Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
1

ỨNG DỤNG ERGONOMICS VÀO THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE LĂN ĐIỆN
APPLICATION OF ERGONOMICS IN THE DESIGN AND FABRICATION OF
ELECTRIC WHEELCHAIR

SVTH: Võ Thịnh Bảo
1
, Lưu Quốc Kỳ
1

Nguyễn Minh Sang
2
, Đặng Văn Tuấn
2
Lớp:
1
07CLC1,
2
08CLC1, Khoa Chất Lượng Cao, Trường Đại Học Bách Khoa,
Đại học Đà Nẵng
GVHD: PGS.TS Đoàn Quang Vinh
Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng ERGONOMICS vào thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một
chiếc xe lăn điện với nhiều tính năng phục vụ cho người tàn tật và người già trong sinh hoạt hàng
ngày. Tập trung vào các cơ cấu truyền chuyển động của xe lăn nhằm đảm bảo các yếu tố: tiện
nghi - hiệu quả - an toàn - dễ sử dụng. Bộ ly hợp độc đáo tạo yếu tố dễ dàng khi chuyển đổi các
chế độ chuyển động chính của xe lăn. Cơ cấu xoay tựa lưng, nâng hạ chân và tựa đầu tạo sự phối

vít - bánh vít, tay quay-con trượt Tất cả được mô phỏng trên phần mềm Pro/Engineer.
Thiết kế mạch điều khiển tự động sử dụng các tính năng của PIC16F877A, đồng thời xác
định các chuyển động được điều khiển bằng một cần điều khiển (Joystick) duy nhất.
3. Nội dung :
3.1 Giới thiệu về ERGONOMICS :
- Ergonomics (lao động học, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là Ergon (lao động) và nomos
(quy tắc, quy luật)): là khoa học nghiên cứu về lao động và sự phù hợp với sức khỏe người
lao động cả về mặt thể chất lẫn tinh thần trong sự chi phối của các yếu tố liên quan.
- Nhiệm vụ cơ bản của Ergonomics là phải làm sao dự phòng được mệt mỏi trong lao động
và các biến đổi bệnh lý, tai nạn và bệnh tật có
liên quan ở người lao động đặc biệt là các
bệnh ở hệ thống vận động và giác quan.
- Nguyên tắc chung của Ergonomics (nguyên
tắc tam giác): Hiệu quả - thoải mái về tinh
thần - khỏe mạnh về thể chất (hình 1).
3.2 Tính toán thiết kế kỹ thuật :

3.2.1 Tính toán công suất động cơ chính:
Trọng lượng bản thân xe G
0
= 700 N, trọng lượng người tối đa G = 500 N, vận tốc
tối đa 12 km/h. Lực kéo tiếp tuyến các bánh xe chủ động (hai bánh xe lớn) của xe sử dụng
để khắc phục các lực : lực cản lăn F
l
, lực cản dốc F
d
, lực cản của gió F
g
, lực quán tính F
a

Khi xe chạy trên đường bằng phẳng với vận tốc tối đa:

22
. 0,1 21,04
g
F C q v qv N
g


  

(4)

0
( ). 18
l
F G G f N  

(5)0
( ). . 6
ct
ct
b
R
F G G N
R


(10)

Cân bằng công suất động cơ ở tốc độ tối đa, công suất cản là :
150,13( )
e
NW



Công suất cực đại yêu cầu của động cơ :

ect
N
=
/ 187,66[ ]( 80%)
e
NW




(11)
Hình 1: nguyên tắc tam giác của Ergonomics
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
3
Chọn động cơ ứng với công suất cực đại :

