การออกแบบเครื่องพยุงผู้สูงอายุลงสู่การทำธาราบำบัด

บทคัดย่อ

ก Name Thesis Title Department Advisor Academic year Thanawat Saisin Chayapol Tunsatearn Techno Phothichai Sirawit Pipatpongkul Design of hydrotherapy support equipment for seniors Mechanical and Aerospace Engineering Asst.Prof. Teerawat Sangpet, PhD 2025 Abstract ข กิตติกรรมประกาศ ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้สาเร็จได้ด้วยความอนุเคราะห์ของบุคคลหลายท่านซึ่งไม่สามารถอาจจะ นามากล่าวได้ทั้งหมดซึ่งผู้มีพระคุณที่ผู้เขียนใคร่ขอกราบขอบพระคุณคือ อาจารย์ที่ปรึกษา ผศ.ดร.ธีรวัจน์ แสงเพชร์ ที่กรุณารับเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ผู้เขียนขอกราบขอบพระคุณท่านกรรมการ ที่กรุณารับเป็นคณะกรรมการสอบปริญญานิพนธ์ ทั้งได้กรุณาให้คาเเนะนาเเละชี้เเนะเเนวทางจนปริญญานิพนธ์นี้มีความสมบูรณ์ นายธนวัชร นายชยพล นายเทคโน นายสิรวิชญ์ ค สายสินธุ์ ตันเสถียร โพธิชัย พิพัฒน์พงศ์กุล สารบัญ บทที่ 1 บทนา ....................................................................................................................................1 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน .......................................................................................... 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ....................................................................................................... 2 1.3 ขอบเขต.................................................................................................................................. 2 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ .......................................................................................... 2 1.5 แผนการดาเนินงาน................................................................................................................. 2 1.5.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน (Workflow Diagram) .........................................................2 1.5.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ .............................................................................4 บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ...............................................................................................5 2.1 ผู้สูงอายุ .................................................................................................................................. 5 2.1.1 แนวคิด .............................................................................................................................5 2.1.2 ธาราบาบัด .......................................................................................................................5 2.1.3 เทคโนโลยีช่วยเหลือ .........................................................................................................6 2.2 ทฤษฎีทางวิชาการที่ใช้ในการออกแบบ ................................................................................... 7 2.2.1 ทฤษฎีความล้มเหลว (Failure Theories) ........................................................................7 2.2.2 ทฤษฎีสกรูเกลียวสาหรับการยึดและสกรูส่งกาลัง (Threaded Fasteners and Power Screws).....................................................................................................................................8 2.3 การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis - FEA) .................................... 9 2.3.1หลักการพื้นฐานของการวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis – FEA) ..................................................................................................................................................9 2.3.2 การตรวจสอบคุณภาพเมช (Mesh Quality Check)..................................................... 10 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ และกระบวนการผลิต ....................................................................... 12 3.1 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) ........................................................................ 12 ง 3.2 ข้อจากัด (Constraints) ....................................................................................................... 12 3.3 Product Design Specification (PDS) และ มาตรฐานการออกแบบ (Standard) ............. 12 3.3.1 Product Design Specification (PDS) ....................................................................... 12 3.3.2 มาตรฐานการออกแบบ (Standard).............................................................................. 14 3.4 Concept Generation ........................................................................................................ 15 3.5 การเปรียบเทียบ Concept เชิง Industrial design ............................................................. 19 3.6 การวิเคราะห์ Function ของตัวเครื่อง ................................................................................. 20 3.6.1 ขนาดโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 ................................................... 21 3.6.2 Standard requirements............................................................................................ 23 3.7 กระบวนการออกแบบเชิงแนวคิดและการประดิษฐ์กลไกต้นแบบ .......................................... 26 3.7.1 ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism)........................................ 26 3.7.2 กลไกการยก (Lifting mechanism) ............................................................................. 28 3.8 การคานวนหาแรงขั้นต่าของ Linear actuator .................................................................... 31 3.9 การคานวณเพื่อหาน้าหนักถ่วง.............................................................................................. 32 3.10 การคานวณเพื่อหาแรงที่ต้องใช้ผลักเพื่อให้เครื่องเคลื่อนที่ .................................................. 33 3.11 การตรวจสอบความเสถียรภาพ........................................................................................... 34 3.12 การวิเคราะห์ความล้มเหลวด้วยวิธี Finite Element .......................................................... 36 3.13 ขั้นตอนกระบวนการผลิต.................................................................................................... 36 บทที่ 4 ผลการดาเนินการ ............................................................................................................... 40 4.1 การตั้งค่าพารามิเตอร์ในโปรแกรม Abaqus.......................................................................... 40 4.2 ผลลัพธ์จากการจาลองทางคอมพิวเตอร์ ................................................................................ 41 4.2.1 ผลลัพธ์จากการจาลองน้าหนักถ่วง ................................................................................ 41 4.2.2 ผลลัพธ์จากการจาลองการรับภาระของเพลาที่ติดกับ Actuator ................................... 41 4.3 แบบร่าง BOM การประกอบ และแบบร่างสาหรับการผลิตในโรงงาน ................................... 42 จ 4.4 การทดสอบ .......................................................................................................................... 50 4.4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า ... 50 4.4.2 การทดสอบเพื่อดูความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่องบริเวณทางลาดชัน ................ 54 4.5การตรวจสอบโดยอ้างอิงจากมาตรฐาน .................................................................................. 57 4.5.1 ข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ..................................................................... 57 4.5.2 ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ............................................................................... 57 4.5.3 ข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. ................................................................. 58 บทที่ 5 สรุปผล และข้อเสนอแนะ ................................................................................................... 59 5.1 Verification & Validation analysis Summary & Validation for PDS ......................... 59 5.1.1 Verification Analysis (การตรวจสอบว่าออกแบบตรงตาม PDS หรือไม่) .................... 59 5.1.2 Validation Analysis (การยืนยันว่าใช้งานได้จริงตามความต้องการผู้ใช้) ...................... 