Luận văn Nghiên cứu thiết kế cơ cấu hỗ trợ xe lăn đi cầu thang (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu thiết kế cơ cấu hỗ trợ xe lăn đi cầu thang (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 4 1 4 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 09/2013
3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Nguyễn Đức Thắng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01 – 11 – 1984 Nơi sinh: Biên Hòa Quê quán: Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 70F/14, KP2, Tổ 19, P. Tam Hoà, TP Biên Hoà, tỉnh Đồng Nai Điện thoại riêng: 0945.40.05.05 E-mail: laokhietbao@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 03/2003 – 03/2009 Nơi học: Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí Chế Tạo Máy Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế máy dập trục khuỷu có trục nằm dọc Bảo vệ luận án tốt nghiệp: Năm 2009 Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tuấn III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2009 – 06/2013 Công ty Vykino Kỹ sƣ cơ khí 06/2013 – đến nay Công ty Otsuka Quản lý sản xuất GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG i
4. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực. Ngoài các phần tham khảo từ tài liệu, các phần bản thân tự nghiên cứu chƣa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2013 NGUYỄN ĐỨC THẮNG GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG ii
5. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn và tri ân: Phó Giáo sƣ Tiến sĩ NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn khoa học và giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Quý Thầy Cô ở Phòng đào tạo và tất cả quý Thầy Cô ở Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Khoa Điện, quý Thầy Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Gia đình, các anh em, các bạn học viên cùng lớp và những ngƣời thân đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên tôi trong suốt thời gian học tập. Trân trọng! Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2013 NGUYỄN ĐỨC THẮNG GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG iii
6. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài : “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG “ là đề tài mà đối tƣợng hƣớng vào là những ngƣời tàn tật, những ngƣời già yếu không có khả năng tự đi lại, họ phải sử dụng xe lăn để tự di chuyển hoặc có ngƣời trợ giúp. Xe lăn cho ngƣời tàn tật có nhiều ƣu điểm nhƣ : gọn nhẹ, giá thành hợp lý, có thể xếp lại đƣợc chính vì vậy mà nó là một phƣơng tiện rất hữu ích cho ngƣời tàn tật và những ngƣời già yếu. Bên cạnh những ƣu điểm đó thì nó cũng tồn tại nhƣợc điểm đó là nó chỉ di chuyển dễ dàng trên đƣờng bằng phẳng, còn những đoạn đƣờng hiểm trở nhƣ di chuyển lên xuống cầu thang thì không thể, cho nên thƣờng cần phải có nhiều ngƣời giúp đỡ khi muốn di chuyển lên và xuống cầu thang. Cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang là một cơ cấu tách rời so với xe lăn, và khi sử dụng chỉ cần một ngƣời trợ giúp. Mỗi khi ngƣời sử dụng muốn di chuyển lên hoặc xuống cầu thang thì chỉ cần gắn cơ cấu này vào phía sau xe lăn. Ngƣời ngồi cùng với xe lăn sẽ đƣợc nâng lên và di chuyển qua từng bậc thang cho tới khi vƣợt qua hết các bậc thang. Đây là một cơ cấu có rất nhiều ƣu điểm dễ sử dụng và gần nhƣ phù hợp với mọi loại cầu thang. Trong luận văn này em tập trung đi vào nghiên cứu tính toán thiết kế cơ cấu và sau đó sẽ đi vào chế tạo thử nghiệm để thấy đƣợc kết cấu thực của cơ cấu cũng nhƣ khả năng hoạt động của nó so với thiết kế ban đầu. GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG iv
7. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG SUMMARY Thesis: "STUDY DESIGN STAIR CLIMBING SUPPORT APPARATUS FOR WHEELCHAIR” is the thesis that is the subject to wards the disabled, the elderly do not have the ability to walk, they have to use a wheelchair to manually move or helpers. Wheelchairs for disabled people has many advantages such as lightweight, reasonably priced, can be folded up so that it is a very useful means for the disabled and the elderly. Besides the advantages that it exists only downside is that it moves easily on flat roads, and rugged roads, moving up and down stairs can not, so often need to be more people want to help when moving up and down the stairs. Support structure over the stairs wheelchair is a separate structure from a wheelchair, and using just a helper. Every time the user wants to move up or down the stairs, then just attach it to the back of the wheelchair. He sat with wheelchairs will be lifted and moved through each step until you pass off the ladder. This is a structure has many advantages such as ease of use and almost suitable for all types of stairs. In this thesis I focus on research into structural design calculations and will then go on to see the prototype of the real structure as well as the ability to structure its operations from initial design . GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG v
8. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt luận văn iv Mục lục vi Danh sách các hình ix Chƣơng 1 : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Đặt vấn đề và đối tƣợng nghiện cứu 1 2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2 Chƣơng 2 : TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ngƣời khuyết tật và những khó khăn trong cuộc sống . 3 2.2. Lịch sử phát triển của xe lăn 4 2.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới 7 2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới . 7 2.3.1.1 Loại cơ cấu hỗ trợ có tính tự động hoá cao 7 2.3.1.2 Loại cơ cấu bán tự động chuyên dùng 8 2.3.1.3 Loại cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang có ngƣời trợ giúp 9 2.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 10 2.4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 11 2.4.1. Mục tiêu nghiên cứu 11 2.4.2. Nội dung nghiên cứu . 11 2.5. Ý nghĩa khoa học của luận văn 11 2.6. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 12 2.7. Phƣơng pháp nghiên cứu 12 Chƣơng 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Cầu thang và các dạng cầu thang . 13 3.1.1. Cầu thang dạng thẳng 13 GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG vi
9. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG 3.1.2. Cầu thang dạng gấp khúc 14 3.1.3. Cầu thang dạng cong . 14 3.2. Giới thiệu về các Patent có liên quan đến đề tài nghiên cứu 15 3.2.1. Loại dùng bánh di chuyển trên cầu thang 15 3.2.2. Loại dùng đai để di chuyển trên cầu thang 21 3.2.3. Loại dùng thanh để di chuyển trên cầu thang 23 Chƣơng 4 : Ý TƢỞNG VÀ GIẢI PHÁP 4.1 Yêu cầu đặt ra 26 4.2 Phân loại cơ cấu theo mức 26 4.3. So sánh phân tích các mức và lựa chọn phƣơng án nghiên cứu 26 4.3.1. so sánh phân tích các mức 26 4.3.2. Lựa chọn phƣơng hƣớng nghiên cứu thiết kế 27 Chƣơng 5 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 5.1. Yêu cầu kỹ thuật đối với cơ cấu 29 5.2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của cơ cấu 29 5.2.1 Sơ đồ hoạt động 29 5.2.2 Nguyên lý hoạt động 30 5.3. Tính toán thiết kế kích thƣớc bánh xe 31 5.4. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động 36 5.4.1. Sơ đồ truyền động 36 5.4.2. Tính toán công suất và chọn động cơ dẫn động 37 5.4.3. Tính toán thiết kế bộ truyền xích 39 5.4.4. Tính toán thiết kế bộ truyền động đai răng 43 5.4.5. Tính toán thiết kế trục 45 5.4.6. Tính toán chọn ổ lăn 52 5.4.6.1. Tính toán chọn ổ trên trục III 52 5.4.6.2. Tính toán chọn ổ trên trục IV 53 5.5. Hệ thống phanh 54 5.5.1. Phân tích yêu cầu 54 5.5.2. Phân loại sơ bộ 55 GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG vii
10. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG 5.5.3. Các bán kính của đĩa phanh 56 5.5.4. Lực ép cần thiết 57 5.5.5. Diện tích làm việc của má phanh 58 Chƣơng 6 : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 6.1. Kết quả đạt đƣợc 59 6.1.1. Kết cấu khung đỡ dƣới 60 6.1.2. Kết cấu khung đỡ trên 63 6.1.3. Cụm bánh xe di chuyển 63 6.1.4. Kết cấu vỏ bên ngoài 64 6.1.5. Cụm truyền động 65 6.2. Nhận xét 72 Chƣơng 7 : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 7.1. Kết luận 73 7.2. Hƣớng phát triển cho tƣơng lai 73 TÀI LIỆU THAM 75 GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG viii
11. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 – Xe lăn cải tiến dung bộ truyền cơ 5 Hình 2.2 – Xe lăn tay và xe lăn đẩy dạng căn bản có thể xếp lại 5 Hình 2.3 – Xe lăn chạy điện thời đầu 5 Hình 2.4 – Xe lăn chạy điện cải tiến 6 Hình 2.5 - Xe lăn cải tiến 6 Hình 2.6 - Xe lăn tay thể thao 6 Hình 2.7 - Xe đa năng iBOT 4000 7 Hình 2.8 - Hình ảnh các chức năng của xe đa năng iBOT 400 8 Hình 2.9 - Xe lăn Galileo 8 Hình 2.10 - Stairmax một cơ cấu bán tự động 9 Hình 2.11 - C-max cơ cấu hỗ trợ xe lăn di chuyển trên cầu thang 9 Hình 2.12 - Xe lăn leo cầu thang của Anh Võ Đình Minh 10 Hình 3.1 - Cầu thang và mặt nghiêng 13 Hình 3.2 - Cầu thang dạng thẳng 14 Hình 3.3 - Cầu thang dạng gấp khúc 14 Hình 3.4 - Cầu thang dạng cong 15 Hình 3.5 – Thiết bị leo cầu thang do Ulrich Alber phát minh 16 Hình 3.6 – Thiết bị leo cầu thang do William B. Martin phát minh 17 Hình 3.7 - Xe lăn tự hành do Kenneth R.Cox phát minh 18 Hình 3.8 - Xe lăn leo cầu thang do Jack M. Feliz phát minh 19 Hình 3.9 - Xe lăn leo cầu thang do Cecil J. Watkins, Simon R. Watkins Phát minh 20 Hình 3.10 – Xe lăn leo cầu thang do R.K Brown Etal phát minh 20 Hình 3.11 – Xe lăn leo cầu thang do Thomas J. Rhodes phát minh 21 Hình 3.12 – Xe lăn leo cầu thang do Werner Last phát minh 21 Hình 3.13 - Xe lăn tự hành do Jack M. Feliz phát minh 22 Hình 3.14 - Thiết bị hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang do Franz Bihler GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG ix
12. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG và Anton Abele phát minh 23 Hình 3.15 - Thiết bị hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang do Franz Bihler và Anton Abele phát minh 23 Hình 3.16 - Thiết bị hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang do Laurence I. Jayne phát minh 24 Hình 3.17 - Xe lăn vƣợt cầu thang do Heinz Kluth phát minh 25 Hình 4.1 - Sơ đồ nguyên lý của Alber 28 Hình 5.1 - Sơ đồ hoạt động 29 Hình 5.2 - Quá trình leo cầu thang của thiết bị 31 Hình 5.3 - Chiều cao và chiều rộng bậc thang 32 Hình 5.4 - Sơ đồ lắp ráp của thiết bị 37 Hình 5.5 - Sơ đồ phanh dĩa loại má kẹp tuỳ động-xi lanh bố trí trên má kẹp 55 Hình 5.6 - Phƣơng án điều khiển vừa bằng tay 56 Hình 5.7 - Sơ đồ tính lực ép cơ cấu phanh đĩa. 57 Hình 6.1 - Kết cấu tổng thể của thiết bị trên mô hình 3D 59 Hình 6.2 - Mô hình thực tế khi chế tạo 60 Hình 6.3 - Kết cấu khung đỡ dƣới trên mô hình 3D 60 Hình 6.4 - Các chi tiết trong bộ khung đỡ dƣới 61 Hình 6.5 - Kết cấu khung đỡ dƣới khi chế tạo thực tế 62 Hình 6.6 - Kết cấu khung đỡ trên trên mô hình 3D 63 Hình 6.7 - Hình cụm bánh xe đỡ trên trên mô hình 3D 64 Hình 6.8 - Kết cấu 3D vỏ bên ngoài của cơ cấu 64 Hình 6.9 - Kết cấu tấm vỏ bên ngoài gia công trên máy phay cắt dây 65 Hình 6.10 - Kết cấu ghép 2 tấm thép với nhau 65 Hình 6.11 - Cụm truyền động của thiết bị 67 Hình 6.12 - Các đĩa xích và housing đỡ ổ bi 67 Hình 6.13 - Quá trình chế tạo cơ cấu và chạy thử nghiệm 69 Hình 6.14 - Cơ cấu khi gắn liền với xe lăn di chuyển trên đƣờng bằng. 70 Hình 6.15 - Cơ cấu khi gắn liền với xe lăn di chuyển lên cầu thang. 71 GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG x
13. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Chƣơng 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Đặt vấn đề và đối tƣợng nghiên cứu: Đối với những ngƣời tàn tật và già yếu, họ không thể tự đi lại đƣợc mà cần sự trợ giúp của xe lăn. Việc di chuyển xe lăn trên nền bằng thì dễ dàng hơn nhiều so với di chuyển lên hoặc xuống cầu thang, đối với họ việc tự di chuyển lên hoặc xuống cầu thang là không thể cho nên thƣờng khi họ muốn di chuyển lên hay xuống cầu thang đều cần phải từ 2 -4 ngƣời giúp đỡ tùy thuộc vào trọng lƣợng của ngƣời tàn tật cộng với xe và sức lực của ngƣời hỗ trợ. Từ sự khó khăn vất vả trên em thấy nhu cầu cấp thiết phải có một cơ cấu hỗ trợ xe lăn di chuyển trên cầu thang là rất lớn. Các thiết bị này trên thế giới hiện nay cũng đuợc sử dụng rất nhiều, nhƣng ở nƣớc ta vẫn chƣa đƣợc sử dụng phổ biến do giá thành còn quá cao. Do đó việc thiết kế cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang phù hợp với điều kiện thực tế tại mƣớc ta là một nhiệm vụ rất quan trọng. Với mong muốn góp phần giúp đỡ cho những ngƣời khuyết tật và già yếu có đƣợc thiết bị hỗ trợ tốt nhất để giúp di chuyễn dễ dàng trên những bậc thang mà trƣớc đây đối với họ là những việc rất khó khăn,chính vì vậy em đã nhận đề tài : “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN VƢỢT ĐI THANG “ do thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng hƣớng dẫn. 2. Phƣơng pháp nghiên cứu: Hiện nay trên thế giới các thiết bị này cũng đã đƣợc sản xuất và chế tạo và cũng có nhiều chủng loại khác nhau, từ loại có tính tự động hoá cao đến những loại cần sự trợ giúp của ngƣời, những thiết bị này nếu đƣợc nhập về và bán ở nƣớc ta thì chắc chắn sẽ ít đƣợc sử dụng, do bởi giá thành còn quá cao so với thu nhập trung bình hiện nay ở nƣớc ta chính vì vậy mà những sản phẩm này gần nhƣ chƣa có mặt nhiều tại Việt Nam. Tuy nhiên ở Việt Nam cũng đã có ngƣời chế tạo xe lăn leo cầu thang những vẫn còn nhiều nhƣợc điểm cần khắc phục nhƣ kích thƣớc còn lớn, nặng và việc thăng bằng khi di chuyển trên cầu thang còn chƣa khắc phục đƣợc. Lý do em chọn thiết kế cơ cấu tách rời bởi vì hai nguyên nhân chính đó là: đây là một GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 1
14. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG cơ cấu chuyên dùng chỉ dùng để hỗ trợ leo cầu thang, chính vì vậy nếu tích hợp cố định vào xe sẽ làm mất đi tính linh hoạt của xe lăn và nguyên nhân thứ 2 đó là giá thành, việc thiết kế chế tạo cơ cấu này sẽ có giá thành thấp hơn nhiều so với cơ cấu có tính tự động hoá cao đƣợc tích hợp trong xe chính vì vậy mà việc thiết kế một cơ cấu để phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam sẽ dễ dàng hơn. Cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang là một cơ cấu tách rời so với xe lăn, và khi sử dụng chỉ cần một ngƣời trợ giúp. Mỗi khi ngƣời sử dụng muốn di chuyển lên hoặc xuống cầu thang thì chỉ cần gắn cơ cầu này vào phía sau xe lăn. Ngƣời ngồi cùng với xe lăn sẽ đƣợc nâng lên và di chuyển qua từng bậc thang cho tới khi vƣợt qua hết các bậc thang. Đây là một cơ cấu có rất nhiều ƣu điểm dễ sử dụng và gần nhƣ phù hợp với mọi loại cầu thang. Trong luận văn này em tập trung đi vào nghiên cứu tính toán thiết kế cơ cấu và sau đó sẽ đi vào chế tạo thử nghiệm để thấy đƣợc kết cấu thực của cơ cấu cũng nhƣ khả năng hoạt động của nó so với thiết kế ban đầu GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 2
15. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Chƣơng 2. TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ngƣời khuyết tật và những khó khăn trong cuộc sống - Theo số liệu thống kê của Liên hợp quốc, trên toàn thế giới có khoảng gần 10% dân số trên thế giới là ngƣời khuyết tật, còn đối với Việt Nam theo các báo cáo kết quả điều tra của Bộ Lao động Thƣơng binh và Xã hội; Bộ Y tế, các số liệu báo cáo của mạng lƣới chỉnh hình phục hồi chức năng; ý kiến của cộng đồng; các tài liệu nghiên cứu, khảo sát của một số tổ chức Quốc tế đã tiến hành tại Việt Nam, thực trạng về ngƣời tàn tật đƣợc phản ánh theo số liệu dƣới đây: [Nguồn: ] Các dạng tật: Dạng tật Vận động Thị giác Thính giác Ngôn ngữ Trí tuệ Thần kinh Tỉ lệ % 35,46 15,70 9,21 7,92 9,11 13,93 Nguyên nhân của các dạng tật: Thứ tự Nguyên nhân Tỉ lệ % so với ngƣời tàn tật Tỉ lệ % Nam % Nữ % 1 Bẩm sinh 34,15 30,44 40,61 2 Bệnh tật 35,75 29,75 46,11 3 Tai nạn lao động 1,98 2,36 1,32 4 Tai nạn giao thong 5,52 6,75 3,38 5 Tai nạn chiến tranh 19,07 27,07 5,14 6 Nguyên nhân khác 3,55 3,63 3,44 100 100 100 - Các bảng trên đây cho thấy ngƣời tàn tật về cơ quan vận động chiếm tỉ lệ cao nhất là 35,46%. Cuộc sống của họ về mọi mặt gặp vô vàn khó khăn trong đi lại cũng nhƣ hoà nhập với xã hội, chỉ khi nào giải quyết đƣợc vấn đề này thì ngƣời tàn tật mới thực sự hoà nhập đƣợc với cộng đồng cũng nhƣ xã hội. Để những ngƣời GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 3
16. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG không may mắn này hoà nhập với cộng đồng thì nhiệm vụ của cộng đồng xã hội phải tạo các điều kiện thuận lợi nhất để họ cảm thấy cuộc sống này có nhiều ý nghĩa hơn, không còn tự ti mặc cảm về bản thân mình. Từ chính những khó khăn thách thức này xe lăn dành cho ngƣời tàn tật đã đƣợc phát minh từ rất lâu và vẫn đang liên tục đƣợc nghiên cứu cải tiến nhằm tạo điều kiện thuật lợi nhất cho ngƣời sử dụng. 2.2. Lịch sử phát triển của xe lăn: - Dựa vào các tài liệu gần đây thì xe lăn đƣợc phát minh từ năm 1959, vào năm này ngƣời đã sáng tạo và phát minh ra chiếc xe lăn là vua Philip II (1527 - 1598) của Tây Ban Nha. - Chiếc xe lăn đẩy tay của vua Philip II đƣợc sử dụng cho đến năm 1655 khi Stephen Farfler, một ngƣời bại liệt làm nghề sửa đồng hồ đã kiến tạo ra xe lăn với chiếc ghế ba chân bình thƣờng. Bằng cách kết nối chiếc ghế vào một khung đặt trên ba bánh xe Stephen đã có thể tự mình dùng tay để đẩy mình tới phía trƣớc một cách nhẹ nhàng và dễ dàng. - Giai đoạn phát triển kế tiếp của chiếc xe lăn là vào năm 1783 bởi John Dawson. Dawson đã nghĩ ra một chiếc xe và đặt tên là “chiếc ghế tắm Dawson”, cũng với kết cấu ba bánh nhƣng ông đã thêm vào tay lái đƣợc kết hợp với tay cầm, đây là một phát kiến lớn thời bấy giờ. Sau đó phát minh của ông đƣợc nhân bản và cải tiến rộng hơn nhƣ thêm vào mui che hoặc gắn kính phía trƣớc. - Mãi cho đến thế kỷ thứ 18, xe lăn mới đƣợc phát triển hơn và tiện nghi hơn. Kết quả là một chiếc xe với bánh sau thật lớn giúp ngƣời ngồi có thể tự mình di chuyển. - Những năm đầu thế kỷ 19, xe lăn đƣợc cải tiến rất nhiều về hình dáng cũng nhƣ kỹ thuật khi ngƣời ta lắp vào những nan hoa ở bánh xe, nơi để tay, tựa đầu và nơi gác chân. Ngoài ra còn có những loại xe đƣợc cải tiến khi bện những thân cây mềm trên các khung kimloại. - Đến năm 1916, các kỹ sƣ ngƣời Anh đã chế tạo ra chiếc xe lăn động cơ đầu tiên, dù xe đã đƣợc cơ giới hoá nhƣng ngƣời sử dụng vẫn dùng xe lăn đẩy tay vì giá thành xe lăn đẩy tay rẻ hơn. Ngoài ra xe lăn này còn có nhƣợc điểm là quá cồng kềnh và khó xếp lại để mang theo khi di chuyển bằng xe ô tô. GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 4
17. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Hình 2.1: Xe lăn tay cải tiến dùng bộ truyền cơ - Năm 1932, tại Los Angeles, một kỹ sƣ tên Harry Jennings đã thiết kế và chế tạo một chiếc xe lăn có thể gấp lại cho bạn anh ta là Hebert Everest. Sau đó cả hai đã thấy đƣợc sự tiện dụng cũng nhƣ lợi ích cũng nhƣ khả năng phát triển của xe dạng này nên đã đăng ký và thành lập công ty sản xuất xe lăn. Và dạng xe này vẫn đang đƣợc sử dụng rộng rãi đến ngày nay. Hình 2.2: Xe lăn tay và xe lăn đẩy dạng căn bản có thể xếp lại Hình 2.3: Xe lăn chạy điện thời đầu GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 5
18. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Hình 2.4: Xe lăn chạy điện cải tiến Hình 2.5: Xe lăn cải tiến - Ngoài các nhu cầu về đi lại làm việc, ngƣời tàn tật vẫn muốn đƣợc tham gia hoạt động thể thao nhƣ ngƣời bình thƣờng, từ nhu cầu đó xe lăn đƣợc sản xuất riêng cho ngƣời tàn tật để dùng cho thể thao: Hình 2.6: Xe lăn tay thể thao GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 6
19. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG 2.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới 2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: - Hiện nay trên thế giới đã có nhiều sáng chế đối với cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang cho ngƣời tàn tật, các cơ cấu này có thể đƣợc tích hợp cố định vào trong xe lăn hoặc là một cơ cấu tách rời. Về cơ bản các cơ cấu này có thể chia làm ba loại là : Loại dùng bánh di chuyển trên cầu thang, loại dùng đai để di chuyển trên cầu thang và loại dùng thanh để di chuyển trên cầu thang 2.3.1.1. Loại cơ cấu hỗ trợ có tính tự động hoá cao : - Đây là một cơ cấu đƣợc tích hợp cố định vào xe lăn, tính tự động hóa cao thể hiện ở việc ngƣời sử dụng chỉ cần sử dụng cần điều khiển và các nút bấm để điều khiển xe di chuyển tới, lui trên đƣờng bằng hoặc lên xuống cầu thang. Hình 2.7: Xe đa năng iBOT 4000 GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 7
20. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Hình 2.8: Hình ảnh các chức năng của xe đa năng iBOT 400 Hình 2.9: Xe lăn Galileo 2.3.1.2. Loại cơ cấu bán tự động chuyên dùng: - Đây là cơ cấu bán tự động chuyên dùng cho việc leo cầu thang và là một cơ cấu tách rời. Ngƣời ngồi di chuyển xe lăn lại cơ cấu và kết nối xe lăn với cơ cấu bằng cần gạt tay. Sau đó động cơ của cơ cấu sẽ truyền động giúp cho cơ cấu đã kết nối với xe lăn di chuyển trên cầu thang. GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 8
21. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU HỖ TRỢ XE LĂN ĐI CẦU THANG Hình 2.10: Stairmax một cơ cấu bán tự động chuyên dùng hỗ trợ xe lăn lên và xuống cầu thang 2.3.1.3. Loại cơ cấu hỗ trợ xe lăn vƣợt cầu thang có ngƣời trợ giúp: - Đây cũng là một cơ cấu chuyên dùng để hỗ trợ xe lăn lên và xuống cầu thang. Điểm khác biệt so với các cơ cấu ở trên là không có tính tự động hóa và cần phải có ngƣời trợ giúp. Dƣới đây là một số loại cơ cấu điển hình đang đƣợc bán trên thị trƣờng. Hình 2.11: C-max cơ cấu hỗ trợ xe lăn di chuyển trên cầu thang GVHD: PGS TS. NGUYỄN NGỌC PHƢƠNG HVTH: NGUYỄN ĐỨC THẮNG 9