max
(1,1 1,25). 206,43 234,58[ ]
e ect


3.3.1. Bố trí hệ thống điện :
Điện năng cung cấp cho xe là dòng một chiều được lấy từ ắc quy. Lượng điện năng
này được dùng để chạy các động cơ điện một chiều thông qua các cơ cấu truyền động: trục
vít, xích tải, con trượt. Ngoài ra điện năng còn được dùng để cung cấp cho các bộ phận
cảnh báo tín hiệu: còi, đèn chiếu sáng, đèn xi nhan.
Nhằm đạt được sự linh hoạt và chính xác khi điều khiển thì phần mạch điện được
chia thành các module nhỏ. Các module này thực hiện các chức năng riêng biệt. Chúng
thực hiện truyền thông tin với nhau theo giao thức chủ - tớ.
3.3.2. Thiết kế mạch điện điều khiển :
Xe sử dụng các mạch điện điều khiển tốc độ và mạch đảo chiều quay của động cơ
bao gồm: mạch cầu H, các mạch cảnh báo, mạch bảo vệ, mạch điều chỉnh tốc độ động
cơ…
3.3.3. Thiết kế cần điều khiển (Joystick):
Joystick (hình 3) được thiết kế gồm:
- 02 biến trở được bố trí theo kiểu tọa độ Đề các vuông góc OXY dùng để điều
khiển chuyển động chính của xe. Khi kéo cần điều khiển của joystick về phía trước dọc
theo trục OY thì điện trở giảm, điện áp qua biến trở vào các chân Analog của vi điều khiển
tăng, từ đó đưa ra các giá trị số cho chân PWM tăng dẫn đến độ rộng của xung tăng làm
cho xe chuyển động nhanh dần về phía trước. Ngược lại khi cần điều khiển Joystick di
chuyển về phía sau theo chiều âm của trục OY thì điện trở tăng, điện áp qua biến trở vào
Hình 2: Thông số kỹ thuật của xe
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
4
Hình 4 : sản phẩm hoàn chỉnh
Hình 5. Sản phẩm xe lăn điện
các chân Analog của vi điều khiển giảm, tuy nhiên bằng việc sử dụng thuật toán trong khi
lập trình ta cũng đưa được tín hiệu ra
cho xung PWM tăng dần làm xe
chuyển động nhanh dần về phía sau.

. Xe sử dụng 2
đông cơ điện 24VDC với công suất 150W để
dẫn động, 1 động cơ 12VDC với công suất
60W cho cơ cấu ngã lưng, 2 động cơ 12VDC
với công suất 45W cho cơ cấu gác chân và 1
động cơ 12V với công suất 45W cho cơ cấu
đóng/mở bô vệ sinh. Xe sử dụng 2 ắcqui loại
12V-20Ah, và có thể đi được quãng đường tối
đa là 30(km). Xe gồm các bộ phận chính: Động cơ điện, mạch điều khiển, mạch động lực,
các cơ cấu truyền động xích giữa động cơ bánh xe, cơ cấu ly hợp, cơ cấu trục vít điều
Hình 3: cần điều khiển (Joystick)
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012
5
khiển xoay tựa lưng, cơ cấu gác chân
Xe có những ưu điểm nổi trội theo nguyên tắc của Ergonomics. Khả năng điều
khiển bằng Joystick nhẹ nhàng, thuận tiện hơn rất nhiều so với các cách điều khiển bằng
nút bấm trước đây. Cơ cấu điều khiển xoay ghế tựa độc đáo, có thể điều khiển góc xoay
tùy thích thõa mãn nhu cầu người sử dụng. Cơ cấu ly hợp tách nhập dễ dàng giúp nguời sử
dụng có thể di chuyển như xe lăn bình thường trong trường hợp cần thiết. Khả năng hãm
của động cơ có hộp giảm tốc được sử dụng như một hệ thống phanh đơn giản, ngoài ra còn
bố trí hệ thống phanh cơ khí dùng trong trường hợp khẩn cấp. Hệ thống đèn báo, còi, đèn
chiếu sáng đi đêm giúp tạo sự thuận lợi cho người sử dụng trong mọi trường hợp. Tuy
nhiên, một nhược điểm cần khắc phục là trọng lượng xe hơi lớn.
5. Kết luận :
Đề tài thiết kế chế tạo xe lăn điện tuy không phải là một đề tài mới lạ trong nước
cũng như trên thế giới nhưng với tinh thần sáng tạo, bổ sung thêm những điểm mới cho sản
phẩm xe lăn điện trên cơ sở áp dụng tiêu chí ERGONOMICS để từ đó tạo ra một sản phẩm
xe lăn điện với đầy đủ chức năng tiện nghi, dễ dàng cho người sử dụng với một chi phí chế
tạo là thấp nhất. Nhóm chúng tôi đã cùng nhau xây dựng ý tưởng và tiến hành thiết kế, chế
tạo, lắp ráp sản phẩm xe lăn điện đạt được những mục đích trên.