59 5.1.3 Summary & Validation for PDS .............................................................................. 60 5.2 สรุปผลการศึกษา .................................................................................................................. 60 5.3 Recommendation for future work ................................................................................ 61 5.3.1 การวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง (Fatigue Analysis).............................................. 61 5.3.2 การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยโปรแกรมจาลอง (Finite Element Analysis) ................... 61 5.3.3 การทดสอบรับน้าหนักจริง (Load Testing) .................................................................. 61 5.3.4 การพัฒนาระบบขับเคลื่อน (Actuator System Improvement) ................................ 61 5.3.5 การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน ................................................................................ 61 5.3.6 การพัฒนาระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม ........................................................................ 61 5.3.7 การพัฒนาให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล .................................................................... 61 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................................. 62 ฉ สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน ….……………………………………………………………………………..3 ตารางที่ 1.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้………..…………………………………………………………4 ตารางที่ 3.1 การเปรียบเทียบ Concept…………………………………………………………………………………19 ตารางที่ 3.2 General Description………………………………………………………………………………………29 ตารางที่ 3.3 Electrical specification……………………………………………………………………….………….29 ตารางที่ 3.4 Mechanical specification………………………………………………………………………………29 ตารางที่ 3.5 Physical dimension……………………………………………………………………………………….30 ตารางที่ 4.1 แสดงผลการทดลองความสามารถในการ self-lock เมื่อรับโหลด ของ actuator….….53 ตารางที่ 4.2 แสดงผลการทดลองการเข็นที่ความชันในแต่ละองศา……………………………………………..55 ช สารบัญรูปภาพ รูปที่ 1.1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ (The Rotational R-375 Pool Lift ของบริษัท Global Pool Products) ……………………………………………………………………………………………………………………………1 รูปที่ 3.1 Submerged depth………..…………………………………………………………………….………………14 รูปที่ 3.2 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1………………………15 รูปที่ 3.3 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1………………………………………………….…………16 รูปที่ 3.4 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2……………………...17 รูปที่ 3.5 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2…………………………………………………………….17 รูปที่ 3.6 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3………………………18 รูปที่ 3.7 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3……………………………………………………………19 รูปภาพที่ 3.8 ภาพด้านหนาและขนาดความกว้างโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………21 รูปภาพที่ 3.9 ภาพด้านข้างและขนาดความสูงโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………….………..21 รูปที่ 3.10 ภาพด้านบนและขนาดความยาวของฐานเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………………….…21 รูปภาพที่ 3.11 ภาพด้านบนและขนาดความยาวโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………..22 รูปที่ 3.12 ภาพด้านข้างและขนาดของกลไกลิงเกจการยกผู้สูงอายุโดยรวมของเครื่องช่วยยก ผู้สูงอายุ……………………………………………………………………………………………………………………………...22 รูปที่ 3.13 ภาพแสดง ข้อกาหนด 1009.2.3………………………………………….…………………………………23 รูปที่ 3.14 ภาพแสดง ขนาดที่ออกแบบ…………………………………………………………………………………..23 รูปที่ 3.15 ภาพแสดง ข้อกาหนดความสูงของเบาะนั่ง………………………………………………………………24 รูปที่ 3.16 ภาพแสดง ระยะของเบาะนั่ง……………………………………………………………….…………………24 รูปที่ 3.17 ภาพแสดง ระยะของเบาะ……………………………………………………………………………………..25 รูปที่ 3.18 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่ง……………………………………………………………………25 ซ รูปที่ 3.19 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่งของเครื่องที่ออกแบบ………………………………..…..26 รูปที่ 3.20 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยกสูงสุด………………………………………………………………27 รูปที่ 3.21 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยืดออกไกลสุด……………………………………….……………..27 รูปที่ 3.22 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกอยู่ต่าสุด………………………………………..……….……………27 รูปที่ 3.23 การประกอบ Linear actuator เข้ากับกลไกตัวยก…………………………………….…………….28 รูปที่ 3.24 Linear electrical actuator…………………………………………………………………………………28 รูปที่ 3.25 แสดงการทางานของ actuator ก่อนยืด และหลังยืด……………………………………….……….30 รูปที่ 3.26 Analysis of the force on simple lifting mechanism……………………………………….31 รูปที่ 3.27 ภาพ 2 มิติของมุมมอง side view ของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ………………………………….32 รูปที่ 3.28 Analysis of the force on simple lifting mechanism(1)…………………………..……….35 รูปที่ 3.29 Analysis of the force on simple lifting mechanism(2)………………………..………….35 รูปที่ 3.30 Analysis of the force on simple lifting mechanism(3)…………………………..……….35 รูปที่ 3.31 ขั้นตอนกระบวนการตัดเหล็กเพื่อเตรียมชิ้นงาน……………………………………………………….37 รูปที่ 3.32 ขั้นตอนกระบวนการเชื่อมของฐาน………………………………………………………………………….37 รูปที่ 3.33 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก………………………………………….…………………….38 รูปที่ 3.34 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก……………………………………….……………………….38 รูปที่ 3.35 ขั้นตอนประกอบชิ้นงานเข้าด้วยกัน…………………………………………………………………………39 รูปที่ 4.1 ผลการจาลองความเสถียรภาพเครื่องช่วงยกผู้สูงอายุหลังวางน้าหนักถ่วง………………….…..41 รูปที่ 4.2 ผลการจาลองภาระแรงทั้งหมดที่เพลาของ Actuator ต้องรับ………………………………………41 รูปที่ 4.3 แบบร่าง BOM……………………………………………………………………………………………………….42 รูปที่ 4.4 เหล็กฉากสาหรับเชื่อมต่อของพนักวางแขน……………………………………………………………….42 รูปที่ 4.5 ฐานโครงเหล็กเชื่อมต่อกับที่นั่ง……………….………………………………………………………………..43 ฌ รูปที่ 4.6 เหล็กแนวแกน y เชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างของเก้าอี้กับโครงสร้างหลักของตัวเครื่อง…….43 รูปที่ 4.7 พนักวางแขน……………………………………………………………………………….…………………………44 รูปที่ 4.8 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านบน………………………………………………………………………………..44 รูปที่ 4.9 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านล่าง…………………………………………………….…………………………45 รูปที่ 4.10 เหล็กแผ่นสาหรับยึดติดกับฐาน………………………………………………………………………………45 รูปที่ 4.11 เหล็กกล่องตั้งฉากสาหรับการนั่ง…………………………………………………………………….………46 รูปที่ 4.12 เหล็กกล่องเอียงสาหรับการประคองกลไกชุดยก…………………………….…………………………46 รูปที่ 4.13 แผ่นเหล็กประคอง……………………………………………………….……………………………………….47 รูปที่ 4.14 แผ่นเหล็กสาหรับประคอง Linear Actuator………………..…………………………………………47 รูปที่ 4.15 เหล็กสาหรับจุดหมุนของแขนยก………………………….…………………………………………………48 รูปที่ 4.16 POM สาหรับประคองกลไกชุดยกด้านหน้า……………..………………………………………………48 รูปที่ 4.17 เพลาเกลียวเป็นจุดหมุนของกลไกชุดยก………………………………….……………………………….49 รูปที่ 4.18 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator(1)……….……………………………50 รูปที่ 4.19 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator(2)……………….…….……………..50 รูปที่ 4.20 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator(1)…………………………………….51 รูปที่ 4.21 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator(2)…………………………………….51 รูปที่ 4.22 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator(1)………………………………….51 รูปที่ 4.23 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator(2)………………………………….51 รูปที่ 4.24 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator(1)………………………………….52 รูปที่ 4.25 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator(2)………………………………….52 รูปที่ 4.26 การทดสอบเข็นตามความชัน(1)…………………………………………………….……………………….55 รูปที่ 4.27 การทดสอบเข็นตามความชัน(2)………………………………………………………………….………….55 ญ รูปที่ 4.28 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space…………………………….………57 รูปที่ 4.29 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space………………………….…………57 รูปที่ 4.30 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space…………………………….………57 รูปที่ 4.31 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.32 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.33 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.34 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth………………………………….59 รูปที่ 4.35 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth.……………..………………….59 รูปที่ 4.36 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth………………………………….59 ฎ สารบัญสมการ สมการ (2.1) …………………………………………………………………………………………………………………………8 สมการ (2.2)….………………………………………………………………………………………………………………………8 สมการ (3.1)………………………………………………………………………………………………………………………..31 สมการ (3.2) …………………………………………………………………………………………………………..…………..31 ฏ บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน ในปัจจุบันประเทศไทยได้เข้าสู่สังคมผู้สูงอายุโดยสมบูรณ์ เเละส่งผลทาให้ความต้องการด้าน การดูแลสุขภาพและการฟื้นฟูส มรรถภาพของผู้สูงอายุเพิ่มมากขึ้น และหนึ่งในวิธีการบาบัดที่ มี ประสิทธิภาพและได้รับความนิยมมากคือ ธาราบาบัด (Aquatic Physical Therapy) ซึ่งช่วยลดแรง กระแทก เหมาะสาหรับผู้สูงอายุที่มีข้อจากัดทางการเคลื่อนไหว ปัจจุบันบุคลากรทางการแพทย์ได้ ประสบปัญหาในการเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุ ที่มีภาวะอ่อนแรงเข้าสู่ธาราบาบัดซึ่งต้องใช้บุคลากรจานวน มาก ดังนั้นจึงมีความจาเป็น ในการพัฒนาอุปกรณ์ช่วยเคลื่อนย้ายผู้สู งอายุลงสู่ธาราบาบัดอย่าง ปลอดภัย, มีประสิทธิภาพและยังลดภาระของบุคลากรในการช่วยลงสู่ธาราบาบัด ตัวอย่างเครื่องช่วย พยุงผู้สูงอายุที่มีจาหน่ายในท้องตลาดแสดงดัง รูปที่ 1.1 รูปที่ 1.1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ (The Rotational R-375 Pool Lift ของบริษัท Global Pool Products) [11] Ref: https://www.poolweb.com/products/rotational-r-375-pool-lift-with-round-anchor375-pound-capacity 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1. เพื่อออกแบบเครื่องช่วยพยุงลงสู่การทาธาราบาบัด ที่เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ 2. เพื่อออกแบบเครื่องช่วยพยุงที่สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม 1.3 ขอบเขต 1. ศึกษาองค์ประกอบสาคัญของกลไกสาหรับเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ รวมถึงศึกษาเกี่ยวกับ อุปกรณ์ระบบทางไฟฟ้าที่สามารถช่วยทุ่นแรงในการยก 2. ศึกษาเกี่ยวกับมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์สาหรับที่ใช้ในการดูแล ผู้สูงอายุการคานวณออกแบบทางวิศวกรรม 3. ออกแบบกลไกร่วมกับระบบควบคุมกลไกที่ช่วยทุ่นแรงในการพยุงผู้สูงอายุที่สามารถ รองรับไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม และสามารถเคลื่อนที่ได้ 4. จัดสร้างกลไกต้นแบบและทดสอบการทางาน 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ผลลัพธ์ที่คาดหวังคือการได้ต้นแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ที่สามารถเคลื่อนที่ได้สะดวกต่อ การใช้งานและให้เข้าถึงการบริการธาราบาบัดได้อย่างปลอดภัยมากขึ้น ยังเพิ่มประสิทธิภาพในการ ให้บริการฟื้นฟูสุขภาพ และส่งเสริมนวัตกรรมที่สามารถต่อยอดใช้งานจริงในระบบสาธารณสุขไทยได้ ในอนาคต 1.5 แผนการดาเนินงาน ในส่วนนี้จะแสดงขั้นตอนการทางานของโครงงานเเละรวมถึงอุปกรณ์และงบประมาณที่คาด ว่าจะใช้ในการพัฒนาและทดสอบเครื่องต้นแบบ 1.5.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน (Workflow Diagram) ขั้นตอนการทางานของโครงงานได้แบ่งการดาเนินงานออกเป็นหลายขั้นตอนหลัก ตั้งแต่ ศึกษาองค์ประกอบสาคัญของกลไก ศึกษาเกี่ยวกับมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ ออกแบบกลไกร่วมกับระบบควบคุมกลไกที่ช่วยทุ่นแรง ไปจนถึงจัดสร้างกลไกต้นแบบและทดสอบการ ทางาน โดยแต่ละขั้นตอนจะมีการวางแผนการดาเนินงานในช่วงเวลาที่กาหนดไว้ในระยะเวลา 12 เดือนดังแสดงไว้ในตารางที่ 1.1 2 ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน 3 1.5.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ ในขั้นตอนการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ได้มีการวางแผนและจัดเตรียมงบประมาณที่ คาดว่าจะใช้ในการจัดหาอุปกรณ์ต่างๆ ที่จาเป็น ซึ่งประกอบด้วย Actuator, Structural, Lifting linkage ทั้งหมดนี้ได้รับการประมาณราคาเบื้องต้นตามรายละเอียดในตารางที่ 1.2 รายการ งบประมาณ (บาท) 4400 Actuator Rotational Motor 1,500 Battery 24 volt 2,500 Controller 1,500 Seatbelt 400 Stainless steel construction (electropolished 304L grade) 3,000 Connector (bolts etc.) 1,000 Wheels (4 qtn.) 920 Total 15,220 ตารางที่ 1.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ 4 บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกีย่ วข้อง ในบทนี้ จะเสนอเกี่ย วกับแนวคิดของผู้ป่วยที่จาเป็นต้องทาธาราบาบัด และอุปกรณ์ที่ เคลื่อนย้ายผู้ป่วยเข้า และออกจากสระว่ายน้าได้อย่างปลอดภัยและทันสมัย รวมถึงความสาคัญของ อุปกรณ์ และเครื่องมือเหล่านี้ 2.1 ผู้สูงอายุ ผู้สูงอายุหมายถึงผู้ที่มีอายุตั้งแต่ 60 ปีขึ้นไป ในวัยนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงหลายด้าน ทั้งทาง ร่างกาย ทางสมอง ทางอารมณ์และทางสังคม โดยปัญหาที่พบในผู้สูงอายุส่วนใหญ่ จะเกี่ยวกับ ปัญหา สุขภาพร่างกายไม่ดี และ ปัญหาด้านจิตใจ วิตกกังวลกลัวลูกหลานจะไม่เลี้ยงดู กลัวถูกทอดทิ้ง [1] 2.1.1 แนวคิด นิยาม ผู้สูงอายุ จากพระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. ๒๕๔๖ กล่าวว่า ผู้สูงอายุ หรือบางคน เรียกว่า “ผู้สูงวัย” เป็นคาที่บ่งบอกถึงตัวเลขของอายุว่ามีอายุมาก โดยนิยมนับตามอายุตั้งแต่แรกเกิด (Chronological age) หรือทั่วไป เรียกว่า คนแก่ หรือ คนชรา ซึ่งเป็นวัยบั้นปลายของชีวิต ดังนั้น ปัญหาของผู้สูงอายุในทุกด้านโดยเฉพาะด้านสังคม และสาธารณสุขจึงแตกต่างจากคนในวั ย อื่น ในขณะที่องค์กรสหประชาชาติได้ให้คาจากัดความของ “ผู้สูงอายุ” ว่า ผู้สูงอายุ คือ ผู้ที่มีอายุตั้งแต่ 60 ปีขึ้นไป [1] 2.1.2 ธาราบาบัด สถานดู แ ลและฟื้ น ฟู ส มรรถภาพผู้ สู ง อายุ ที่ มี การให้ บ ริ การด้า นธาราบาบั ด ( Aquatic Therapy) ถือเป็นองค์ประกอบสาคัญในกระบวนการฟื้นฟูสุขภาพโดยเฉพาะสาหรับผู้สูงอายุและ บุคคลที่มีความบกพร่องทางด้านร่างกาย ธาราบาบัดเป็นศาสตร์การบาบัดรักษาที่ใช้สภาพแวดล้อมใน น้าเป็น ปัจ จัย สาคั ญในการส่ งเสริม การเคลื่ อ นไหวธาราบาบั ดเป็น ศาสตร์ การบาบั ดรั ก ษาที่ ใ ช้ สภาพแวดล้อมในน้าเป็นปัจจัยสาคัญในการส่งเสริมการเคลื่อนไหวของร่างกาย ลดอาการปวด รวมถึง ฟื้นฟูสมรรถภาพทางกายและจิตใจ การใช้น้าในกระบวนการบาบัดมีข้อได้เปรียบที่สาคัญเนื่องจากคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้า โดยเฉพาะแรงลอยตัว (Buoyancy) ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกที่เกิดจากน้าหนักตัวและแรงโน้มถ่วงของ 5 โลก คุณสมบัตินี้มีบ ทบาทอย่างมากในการลดแรงกดที่กระทาต่อข้อต่อ กล้ามเนื้อ และกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลุ่มประชากรที่มีข้อจากัดทางกายภาพ เช่น ผู้สูงอายุ ผู้ที่มีภาวะข้อเข่าเสื่อม สตรีมีครรภ์ หรือผู้ที่มีน้าหนักตัวมาก [2] การศึกษาในรูปแบบการทบทวนอย่างเป็นระบบและเมตา-อนาไลซิส (systematic review and meta-analysis) ซึ่ง เป็ น งานวิจัย มีชื่ อเรื่ องว่า "Effects of Aquatic Exercises for Patients with Osteoarthritis" มีจุดมุ่งหมายเพื่อประเมินผลของการออกกาลังกายในน้าต่ออาการปวดและ ความสามารถในการทากิจกรรมต่างๆ ในผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อม นักวิจัยได้ทาการวิเคราะห์การทดลอง แบบสุ่มและมีกลุ่มควบคุม (randomized controlled trials หรือ RCTs) จานวน 16 รายการ ซึ่งมี ผู้เข้าร่วมทั้งหมด 992 คน ผลการศึกษาที่สาคัญคือการออกกาลังกายในน้าช่วยลดอาการปวดได้อย่าง มี นั ย สาคั ญ โดยการวิ เ คราะห์ แ บบเมตา-อนาไลซิ ส แสดงให้ เ ห็ น ว่า ค่า standardized mean difference (SMD) อยู่ที่ -0.73 ซึ่งบ่งชี้ถึงผลในระดับปานกลางถึงมาก นอกจากนี้ยังพบว่าการออก กาลังกายในน้าช่วยเพิ่มความสามารถในการทากิจกรรมต่างๆ ได้อย่างมีนัยสาคัญ (เช่น ความเร็วใน การเดิน การทรงตัว และกิจกรรมประจาวัน) โดยค่า SMD อยู่ที่ -0.66 ซึ่งเป็นผลในระดับปานกลางถึง มากเช่นกัน การศึกษาที่นามาทบทวนมีระยะเวลาและความถี่ในการออกกาลังกายที่แตกต่างกันไป แต่ ส่วนใหญ่แล้วโปรแกรมจะใช้เวลาอย่างน้อย 8 สัปดาห์ โดยมีการออกกาลังกาย 2-3 ครั้งต่อสัปดาห์ สรุปได้ว่า การออกกาลังกายในน้ามีประสิทธิภาพในการลดอาการปวดและเพิ่มความสามารถในการ ทากิจกรรมในผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อม [3] 2.1.3 เทคโนโลยีช่วยเหลือ พระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. ๒๕๔๖ กล่าวว่า ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีแล้วว่าจานวน ผู้สูงอายุเพิ่มขึ้น อย่างต่อเนื่องทั้งในประเทศไทยและทั่วโลก ซึ่งรัฐบาลไทยและทั่วโลกได้ตระหนักถึง ความสาคัญในเรื่องนี้ จึงมีความพยายามและมีการรณรงค์อย่างต่อเนื่องให้ทุกคนตระหนัก เข้าใจ และพร้อมดูแลผู้สูงอายุให้ทัดเทียม เช่นเดียวกับการดูแลประชากรในกลุ่มอายุอื่น โดยกระทรวง สาธารณสุขเผยว่าในปี 2568 มีประชากรทั้งหมด 64.5 ล้านคน ในจานวนนี้เป็นผู้สูงอายุอายุ 60 ปีขึ้น ไป จานวน 9.4 ล้านคน การเป็น ผู้สูง อายุนั้น จะนาไปสู่ ปั ญหาที่สาคัญ นั้น คื อ ปั ญหาด้านการเคลื่ อ นไหว หรื อ ความสามารถในการเคลื่อนไหวของบุคคล เช่น การทรงตัวขณะเดิน ความยากลาบากในการขึ้นลง บันได หรือการหกล้ม โดยมีภาวะที่พบบ่อยในผู้สูงอายุที่อาจนาไปสู่ปัญหาด้านการเคลื่อนไหว เช่น 6 