
Một trong những tiêu chuẩn mà khi bất cứ nhà sản xuất kinh doanh nào
cũng phải xem xét đó là tính đơn giản và an tồn của hệ thống. Một sản phẩm
được đưa ra thị trường và được thị trường chấp nhận phải đảm bảo rằng người
dùng phải dễ dàng sử dụng. Chỉ một vài hướng dẫn nhỏ là có thể làm chủ được
sản phẩm đó. Sự đơn giản ở đây thể hiện dễ lắp ráp, vận hành, dễ dàng bảo
dưỡng, bảo trì.
Đối với một hệ thống liên quan về điện mà đặc biệt là hệ thống có ảnh
hưởng trực tiếp đến người dùng thì xe lăn điện phải đảm bảo tính an tồn cho
người sử dụng, phải có các hệ thống bảo vệ chập mạch, dịng điện rị, dây dẫn
phải có lớp vỏ cách điện, chịu được điện áp lớn, các thiết bị điện phải có khả
1

Tiêu chuẩn Việt Nam về xe lăn (phụ lục)

24


năng chống cháy… đáp ứng các tiêu chuẩn về an toàn của Việt Nam dành cho
xe lăn tay, lắc tay và quay tay cho người tàn tật, xe có ba hoặc bốn bánh xe.
1.4.3 Yêu cầu về độ thẫm mỹ và tiện lợi
Khi xã hội ngày càng văn minh thì con người địi hỏi tính thẩm mỹ càng
cao do vậy những sản phẩm phục vụ con người cũng cần phải vơ cùng phong
phú và mang nặng tính mỹ quan. Để một sản phẩm được người dùng chú ý đến
với cái nhìn đầu tiên khi mang ra thị trường đó chính là hình thức bề ngồi của
sản phẩm. Con người hiện đại không chỉ quan tâm đến quan niệm “ăn chắc mặc
bền” mà còn đánh giá cao cái đẹp, cái tiện lợi điều mà làm cho cuộc sống của

chúng ta trở nên có ý nghĩa hơn. Với tiêu chí đó thì xe lăn điện nói chung cũng
phải đáp ứng thực tiễn.
Vì vậy, xe lăn điện được thiết kế cần phải nhẹ nhàng, gọn gàng khi
chuyên chở, khi sử dụng mang đến sự thoải mái cho người sử dụng, các bộ phận
có thể tiếp xúc với cơ thể người sử dụng không có cạnh sắc, nhọn gây nguy
hiểm cho người dùng.
1.5 Kết luận chương 1
Chương 1 nhằm giới thiệu một cách tổng quan về xe lăn điện, các loại xe
lăn điện trên thị trường hiện nay cũng như các dự án nghiên cứu về xe lăn điện,
trình bày các bộ phận cơ bản cấu thành của một xe lăn điện, các yêu cầu của một
xe lăn điện với người sử dụng được nêu trong Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 744414:2010 (ISO 7176-14:2008) về xe lăn và đồng thời nêu vai trò của xe lăn điện
trong cuộc sống của con người hiện nay. Đồng thời trong chương 1 cũng giúp
người viết đưa ra được những yêu cầu cơ bản của việc thiết kế một xe lăn bao
gồm:
- Đảm bảo tính an tồn của xe lăn đối với người sử dụng.
- Đảm bảo về độ tiện lợi, tính đơn giản và tính thẩm mỹ của xe lăn.
- Đảm bảo về kết cấu cơ khí của xe, các thông số kỹ thuật của xe lăn.

25