กล้ามเนื้ออ่อนแรง ปัญหาข้อต่อ อาการปวด โรค และปัญหาทางระบบประสาท ซึ่งปัญหาการ เคลื่อนไหวอันดับหนึ่งที่ผู้สูงอายุประสบคือการล้ม [4] เทคโนโลยีอานวยความสะดวก (Assistive Technology: AT) หรือเทคโนโลยีช่วยเหลือ เป็น คารวม ที่ใช้เรียก ผลิตภัณฑ์สิ่งอานวยความสะดวก (assistive products) รวมถึงระบบและบริการที่ เกี่ยวข้อง ทั้งหมด โดยผลิตภัณฑ์สิ่งอานวยความสะดวกช่วยในการ รักษา หรือพัฒนาความสามารถใน การทางานของบุคคล ในด้านต่าง ๆ เช่น การรับรู้ การสื่อสาร การได้ยิน การเคลื่อนไหว การดูแล ตนเอง และการมองเห็น ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะมีผลต่อสุขภาพ, ความเป็นอยู่ที่ดี, การมีส่วนร่วมและการ รวมกลุ่มทางสังคม โดยการเข้าถึงเทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกที่ดีขึ้นจะช่วยสนับสนุนการบรรลุ เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนและ รับประกันว่า "จะไม่มีใครถูกทิ้งไว้ข้างหลัง" [5] คนส่วนใหญ่จะต้องใช้เทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกในบางช่วงของชีวิต โดยเฉพาะเมื่อมี อายุมากขึ้น บางคนอาจต้องใช้เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นการชั่วคราว เช่น หลังจากอุบัติเหตุหรือเจ็บป่วย ขณะที่บางคนอาจจาเป็นต้องใช้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานหรือแม้กระทั่งตลอดชีวิต โดยกลุ่มที่มี ความต้องการใช้เทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกมากที่สุด ได้แก่ ผู้สูงอายุ เด็กและผู้ใหญ่ที่มีความ พิการผู้ที่มีภาวะสุขภาพเรื้อรัง เช่น โรคเบาหวาน โรคหลอดเลือดสมอง หรือภาวะสมองเสื่อม (WHO,2024) 2.2 ทฤษฎีทางวิชาการที่ใช้ในการออกแบบ 2.2.1 ทฤษฎีความล้มเหลว (Failure Theories) ในการออกแบบชิ้นส่วนทางวิศวกรรม หนึ่งในประเด็นสาคัญที่ไม่สามารถมองข้ามได้คือ "เกณฑ์ความล้มเหลว" หรือ Failure Criteria ซึ่งเป็นเครื่องมือสาคัญที่ช่วยให้นักออกแบบสามารถ ประเมินได้ว่าส่วนประกอบทางวิศวกรรมมีความแข็งแรงและปลอดภัยเพียงพอสาหรับการใช้งานจริง หรือไม่ เกณฑ์เหล่านี้มีหน้าที่ในการเชื่อมโยงระหว่างคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ ซึ่งมักได้มาจากการ ทดสอบในห้องปฏิบัติการเข้ากับสภาพการใช้งานจริงที่ซับซ้อน ซึ่งในหลายกรณี ชิ้นส่วนต้องเผชิญกับ ความเค้นและความเครียดหลายทิศทางพร้อมกัน การเข้าใจว่าชิ้นส่วนจะ "ล้มเหลว" ภายใต้เ งื่อนไขใด จึงเป็นสิ่งจาเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้การออกแบบมีความน่าเชื่อถือและปลอดภัย สาหรับวัสดุที่มีพฤติกรรมแบบเหนียว (Ductile Materials) เช่น เหล็กกล้า หรืออะลูมิเนียม ซึ่งมักแสดงลักษณะเสียรูปถาวรก่อนที่จะเกิดการแตกหัก เกณฑ์ที่ได้รับความนิยมและนามาใช้กัน อย่างแพร่หลายคือ ทฤษฎีความเค้น Von Mises หรือที่เรียกในอีกชื่อว่า ทฤษฎีพลังงานความผิดรูป 7 (Distortion Energy Theory) โดยแนวคิดของทฤษฎีนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานว่า ความเสียหายหรือการ ล้มเหลวของวัสดุจะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานความผิดรูปที่สะสมอยู่ในวัสดุถึงค่าที่เท่ากับค่าที่วัสดุนั้น สามารถรับได้ในขณะถูกดึงแบบแกนเดียวจนถึงจุดคราก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทฤษฎี Von Mises ช่วยให้ นั ก ออกแบบสามารถคานวณและประเมิ น สภาพความเค้ น รวมที่ เ กิ ด ขึ้ น ในชิ้ น ส่ ว น แล้ ว นาไป เปรีย บเทีย บกับ ขีดจากัดของวัส ดุ เพื่อพิจารณาว่าชิ้นส่ว นนั้นยังอยู่ในช่ว งความปลอดภัยหรือ จาเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแรงเพิ่มเติม [6] ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นเมื่อ: 𝑣 = √(𝜎1 − 𝜎2 )2 + (𝜎2 − 𝜎3 )2 + (𝜎3 − 𝜎1 )2 ≥ 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 (2.1) โดยที่: • • • 𝑣 = Vonmises Stress 𝜎1 , 𝜎2 , 𝜎3 = ความเค้นหลัก (Principal Stress) 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 = ความเค้นคราก (Yield Strength) ดังนั้น ในการออกแบบจริง เราจาเป็นต้อง รักษาค่าความเค้น von Mises ให้ต่ากว่าค่าความ เค้นคราก เพื่อให้โครงสร้างปลอดภัยภายใต้การใช้งานและมีอายุการใช้งานยาวนาน (2.2) 𝜎𝑣 < 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 2.2.2 ทฤษฎีสกรูเกลียวสาหรับการยึดและสกรูส่งกาลัง (Threaded Fasteners and Power Screws) การใช้เกลียวในงานวิศวกรรมมีบทบาทหลักในการแปลงการหมุนให้กลายเป็นแรงดึงหรือแรง กด ซึ่งที่ใช้งานหลัก ๆ คือ การยึดชิ้นงาน โดยในกรณีของ การยึดชิ้นงาน เช่น การใช้โบลต์หรือน็อต กลไกการทางานจะอาศัยแรงพรีโหลดร่วมกับแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของเกลียว เพื่อให้ชิ้นส่วน ถูกยึดไว้แน่นหนา การเลือกขนาดและชนิดของเกลียวจึงต้องสัมพันธ์กับแรงที่ชิ้นงานจะต้องรับ ไม่ว่า จะเป็นแรงดึง แรงเฉือน หรือแรงสั่นสะเทือน นอกจากนี้ ยังต้องคานึงถึงชนิดของวัสดุ และมาตรฐาน เกลียวที่ใช้ เช่น เกลียวแบบเมตริก (Metric Thread) หรือแบบยูนีฟาย (Unified Thread) ดังนั้น การเลือกใช้เกลียวในงานออกแบบใด ๆ ควรเริ่มจากการพิจารณาวัตถุประสงค์หลัก ของชิ้นงาน ว่าเป็นการ ยึด หรือ ขับเคลื่อน เพราะปัจจัยทางเทคนิคที่ต้องพิจารณาในแต่ละกรณีนั้น แตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญ [6] 8 2.3 การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis - FEA) ในการออกแบบ เครื่องช่วยยกผู้ใช้งานลงสู่สระน้า (Pool Lift) หนึ่งในสิ่งที่ไม่อาจมองข้ามได้ เลยคือการวิเคราะห์ความแข็งแรงและความปลอดภัยของโครงสร้าง ทั้งนี้เพราะอุปกรณ์จะต้องรองรับ น้าหนักของผู้ใช้งานซึ่งมีมวลสูงถึง 136 กิโลกรัม หรือมากกว่านั้น ดังนั้นโครงสร้างทั้งหมดจะต้องมี ความมั่นคงเพียงพอ ทั้งในแง่ของความแข็งแรงเชิงกล และความปลอดภัยในการใช้งานจริง แม้การ คานวณทางทฤษฎีจะช่วยให้เราเห็นภาพเบื้องต้นของพฤติกรรมโครงสร้างภายใต้โหลดต่าง ๆ ได้ แต่ใน ความเป็นจริง การประเมินด้วยวิธีการเชิงทฤษฎีเพียงอย่างเดียวอาจไม่ครอบคลุมทุกปัจจัยที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในสภาวะการใช้งานจริงที่มีหลายเงื่อนไขแทรกซ้อน เช่น จุดรับแรง การกระจายน้าหนัก หรือการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของวัสดุเมื่อใช้งานต่อเนื่อง ขณะเดียวกัน การสร้างต้นแบบเพื่อทดสอบทุกกรณีก็ไม่ใช่ทางเลือกที่สะดวกนัก เพราะมักมี ต้นทุนสูง ทั้งในเรื่องของเวลาและทรัพยากร ด้วยเหตุนี้ การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis - FEA) จึงเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในกระบวนการออกแบบ โดย ช่วยให้วิศวกรสามารถจาลองและประเมินพฤติกรรมของชิ้นส่วนภายใต้สภาพโหลดต่าง ๆ ได้อย่าง แม่นยา โดยไม่ต้องพึ่งพาการสร้างต้นแบบจริงเสมอไป FEA จึงกลายเป็นเครื่องมือที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในงานวิศวกรรมสมัยใหม่ ช่วย ลดความเสี่ยงในการออกแบบ และยังเพิ่มความมั่นใจให้กับผู้ใช้งานในด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์ อีกด้วย 2.3.1หลักการพื้นฐานของการวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis – FEA) การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด หรือที่รู้จักกันในชื่อ Finite Element Analysis (FEA) เป็น เครื่องมือทางวิศวกรรมที่ช่วยให้เราสามารถจาลองและวิเคราะห์พฤติกรรมของชิ้นส่วนหรือโครงสร้าง ต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยา โดยอาศัยหลักการคานวณเชิงตัวเลข (Numerical Method) [7] แทนที่จะต้องทดสอบชิ้นงานจริงทุกครั้ง FEA ช่วยให้เราสามารถ “มองเห็น” ว่าชิ้นส่วนจะ ตอบสนองอย่างไรเมื่อต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมต่าง ๆ เช่น แรงกระทาจากภายนอก แรงภายใน ของชิ้นงานเอง ความดัน อุณหภูมิ หรือแม้แต่แรงสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นปัจจัยที่เกิดขึ้นจริงในการใช้งาน กระบวนการนี้จะเริ่มจากการแบ่งชิ้นงานออกเป็นส่วนเล็ก ๆ ที่เรียกว่า “องค์ประกอบจากัด” (Finite Elements) จากนั้นจึงคานวณผลกระทบที่เกิดขึ้นกับแต่ละส่วน แล้วนาผลเหล่านี้มารวมกัน 9 เพื่อดูภาพรวมของทั้งระบบ ทาให้เราสามารถระบุจุดที่มีความเค้นสูง จุดที่อาจเสียหาย หรือพื้นที่ที่ ต้องปรับปรุงได้อย่างแม่นยา โดยไม่จาเป็นต้องพึ่งพาการทดลองจริงในทุกกรณี เพราะความยืดหยุ่น และความแม่นยาที่ FEA มอบให้ จึงไม่น่าแปลกใจที่เทคนิคนี้ได้กลายมาเป็นหนึ่งในเครื่องมือหลักที่ วิศวกรใช้ในขั้นตอนการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างในหลากหลายอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นยาน ยนต์ อากาศยาน เครื่องกล หรือแม้แต่ทางการแพทย์ 2.3.2 การตรวจสอบคุณภาพเมช (Mesh Quality Check) การตรวจสอบคุณภาพของเมชเป็นขั้นตอนสาคัญที่ใช้ประเมินว่าเมชที่สร้างขึ้นนั้นมีความ เหมาะสมและสามารถสะท้อนพฤติกรรมจริงของโครงสร้างได้ดีเพียงใดในการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์ เอลิเมนต์ (Finite Element Analysis – FEA) จุดมุ่งหมายหลักของกระบวนการนี้คือการทาให้มั่นใจ ว่าเมชที่ใช้นั้นมีความละเอียดและแม่นยาเพียงพอที่จะถ่ายทอดแรง ความเค้น หรือการกระจัดได้อย่าง ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นในการคานวณ และ ทาให้ผลลัพธ์มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นในทางวิศวกรรม 1. การกระจายขององค์ประกอบ (Element Distribution) การกระจายองค์ประกอบของเมชที่ดีมีบทบาทสาคัญในการทาให้การคานวณความเค้นและ การกระจัดมีความถูกต้องและตรงกับพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจริงในโครงสร้าง หากเมชถูกกระจายอย่าง สมดุลและสม่าเสมอ จะช่วยลดความผิดพลาดในการคานวณ และหลีกเลี่ยงผลลัพธ์ที่ไม่สมเหตุสมผล เช่น ค่าการกระจัดที่ผิดปกติหรือค่าความเค้นที่สูงเกินไป ซึ่งทาให้อาจนาไปสู่การประเมินที่ผิดพลาด เกี่ยวกับพฤติกรรมทางกลของโครงสร้าง 2. ขนาดขององค์ประกอบ (Element Size) ขนาดขององค์ประกอบ (Element Size) เป็นหนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลโดยตรงต่อความละเอียด และความแม่นยาของการจาลองด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ซึง่ ถ้าเราใช้เมชที่ละเอียดมากขึ้น ก็จะ สามารถจับรายละเอียดของพฤติกรรมเชิงกลที่ซับซ้อนได้ดีขึ้น โดยเฉพาะในบริเวณที่มีความเค้นสูงหรือจุดที่เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างเฉียบพลัน อย่างไรก็ ตาม เมชที่ละเอียดมากก็ต้องแลกมาด้วยเวลาในการคานวณที่เพิ่มขึ้น ซึ่งในทางกลับกัน การใช้ เมชหยาบจะช่วยให้ประมวลผลได้เร็วขึ้น แต่ก็อาจพลาดรายละเอียดสาคัญบางอย่างไป ทาให้ผลลัพธ์ อาจไม่สะท้อนพฤติกรรมของวัสดุหรือโครงสร้างจริงได้อย่างครบถ้วน 10 3. การศึกษาการลู่เข้า (Convergence Studies) การศึกษาการลู่เข้า (Convergence Study) เป็นวิธีหนึ่งที่ใช้ตรวจสอบว่าผลลัพธ์จากการ วิเคราะห์ด้วย FEA มีความน่าเชื่อถือมากน้อยแค่ไหน โดยทั่วไปแล้วจะทาโดยการจาลองซ้าหลาย ๆ ครั้ ง แต่ ละรอบจะปรั บ ให้ เ มชมี ค วามละเอี ย ดมากขึ้ น แล้ ว สั ง เกตว่า ค่า ที่ ไ ด้ จากการคานวณ เปลี่ยนแปลงไปมากน้อยแค่ไหน ถ้าพบว่าผลลัพธ์เริ่มเข้าใกล้สู่ค่าคงที่ เมื่อเมชละเอียดขึ้น นั่ นแสดงให้ เห็นถึง ผลลัพธิ์ที่มีความเสถียรและสามารถเชื่อถือ [8] 11 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ และกระบวนการผลิต ในบทนี้จะแสดงให้เห็นถึงขั้นตอนในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ และการดาเนินการ ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบชิ้นงาน โดยออกแบบภายใต้เงื่อนไขที่กาหนด ทั้งเรื่องความต้องการ ของโครงงาน มาตรฐานในการออกแบบ และข้อกาหนดที่เกี่ยวข้องต่อการใช้งาน เพื่อให้ตัวเครื่ อง สามารถพยุงผู้สูงอายุได้อย่างปลอดภัย เคลื่อนที่ได้ รวมถึงใช้งานได้อย่างสะดวก 3.1 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) 1.เครื่องช่วยพยุงลงน้าสาหรับการทาธาราบาบัดต้องสามารถเคลื่อนที่ได้ 2.เครื่องช่วยพยุงสามารถรองรับน้าหนัก ผู้ใช้งานไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม 3.เครื่องช่วยพยุงออกแบบตามมาตรฐาน ADA 3.2 ข้อจากัด (Constraints) 1.ด้านงบประมาณที่ใช้ในการสั่งผลิตและการจัดซื้ออุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างชิ้นงาน 2.ด้านซอฟแวร์ที่ใช้ในการจาลองโมเดลมีข้อจากัดในเรื่องของ license เช่น โปรแกรม Abaqus CAE ของทางนั ก ศึ ก ษาเป็ น Student License Version ซึ่ ง จาเป็ น ต้ อ งใช้ ใ นพื้ น ที่ ที่ มี เครือข่ายของมหาวิทยาลัยเท่านั้น 3.3 Product Design Specification (PDS) และ มาตรฐานการออกแบบ (Standard) 3.3.1 Product Design Specification (PDS) General Description ชื่อชิ้นงาน: เครื่องพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัด เป็นลิฟท์สระว่ายน้าที่มีกลไกเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้าและสามารถเคลื่อนที่ได้ Function Requirement Basic function: เคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้า Special function: สามารถเคลื่อนที่ไปจุดต่างๆได้ Performance Specification (Key performance target) รับน้าหนักผู้สูงอายุที่ต้องการพยุงได้สูงสุด: 136 กิโลกรัม 12 3.3.2 มาตฐานการออกแบบ (Standard) มาตรฐานถือเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสาคัญที่ต้องพิจารณา เนื่องจากเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นงานที่ ผลิตนั้นสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพหรือไม่ โดยสาหรับเครื่องพยุงผู้สูงอายุใน การทาธาราบาบัดนั้น มาตรฐานที่จาเป็นในการผลิตชิ้นงานนี้คือ พระราชบัญญัติคนพิการ แห่ ง สหรัฐอเมริกา (Americans with Disabilities Act – ADA) ซึ่งเป็นกฎหมายสิทธิพลเมืองของรัฐบาล กลางที่ห้ามการเลือกปฏิบัติต่อบุคคลที่มีความพิการในกิจกรรมประจาวัน โดยสามารถใช้กฏหมายนี้ เป็นเกณฑ์การออกแบบชิ้นงานให้กับผู้สูงอายุที่มีปัญหาด้านการเคลื่ิอนไหวได้เช่น กัน กฏหมาย ADA ส่งเสริมความเท่าเทียมในการเข้าถึงสถานที่บริการและสถานที่สาธารณะต่างๆ สาหรับสระว่ายน้า กฏหมาย ADA ได้กล่าวไว้ว่า สิ่งอานวยความสะดวกที่สร้างใหม่หรือ ปรับเปลี่ยนใหม่ของหน่วยงานสาธารณะและที่พักสาธารณะรวมถึงสระว่ายน้าจะต้องเป็นไปตาม มาตรฐานปี 2010 ซึ่งได้มีเนื้อหาโดยคร่าวๆ โดยกาหนดว่าสระว่ายน้ามีสองประเภท ได้แก่ สระว่ายน้า ขนาดใหญ่ที่มีผนังสระยาวกว่า 300 ฟุต และสระว่ายน้าขนาดเล็กที่มีผนังสระยาวน้อยกว่า 300 ฟุต สระว่ายน้าขนาดใหญ่ต้องมีทางเข้าออกที่สามารถเข้าถึงได้สองทาง โดยอย่างน้อยหนึ่งทางต้องเป็น ลิฟต์สระว่ายน้าหรือทางเข้าแบบลาดเอียง ส่วนสระว่ายน้าขนาดเล็กจะต้องมีทางเข้าออกที่สามารถ เข้าถึงได้เพียงทางเดียวเท่านั้น โดยต้องเป็นลิฟต์สระว่ายน้าหรือทางเข้าแบบลาดเอียง [9] จากมาตรฐาน ADA ปี 2010 สาหรับการออกแบบที่เข้าถึงได้ มีหมวดที่สาคัญสาหรับการ ออกแบบคือหมวด 1009.2 (Pool lift) เช่น ในหมวด 1009.2.8 (Submerged Depth) ได้ระบุไว้ว่า ลิฟต์จะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้ที่นั่งจมอยู่ใต้น้าได้ลึกอย่างน้อย 18 นิ้ว (455 มม.) จากระดับน้า นิ่ง (รูปที่ 3.1) และในหมวด 1009.2.9 (Lifting Capacity) ได้ระบุไว้ว่า ลิฟต์สระว่ายน้าสาหรับบุคคล เดียวจะต้องมีความจุน้าหนักขั้นต่า 300 ปอนด์ (136 กก.) และต้องสามารถรองรับน้าหนักคงที่ได้ อย่างน้อยหนึ่งเท่าครึ่งของน้าหนักที่กาหนด [10] รูปที่ 3.1 Submerged depth [10] 14 3.4 Concept Generation การออกแบบชิ้นงานจาเป็นต้องออกแบบให้ได้ตามข้อจากัดและความต้องการของโครงงาน ซึ่งในการออกแบบสามารถออกแบบได้หลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบจะมีข้อดีและข้อจากัด ที่ แตกต่างกัน เช่น ด้านราคา หรือด้านการใช้งาน โดยในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทา ธาราบาบัด ได้มรี่วมกันพัฒนาแนวคิดหลัก 2 แบบ เพื่อเปรียบเทียบด้านประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และราคา ดังนี้ Concept 1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ในการทาธาราบาบัด โดยออกแบบด้วยระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) ทางานร่วมกับฐานรองและเสากลาง เพื่อให้ที่นั่งสามารถเคลื่อนที่ ในแนวโค้งจากระดับ พื้นสระลงสู่ระดับน้าได้อย่างนุ่มนวลและปลอดภัย และมีโครงเหล็กวางใน แนวราบเพื่อให้มั่นคงและกระจายน้าหนักได้ดี โครงสร้างหลักทาจากแผ่นเหล็ก และยึดด้วยพินระหว่างกันเพื่อให้มีตวามเบา และแข็งแรง สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ดี พร้อมทั้งออกแบบแขนให้ มีจุดหมุนที่สามารถส่งแรงผ่านคานเพื่อ ยก และลดระดับที่นั่งได้อย่างมั่นคง ส่วนของกระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนบนของตัวเครื่อง เพื่อใช้ส่งแรงผลักได้อย่างมี ประสิทธิภาพ และในส่วนของที่นั่งใช้เป็นเหล็กกล่องเป็นฐานสาหรับวางเก้าอี้เชื่อมต่อ รูปที่ 3.2 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1 15 รูปที่ 3.3 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1 Concept 2 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัด ชิ้นนี้ออกแบบเพื่อช่วยอานวยความสะดวกใน การขึ้น และลงสระว่ายน้าให้แก่ผู้สูงอายุที่ต้องการทาธาราบาบัด โดยใช้หลักการของระบบกลไกสี่บาร์ ลิงเกจ (Four-bar linkage mechanism) เป็นระบบส่งหลัก เพื่อให้ การยกควบคุมทิศทางได้อย่าง แม่นยา และนุ่มนวล โครงสร้างหลักทาจากเหล็กกล่องเชื่อมต่อกันเพื่อให้มีความแข็งแรง รองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ ดี พร้อมทั้งออกแบบแขนให้หมุนรอบจุดหมุนหลัก สามารถส่งแรงผ่านคานเพื่อยก และลดระดับที่นั่ง ได้อย่างมั่นคง ส่วนของกระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนล่างของตัวเครื่อง เพื่อใช้ส่งแรงผลักให้เครื่อง ขยับขึ้น และลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และในส่วนของที่นั่ง ใช้เป็นแผ่นเหล็กที่ประกบกับตัวแขนหลัก ทั้งสองข้าง เพื่อเป็นฐานสาหรับวางเก้าอี้เชื่อมต่อ 16 รูปที่ 3.4 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2 รูปที่ 3.5 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2 17 Concept 3 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัดรูปแบบนี้ใช้หลักการของระบบกลไกสี่บาร์ลิงเกจ (Four-bar linkage mechanism) เป็นระบบส่งหลัก เหมือน concept ที่ 1 และ 2 แต่มีการเปลี่ยน รูปแบบตัวกลไก Linkage ข้อขับของตัวเครื่องจากเหล็กกล่องขนาดใหญ่ 2 ชิ้นเป็นเหล็กกล่องขนาด เล็ก 4 ชิ้นเพือ่ ลดน้าหนักของตัวเครื่องและเพิ่มความแข็งแรงของข้อขับอีกด้วย โครงสร้างหลักจะเหมือน Concept 2 แต่ลิงเกจตัวขับจะเป็น เหล็กกล่องที่มีขนาดเล็กกว่า Concept 2 และจะติดเข้ากับตัวลิงเกจเก้าอี้ตัวละ 4 ด้าน โดยลิงเกจตัวขับ 2 ตัวที่อยู่ด้านล่างจะติด กับเพลาของ Actuator ทาให้รองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ดีกว่า Concept 2 กระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนล่างของตัวเครื่องเหมือน Concept 2 เพื่อใช้ส่งแรง ผลักให้เครื่องขยับขึ้น และลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนพื้นที่ด้านหลังตัวเครื่องออกแบบเพียงชั้น เดียวเพื่อสามารถวางน้าหนักถ่วงได้อย่างสะดวกสะบาย รูปที่ 3.6 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 18 รูปที่ 3.7 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 3.5 การเปรียบเทียบ Concept เชิง Industrial design ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบ Concept หัวข้อที่ใช้ Concept 1 เปรียบเทียบ Aesthetics มีความสวยงามมากที่สุด ความ เนือ่ งจากตัวเหล็กข้อขับ สวยงาม เป็นเหล็กแผ่นที่มีการตัด คว้านเพื่อลดน้าหนัก Ergonomics มีน้าหนักเบาทาให้เข็นได้ (Userง่าย แต่มีด้ามจับที่ friendly) ค่อนข้างสูงซึ่งแจทาให้ ผู้ใช้งานเข็นยาก Concept 2 มีความสวยงามน้อย เนื่องจากข้อขับหรือลิงเกจ เป็นเหล็กกล่องขนาดใหญ่ และไม่มีด้ามจับเพื่อเข็นรถ ไปข้างหน้า Concept 3 มีความสวยงาม มากกว่า Concept 2 แต่ไม่เท่า Concept 1 เนื่องจักตัวข้อขับถูก แทนที่ด้วยเหล็กกล่อง ขนาดเล็กแต่โครงสร้าง ฐานมีความสวยงาม มากกว่า 2 แบบแรก ความสะดวกสบายในการ มีความสะดวกสบาย ใช้งานใกล้เคียง Concept มากที่สุดเนื่องจากด้าม 1 แต่อาจมีน้าหนัก จับถูกออกแบบมาให้ มากกว่า เข็นตัวเครื่องได้ง่าย 19 และมีที่วางน้าหนักถ่วง ที่มีความเหมาะสม Cost ต้นทุน ใช้ต้นทุนมากที่สุด ใช้ต้นทุนน้อยกว่า ใช้ต้นทุนน้อยที่สุด เนื่องจากข้อขับของ Concept 1 เนื่องจากตัว เนื่องจากเกือบทั้ง ตัวเครื่องต้องผ่านงาน ข้อขับเป็นเหล็กกล่อง ตัวเครื่องเป็นเหล็ก เครื่องมือกล (Machining) ขนาดใหญ่ที่ไม่ต้องกัดเนื้อ กล่องที่ไม่ต้องผ่าน หลายขั้นตอนเช่น การกัด เหล็กเพื่อลดน้าหนัก กระบวนการผลิตที่ เนื้อเหล็กออกเพื่อลด ตัวเครื่องออกแต่ยังคงมี ซับซ้อนจึงใช้ต้นทุน น้าหนักตัวเครื่องซึ่งเป็น กระบวนการผลิตอื่นที่ใช้ น้อยที่สุด งานประณีตจึงมีต้นทุน ต้นทุนมาก มาก จากการเปรียบเทียบในแต่ละ Concept แล้วพบว่า Concept 3 มีความเหมาะสมที่สุดที่จะ นาไปทาเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุตัวต้นแบบเนื่องจากมีความสวยงาม, ใช้งานง่าย และมีต้นทุนการผลิต ตา่ 3.6 การวิเคราะห์ Function ของตัวเครื่อง จากข้อสรุปที่ว่าเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 เป็น Concept ที่ถูกเลือกมาใช้เป็นตัว ต้นแบบ โดยผ่านการวิเคราะห์และเปรียบเทียบกับ Concept อื่นๆ ทั้งในด้านความสวยงาม, ความ สะดวกสบาย และต้นทุนการผลิต นอกจากนี้ ยังควรมีการวิเคราะห์ฟังก์ชันของ Concept ที่เลือกทั้ง ในด้านขนาดโดยรวมเพื่อดูความเหมาะสมในการนาไปใช้งานจริง และดูว่าเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุที่เรา ออกแบบมา มีฟังก์ชันที่ตรงกับมาตรฐานหรือไม่ 20 3.6.1 ขนาดโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 รูปที่ 3.8 ภาพด้านหนาและขนาดความกว้างโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.9 ภาพด้านข้างและขนาดความสูงโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.10 ภาพด้านบนและขนาดความยาวของฐานเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ 21 รูปที่ 3.11 ภาพด้านบนและขนาดความยาวโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.12 ภาพด้านข้างและขนาดของกลไกลิงเกจการยกผู้สูงอายุโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ 22 3.6.2 Standard requirements มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเป็นไปตาม ADA standards for accessible design ป็นมาตรฐานที่กาหนดขึ้นเพื่อให้สิ่งปลูกสร้างและอุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถเข้าถึงและใช้งานได้อย่างเท่า เทียมสาหรับทุกคน โดยครอบคลุมข้อกาหนดด้านขนาด ระยะเอื้อม การรองรับน้าหนัก ความมั่นคง และความปลอดภัยในการใช้งาน เป็นต้น ดังนั้นผู้จัดทาจึงมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบขนาดของ ชิ้นส่วนต่างๆที่ออกแบบให้สอดคล้องกับมาตรฐานในหัวข้อ 1009.2 Pool lifts โดยมีข้อกาหนดต่างๆ ดังนี้ 1. ข้อกาหนด 1009.2.3 clear desk space ด้านข้างของที่นั่งซึ่งอยู่ตรงข้ามกับด้านน้า ต้องจัดให้มีพื้นที่ว่างบนพื้น ( deck space) ที่ชัดเจน โดยวางขนานกับที่นั่ง พื้นที่ดังกล่าวต้องมีความกว้างไม่น้อยกว่า 36 นิ้ว (915 มม.) และต้องยื่นไปด้านหน้าไม่น้อยกว่า 48 นิ้ว (1220 มม.) โดยวัดจากเส้นที่อยู่ห่าง จากขอบหลังของที่นั่ง 12 นิ้ว (305 มม.) พื้นที่ว่างบนพื้นนี้ต้องมีความลาดเอียงไม่ชันเกิน 1:48 รูปที่ 3.13 ภาพแสดง ข้อกาหนด 1009.2.3 รูปที่ 3.14 ภาพแสดง ขนาดที่ออกแบบ 23 จากภาพที่ 3.13 แสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะห่างจากตัวเครื่องเทียบกับ กลไกยกเมื่อยืด ออกไป ควรมีขนาดอย่างต่าอยู่ที่ 12 นิ้ว หรือ 305 มิลลิเมตร จากการออกแบบของผู้จัดทามี ขนาดออกแบบอยู่ที่ 382 มิลลิเมตรซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน 2. ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ความสูงของที่นั่งของเครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้สามารถหยุดได้ที่ระดับ ความสูง ไม่น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) และไม่เกิน 19 นิ้ว (485 มม.) โดยวัดจากพื้น (deck) ถึงผิวด้านบนของที่นั่ง เมื่อที่นั่งอยู่ในตาแหน่งยกขึ้น (ตาแหน่งรับน้าหนัก) รูปที่ 3.15 ภาพแสดง ข้อกาหนดความสูงของเบาะนั่ง รูปที่ 3.16 ภาพแสดง ระยะของเบาะนั่ง จากภาพดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะห่างความสูงจากพื้นเทียบกับเบาะนั่งเป็นไปตาม มาตรฐานที่กาหนดไว้ 405 มิลลิเมตรและไม่เกิน 485 มิลลิเมตร จากเครื่องออกแบบอยู่ที่ขนาด 474 มิลลิเมตร 24 3. ข้อกาหนด 1009.2.5 Seat width ที่นั่งต้องมีความกว้าง ไม่น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) รูปที่ 3.17 ภาพแสดง ระยะของเบาะ 4. ข้อกาหนด 1009.28 Submerged Depth. เครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้ที่นั่งสามารถจมลงใต้น้าได้ลึก ไม่น้อยกว่า 18 นิ้ว (455 มม.) วัดจากระดับผิวน้าที่อยู่นิ่ง รูปที่ 3.18 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่ง 25 รูปที่ 3.19 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่งของเครื่องที่ออกแบบ จากภาพดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะของการจมของเบาะนั่งตามที่ข้อกาหนดขั้นต่าไว้ ที่ 18 นิ้ว หรือ 455 มิลลิเมตร โดยเครื่องที่ผู้ออกแบบมีค่าจมน้าอยู่ที่ 507 มิลลิเมตร ซึ่งเป็นไปตาม มาตรฐานกาหนด 3.7 กระบวนการออกแบบเชิงแนวคิดและการประดิษฐ์กลไกต้นแบบ ในการออกแบบเครื่องช่ว ยพยุงผู้สูงอายุ จาเป็นต้องใช้ แนวคิด ความรู้ในหลากหลายวิชา ประกอบด้วยวิชา Machinery ในด้านการออกแบบตัว กลไกของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ เพื่อให้ สามารถย้ายตาแหน่งผู้สูงอายุขึ้นลงจากสระว่ายน้าได้อย่างถูกต้อง, วิชา Mechanical Design ในการ วิเคราะห์และคานวณตรวจสอบความล้มเหลวของตัว เครื่ องตามทฤษฎี ความล้ มเหลว (Failure Theories) และวิชา Computer-Aided Engineering (CAE) ในการใช้โปรแกรมช่วยวิเคราะห์ความ ล้มเหลวด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Analysis: FEA 3.7.1 ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์เป็นแนวคิดที่สาคัญที่ใช้ในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งแนวคิดนี้จะทาให้ให้เก้าอี้คงท่านั่งตั้งฉากตลอดการเคลื่อนที่ โดยกลไกข้อหมุน สี่บาร์จะประกอบด้วยชิ้นส่วนสาคัญ 4 ชิ้นหลัก (Links) ประกอบด้วย link 1 คือ Frame หรือฐาน เครื่อง เป็นโครงสร้างที่ยึดติดกับพื้น ทาหน้าที่ยึดจุดหมุนทั้งหมดของระบบ, Link 2 คือข้อขับ (Driver) ซึ่งอาจหมุนรอบ หรือ สามารถวิ่งไป-กลับ (oscillate) ได้, Link 3 คือข้อกลาง เป็นตัวถ่ายทอดการ เคลื่อนที่สู่ Link 4 และ Link 4 คือตัวถูกขับ (output) ในที่นี้เป็นแขนแนวตั้งที่ต่อกับชุดเก้าอี้ ทา หน้าที่รองรับและยกผู้ใช้งานขึ้น–ลงอย่างมั่นคง [12] 26 รูปที่ 3.20 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยกสูงสุด รูปที่ 3.21 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยืดออกไกลสุด รูปที่ 3.22 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกอยู่ต่าสุด จากการออกแบบระยะของกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) แสดงให้ เห็นการทางานในแต่ละช่วงของการยกผู้สูงอายุเพื่อให้สอดคล้องตามมาตรฐานที่กาหนด 27 3.7.2 กลไกการยก (Lifting mechanism) ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ไม่สามารถเคลื่อนที่เองได้จึงจาเป็นต้องมีสิ่งที่ช่วยให้กลไกขับเคลื่อน ไปได้ เช่น มอเตอร์, แอคชูเอเตอร์ หรือระบบไฮดรอริก ซึ่งแต่ละอย่างมีความแตกต่างกันในเรื่องการ เคลื่อนไหว และพลังงงานขับเคลื่อนเช่น แอคชูเอเตอร์ (Actuator) สามารถแบ่งตามการเคลื่อนไหว เป็นแอคชูเอเตอร์เชิงเส้น (Linear Actuator), แอคชูเอเตอร์แบบหมุน (Rotary Actuator) หรือแอค ชูเอเตอร์หลายแกน (Multi-axis Actuator) และสามารถแบ่งตามพลังงานขับเคลื่อนได้เช่น แอคชูเอ เตอร์ ไ ฟฟ้า (Electric Actuator) หรื อ แอคชู เ อเตอร์ ไ ฮดรอริ ก (Hydraulic Actuator) จากการ ออกแบบ Linear electrical actuator มีความเหมาะสมกับเครื่องพยุงผู้สูงอายุมากกว่าเนื่องจากมี น้าหนักเบาและง่ายต่อการออกแบบและติดตั้งทให้ผู้จัดทาเลือกใช้ประเภทนี้ในการใช้งาน รูปที่ 3.23 การประกอบ Linear actuator เข้ากับกลไกตัวยก รูปที่ 3.24 Linear electrical actuator 28 1. Linear Electrical Actuator Specification ตารางที่ 3.2 General Description Specification Description Type Electric linear actuator Main application Medical / Home care Operation Patients lifting into pool Motor technology DC motor ตารางที่ 3.3 Electrical specification Specification Value/Requirement Input voltage 24 Speed full load 4 -12 NO Load Torque N/A Maximum force lifting ≥ 12000 Noise level ≤ 50 ตารางที่ 3.4 Mechanical specification Specification Value/Requirement Maximum stroke length 300 Front connector Drilled Hole with Bushing, 13mm Rear Connector Drilled Hole with Bushing, 13mm Clevis ends yes Screw ACME screw Ambient operating 5 - 40 temperature 29 Unit V mm/s N db Unit mm mm mm ºC ตารางที่ 3.5 Physical dimension (A) (B) รูปที่ 3.25 แสดงการทางานของ actuator ก่อนยืด และหลังยืด A B Stroke length design 795 mm 495 mm 300 mm 30 3.8 การคานวนหาแรงขั้นต่าของ Linear actuator รูปที่ 3.26 Analysis of the force on simple lifting mechanism. โดยที่: W= น้าหนัก (1400 N) F = Linear Actuator Force d, max = ระยะสูงของ Linear actuator l1 = ความยาวของระยะ linkage (mm) l2 = ความยาวจากจุดที่แรง Actuator กระทาไปจนถึงจุดหมุน A S.F. = ค่าความปลอดภัย (กาหนดไว้ที่ 1.5) Ø = 40.7 องศา α=33.98 องศา จากนั้นคานวนหาแรงที่ Actuator กระทาโดยการคิดโมเมนต์จุดหมุน A ∑ 𝑀𝑎 = 0 ∶ 𝐹1 × 𝐿2 = 𝑊1 × 𝑙1 × 𝑆. 𝐹. (3.1) ดังนั้นสมการการคานวนหาแรงของ Actuator คือ 𝐹= (𝑊 sin Ø)×L1×S.F. (sin α)×l2 แทนค่าของตัวแปรใส่สมการที่ 3.2 เพื่อหาค่าแรงออกมา คือ F = 8274.701 (N) 31 (3.2) 3.9 การคานวณเพื่อหาน้าหนักถ่วง รูปที่ 3.27 ภาพ 2 มิติของมุมมอง side view ของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ จากรูปที่ 3.27 แสดงระยะของแรงถึงจุดหมุนและแรงภายนอกที่กระทาต่อตัวเครื่อง โดย กากบาทสีน้าเงินในภาพจะเป็นจุดหมุนซึ่งเป็นล้อหน้าของตัวเครื่อง แรง Counterweight (Cw ) สีชมพูในภาพจะเป็นแรงที่น้าหนักถ่วงกระทากับตัวเครื่องและ แรง Body weight (w) สีเขียวจะเป็น แรงรวมของผู้สูงอายุ, ลิงเกจ, เก้าอี้ และได้คิดรวมปัจจัยความปลอดภัย หรือ Safety Factor ที่มีค่า เท่ากับ 1.5 ทาให้แรง Body weight (w) มีค่าเท่ากับ 2040 N ในการคานวณเราจะใช้หลักการสมดุลโมเม้นจะได้สมการดังนี้ ∑ 𝑀𝑎 = 0 ∶ 2040 × (655.4 × 10−3 ) = 𝐶𝑤 × (990 × 10−3 ) เมื่อคานวณออกมาจะได้ค่าน้าหนักถ่วงหรือ Counterweight (Cw) = 1400 N หรือ 140 Kg 32 3.10 การคานวณเพื่อหาแรงที่ต้องใช้ผลักเพื่อให้เครื่องเคลื่อนที่ สิ่งที่ใช้สำหรับประกอบกำรคำนวณ ดังนี้ - น้าหนักถ่วง (𝑚𝑐 ) = 140 kg. - น้าหนักผู้ใช้งาน (คิดขั้นตามตามที่มาตรฐานกาหนดขั้นต่า 136 kg. ขึ้นไป) 𝑚𝑜 = 136 kg. - น้าหนักโครงสร้าง ( Frame + Seat + Actuator + Base + Wheels ) 𝑚𝑠 = 77.39 kg. - เป็นเครื่องที่มีล้อยาง เข็นบนพื้นเรียบ คอนกรีต/กระเบื้อง 𝜇 = 0.02 วิธีการคานวณ คิดน้าหนักรวมของระบบ กรณีที่ 1 ไม่มีคนนั่ง มวลเมื่อไม่มีคนนั่ง 𝑚𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 140 + 77.39 = 217.39 𝑘𝑔 แรงที่ต้องใช้ผลัก 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 𝜇𝑁 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 𝜇𝑚𝑔 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 0.02 𝑥 217.39 𝑥 9.81 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 42.6519 𝑁 = 4 𝑘𝑔 กรณีที่ 2 มีคนนั่ง มวลเมื่อไม่มีคนนั่ง 𝑚𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 140 + 77.39 + 136 = 353.39 𝑘𝑔 33 แรงที่ต้องใช้ผลัก 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 𝜇𝑁 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 𝜇𝑚𝑔 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 0.02 𝑥 353.39 𝑥 9.81 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 69.3351 𝑁 = 7 𝑘𝑔 สรุป แรงที่ต้องใช้ผลักกรณีที่ไม่มีคนนั่งต้องออกแรงประมาณ 4 𝑘𝑔 ส่วนแรงที่ต้องใช้ผลักกรณีที่มีคนนั่งต้องออกแรงประมาณ 7 𝑘𝑔 3.11 การตรวจสอบความเสถียรภาพ หนึ่งในสาเหตุของการพลิกคว่า ของเครื่องพยุงผู้สูงอายุ คือการที่มีจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องอยู่ บริเวณภายนอกตัวเครื่องซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ใช้งานและผู้ดูแลได้ ในการศึกษานี้ได้ทา การวิเคราะห์ตาแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องในภาพรวมของระบบ โดยพิจารณาหลายกรณีการทางาน ได้แก่ สภาวะยกผู้ใช้งานสูงสุด สภาวะยกผู้ใช้งานต่าสุด และสภาวะที่แขนยกยื่นออกไปมากที่สุด 34 รูปที่ 3.28 Analysis of the force on simple lifting mechanism (1). รูปที่ 3.29 Analysis of the force on simple lifting mechanism (2). รูปที่ 3.30 Analysis of the force on simple lifting mechanism (3). จากผลการตรวจสอบจุดศูนย์ ถ่วงของเครื่องพยุงผู้สูงอายุสาหรับการทาธาราบาบัดพบว่าใน แต่ละตาแหน่งของเครื่อง ตั้งแต่สภาวะยกผู้ใช้งานสูงสุด สภาวะยกผู้ใช้งานต่าสุด และสภาวะที่แขนยก ยื่นออกไปมากที่สุด จุดศูนย์ถ่วง ยังอยู่ภายในบริเวณความกว้าง ยาวของฐานที่ได้ออกแบบตลอดช่วง การทางาน 35 3.12 การวิเคราะห์ความล้มเหลวด้วยวิธี Finite Element ในการวิเคราะห์ ความแข็งแรงของโครงสร้างเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ มีการดาเนินการเชิง ตัว เลขโดยใช้โปรแกรม Solidworks และ Abaqus CAE โดยมีการวิเคราะห์ วัตถุเชิง สถิต (Static Analysis) ในตาแหน่งที่มีความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวสูงสุด ซึ่งเป็นจุดที่โครงสร้างรับความเค้น สูงสุด และนาผลการเสียรูป (Deformation) และความเค้น (Stress) มาประเมินความมั่นคงแข็งแรง ของโครงสร้างโดยรวมของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ 3.13 ขั้นตอนกระบวนการผลิต วัสดุที่ใช้สาหรับกระบวนการผลิต 1. Linear actuator. 12000N/24V 2. เหล็กกล่อง 2x2x3.2 นิ้ว 3. เหล็กกล่อง 50x25 มิลลิเมตร 4. เหล็กกล่อง 50x50 มิลลิเมตร 5. เหล็กกล่อง 19x19 มิลลิเมตร 6. เหล็กเพลท 8x8 นิ้ว หนา 6 มิลลิเมตร 7. เหล็กเพลท 6x6 นิ้ว หนา 6 มิลลิเมตร 8. แบร์ริ่ง NSK 6302 DDU 9. เก้าอี้พลาสติกเกรดกันน้า และคลอรีน 10. POM สีขาว เส้นผ่านศูนย์กลาง 45 มิลลิเมตร 11. ล้อยางแบบแป้นหมุนได้ มีเบรก 12. ล้อยางแบบแป้นหมุนไม่ได้ ไม่มีเบรก 36 จานวน (ชิ้น) 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 2 2 กระบวนการผลิต กระบวนการที่ 1 การเตรียมชิ้นงาน หลังจากทา Shop floor drawing เสร็จ ต้องมีการ เตรียมชิ้นงาน ความยาวของชิ้นส่วนต้องเป็นไปตามงานออกแบบโดยนาเหล็กที่เตรียมมาวัดความยาว ให้ได้ขนาดและใช้เครื่องตัดเหล็กในการตัดชิ้นงานดังรูปที่ 3.31 รูปที่ 3.31 ขั้นตอนกระบวนการตัดเหล็กเพื่อเตรียมชิ้นงาน กระบวนการที่ 2 กระบวนการเชื่อมฐานของเครื่องพยุง หลังจากที่ตัดเหล็กตามขนาดที่ ออกแบบแล้วจากนั้นนาเหล็กมาเข้าสู่การเชื่อมเข้าด้วยกัน ดังรูปที่ 3.32 รูปที่ 3.32 ขั้นตอนกระบวนการเชื่อมของฐาน 37 กระบวนการที่ 3 ขั้นตอนการผลิตส่วนของชุดกลไกล โดยนาเหล็กขนาดที่เตรียมไว้สาหรับ งานชุดกลไกมาเจาะรูให้ได้ตามแบบโดยอาศัยเครื่องกัด (Milling) ดังรูปที่ 3.33 รูปที่ 3.33 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก กระบวนการที่ 4 ขั้นตอนการกลึงเพลาจุดหมุนของกลไก โดยนาเพลามากลึงให้ได้ขนาด ตามที่ออกแบบไว้ให้ได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความยาวของเพลา ดังรูปที่ 3.34 รูปที่ 3.34 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก 38 กระบวนการที่ 5 ขั้นตอนการประกอบชิ้นงาน หลังจากผลิตชิ้นงานทั้งชุดของฐานและชุด กลไกการยกผู้สูงอายุแล้ว นามาประกอบรวมกันโดยใช้ Bolt และ Nut เป็นจุดยึด ดังรูปที่ 3.35 รูปที่ 3.35 ขั้นตอนประกอบชิ้นงานเข้าด้วยกัน 39 บทที่ 4 ผลการดาเนินการ ในบทนี้จะนาเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ Concept ที่ 3 มาทาเครื่องต้นแบบ โดยอ้างอิงจาก ผลลั พ ธ์ การจาลองจากโปรแกรมในคอมพิ ว เตอร์ ซึ่ ง จะแสดงให้ เ ห็ น ถึ ง การใส่ ตั ว แปรต่า งๆ (Parameters), การประกอบตัว เครื่องแต่ละชิ้น (Interaction) และเงื่อนไขขอบเขต (Boundary Conditions) โดยใช้ฟังก์ชันในโปรแกรมจาลอง 4.1 การตั้งค่าพารามิเตอร์ในโปรแกรม Abaqus ในขั้นตอนการจาลองโดยใช้โปรแกรม Abaqus โดยจาลองเพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรงของ Actuator และ จาลองเพื่อรับรองความถูกต้องของ Balance Load ได้มีการกาหนดวัสดุและเงื่อนไข การทางานดังนี้: คุณสมบัติวัสดุที่ใช้: ใช้วัสดุของตัวเครื่องเป็นเหล็กกล้าเกรด ASTM A36 ทั้งหมดยกเว้นเก้าอี้ และลิงเกจที่ติดกับเก้าอี้ที่ต้องจมน้าจะเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมหรือสแตนเลส AISI 304 Assembly: Dependent (Mesh on part) Step: Dynamic เนื่องจากต้องการเห็นความแข็งแรงของตัวเครื่องเมื่อตอนกาลังเคลื่อนที่ยก ผู้ป่วยขึ้นและลงจากสระว่ายน้า การประกอบ (Interaction): ส่ ว นที่ เ ป็ น การเชื่ อ มติ ด กั น ใช้ Tie constraint, ใช้ Axial connector แบบ Linear กับการเคลื่อนที่ของ Actuator และ ใช้ Hinge connector กับจุดหมุ น ของลิงเกจและจุดหมุนของ Actuator Load: ใส่แรงโน้มถ่วง 9.81 kg.m/s^2, แรงที่เกิดจากตัวผู้สูงอายุ 136 kg ,แรงของน้าหนัก ถ่ว งที่คานวณมา และการเคลื่อนที่ของ Actuator 300 mm อ้างอิงระยะจาก Linear Electrical Actuator Specification Boundary Conditions: Encastre fix ที่ฐานตัวด้านจับสาหรับ Model ที่จาลองเพื่อหา ความแข็งแรงของเพลา Actuator, สาหรับ Model ที่จาลองหา Balance force ใช้ Mesh: C3D10M (3D solid, quadratic tetrahedral, 10-node, modified formulation) 40 4.2 ผลลัพธ์จากการจาลองทางคอมพิวเตอร์ 4.2.1 ผลลัพธ์จากการจาลองน้าหนักถ่วง รูปที่ 4.1 ผลการจาลองความเสถียรภาพเครื่องช่วงยกผู้สูงอายุหลังวางน้าหนักถ่วง จากรูปที่ 4.1 พบว่า เมื่อได้วางน้าหนักถ่วงลงบนหลังตัวเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ พบว่า ตัว เครื่องมีการเอนลงไปด้านหลังประมาณ 1.02 mm ในช่ว ง 0.5 วินาที บ่งบอกว่า น้าหนักถ่วง สามารถสมดุลตัวเครื่องไม่ให้พลิกคว่าไปข้างหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ 4.2.2 ผลลัพธ์จากการจาลองการรับภาระของเพลาที่ติดกับ Actuator รูปที่ 4.2 ผลการจาลองภาระแรงทั้งหมดที่เพลาของ Actuator ต้องรับ จากรูปที่ 4.2 พบว่าเพลาของ Actuator มีความเค้นสูงสุด เมื่อให้ตัวเครื่องพยุงผู้สูงอายุ รับ น้าหนักที่ประมาณ 200 กิโลกรัม อยู่ที่ 198.6 MPa ซึ่งแสดงให้เห็นว่า เพลายังไม่เสียรูปและทาให้ ตัวเครื่องยังมีความปลอดภัยเนื่องจากเพลาทามาจากวัสดุเหล็กกล้าเกรด ASTM A36 ที่มีความเค้น ครากอยู่ทปี่ ระมาณ 250 MPa ซึ่งเพลาของ Actuator ยังคงมีความเค้นที่ต่ากว่าความเค้นคราก 41 4.3 แบบร่าง BOM การประกอบ และแบบร่างสาหรับการผลิตในโรงงาน แบบร่าง BOM ของเครื่องพยุงผู้สูงอายุสาหรับการทาธาราบาบัด รูปที่ 4.3 แบบร่าง BOM Shop floor ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของที่นั่ง รูปที่ 4.4 เหล็กฉากสาหรับเชื่อมต่อของพนักวางแขน 42 รูปที่ 4.5 ฐานโครงเหล็กเชื่อมต่อกับที่นั่ง รูปที่ 4.6 เหล็กแนวแกน y เชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างของเก้าอี้กับโครงสร้างหลักของตัวเครื่อง 43 รูปที่ 4.7 พนักวางแขน Shop floor ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับตัวโครงสร้างของเครื่อง รูปที่ 4.8 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านบน 44 รูปที่ 4.9 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านล่าง รูปที่ 4.10 เหล็กแผ่นสาหรับยึดติดกับฐาน 45 รูปที่ 4.11 เหล็กกล่องตั้งฉากสาหรับการนั่ง รูปที่ 4.12 เหล็กกล่องเอียงสาหรับการประคองกลไกชุดยก 46 รูปที่ 4.13 แผ่นเหล็กประคอง รูปที่ 4.14 แผ่นเหล็กสาหรับประคอง Linear Actuator 47 รูปที่ 4.15 เหล็กสาหรับจุดหมุนของแขนยก รูปที่ 4.16 POM สาหรับประคองกลไกชุดยกด้านหน้า 48 รูปที่ 4.17 เพลาเกลียวเป็นจุดหมุนของกลไกชุดยก 49 4.4 การทดสอบ 4.4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า การทดสอบนี้ เป็นการทดลอบเพื่อพิจารณาว่า Linear Actuator สามารถรับน้าหนักได้สูงสุด เท่าใดโดยไม่เกิดการรูดตัว การทดลองดาเนินการโดยเพิ่มโหลดแบบขั้นบันได และวัดค่าการเคลื่อนที่ ของแกน Actuator ภายใต้แรงโน้มถ่วง ทาการทดสอบโดยใช้แผ่นน้าหนัก 40 80 120 และ 150 กิโลกรัม แต่ละโหลดจะทดสอบที่ระยะความสูงของเพลา actuator ที่ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร ผลการทดลองจะแสดงให้เห็นว่าโหลดสูงสุดที่ Actuator สามารถรับได้โดยไม่เกิดการรูดลงมีค่าเท่ากับ เท่าไหร่ วัตถุประสงค์ (Objectives) 1. เพื่อหาน้าหนักสูงสุดที่ Actuator รับได้โดยไม่เกิดการรูดในสภาวะไม่มีไฟฟ้า 2. เพื่อศึกษาพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของ Actuator เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น 3. เพื่อเปรียบเทียบผลทดลองกับทฤษฎี self-locking condition ขั้นตอนการทดลอง 1. วางโหลดขนาด 40 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.18-4.19 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator 50 2. วางโหลดขนาด 80 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.20-4.21 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator 3. วางโหลดขนาด 120 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.22-4.23 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator 51 4. วางโหลดขนาด 150 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.24-4.25 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator 52 ตารางบันทึกผลการทดลอง เพิ่มโหลด และตัดไฟ ดูความสามารถในการ self-lock ของแต่ละระยะความสูงของเพลา actuator ตารางที่ 4.1 แสดงผลการทดลองความสามารถในการ self-lock เมื่อรับโหลด ของ actuator ครั้งที่ โหลด ( kg ) แรง (N) 1 40 392.4 2 80 784.8 3 120 1177.2 4 150 1471.5 ความยาวเพลาของ Actuator (mm.) ระยะการรูดตัว (mm.) 300 250 200 0 300 250 200 0 300 250 200 0 300 250 200 0 - หมายเหตุ การวิเคราะห์ผล จากผลการทดลองในตาราง พบว่าได้ทาการทดสอบ Linear Actuator ภายใต้โหลด 4 ระดับ ได้ แ ก่ 40, 80, 120 และ 150 kg (คิ ด เป็ น แรงประมาณ 392.4, 784.8, 1177.2 และ 1471.5 N ตามลาดับ) โดยพิจารณาที่ระยะความยาวเพลาหลายตาแหน่ง คือ 0, 200, 250 และ 300 mm ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ในทุกช่วงของโหลดและทุกระยะความยาวเพลา ค่าระยะการ ทรุดตัว เป็น 0 ซึ่งสามารถตีความได้ว่า ไม่เกิดการเคลื่อนที่ (No Slip / No Back Driving) หลังจาก ตัดไฟฟ้าออกจากระบบ จากพฤติกรรมดังกล่าว แสดงให้เห็นว่า actuator มีความสามารถในการ self-lock ได้อย่าง สมบูรณ์ในทุกเงื่อนไขที่ทาการทดสอบ แม้ในกรณีที่ใช้โหลดสูงสุด (150 kg หรือ ~1471.5 N) และ เพลายืดที่ระยะสูงสุด (300 mm) ดังนั้น actuator ตัวนี้มีความเสถียรสูงในการรับโหลดแบบคงที่ใน สภาวะไม่มีพลังงานไฟฟ้า 53 สรุปผลการทดลอง จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า Linear Actuator ที่นามาทดสอบมีความสามารถในการ self-lock ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทุกช่วงโหลด (40–150 kg) และทุกระยะความยาวเพลา (0–300 mm) เมื่อทาการตัดไฟฟ้าออกจากระบบ ไม่พบการทรุดตัวหรือการเคลื่อนที่ของเพลาในทุกกรณี แสดงให้เห็นว่า actuator สามารถรับโหลดและคงตาแหน่งได้โดยไม่ต้องพึ่งพาพลังงานไฟฟ้า ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า actuator มีความเหมาะสมสาหรับการใช้งานที่ต้องการความ ปลอดภัยสูง เช่น ระบบยก (lifting system) ,อุปกรณ์ช่วยผู้ใช้งาน (เช่น pool lift) ,ระบบที่ต้องคง ตาแหน่งแม้เกิดไฟฟ้าขัดข้อง อย่างไรก็ตามควรมีการทดสอบเพิ่มเติมในสภาวะที่โหลดสูงกว่านี้ หรือใน ระยะยืดที่มากขึ้น รวมถึงการทดสอบระยะยาว (long-term test) เพื่อประเมินการสึกหรอ และความ น่าเชื่อถือของระบบในระยะยาว 4.4.2 การทดสอบเพื่อดูความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่องบริเวณทางลาดชัน การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบว่าเครื่อง Pool Lift สามารถเข็นขึ้นทางลาดชันได้ หรือไม่ โดยทาการทดลองในมุมลาดที่กาหนด และสังเกตความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่อง ภายใต้แรงมนุษย์ ผลการทดลองจะช่วยประเมินความเหมาะสมในการใช้งานจริงและข้อจากัดของการ เคลื่อนย้ายเครื่อง วัตถุประสงค์ (Objectives) 1. เพื่อทดสอบว่า Pool Lift สามารถเข็นขึ้นทางลาดได้หรือไม่ 2. เพื่อระบุมุมลาดสูงสุดที่สามารถเข็นได้ 3. เพื่อประเมินความสะดวกในการใช้งานจริง 54 ขั้นตอนการทดลอง ทดสอบการเข็นตามความชันแต่ละองศาต่างๆ ดังนี้ 0 5 10 15 และ 20 องศา จากนั้น ตรวจสอบว่าสามารถทางานได้หรือไม่ และใช้แรงในการเข็นมากน้อยเพียงใด รูปที่ 4.26-4.27 การทดสอบเข็นตามความชัน ตารางบันทึกผลการทดลอง ตารางที่ 4.2 แสดงผลการทดลองการเข็นที่ความชันในแต่ละองศา มุม (°) เข็นได้/ไม่ได้ หมายเหตุ 0 ได้ - 5 ได้ - 10 ได้ - 15 ได้ - 20 ได้ อาจจะเกิดความหนักในการเข็นเล็กน้อย แต่ไม่ส่งผลต่อการทางานของเครือ่ ง และล้อ 55 การวิเคราะห์ผล จากการทดลองพบว่าเครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ในทุกมุมที่ ได้ทาการทดสอบ (0°–20°) โดย ในช่วง 0°–10° เคลื่อนที่ได้ง่ายและปกติ แต่เมื่อมุมเพิ่มเป็น 15° และ 20° ต้องใช้แรงมากขึ้นอย่าง ชัดเจน สาเหตุเนื่องจากเมื่อมุมลาดเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงในแนวทางลาดเพิ่มขึ้น ทาให้แรงที่ใช้ในการ เข็นต้องมากขึ้น ส่งผลให้การเคลื่อนที่ยากขึ้นตามลาดับ สรุปผลการทดลอง จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า เครื่องสามารถเคลื่อนที่บนทางลาดชันได้ในช่วงมุม 0° ถึง 20° โดยไม่มีกรณีที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ อย่างไรก็ตามเมื่อมุมของทางลาดเพิ่มขึ้น จะส่งผลให้ต้องใช้ แรงในการเคลื่อนที่มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะตั้งแต่มุม 15° ขึ้นไป ซึ่งเริ่มรู้สึกถึงความยากใน การเคลื่อนที่ และที่มุม 20° แม้ยังสามารถใช้งานได้ แต่มีความยากเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า เครื่องมีความสามารถในการใช้งานบนพื้นที่ลาดชันได้ดีในระดับ หนึ่ง แต่ควรพิจารณาจากัดมุมการใช้งานให้อยู่ในช่วงที่ไม่เกิน 15°–20° เพื่อความสะดวกและความ ปลอดภัยของผู้ใช้งาน 56 4.5การตรวจสอบโดยอ้างอิงจากมาตรฐาน 4.5.1 ข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space รูปที่ 4.28-4.30 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ในข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ระยะห่างระหว่างขอบสระกับที่นั่งผู้สูงอายุเมื่อ อยู่ในตาแหน่งที่หย่อนลงในสระว่ายน้าแล้ว ต้องมีระยะห่างไม่ต่ากว่า 12 นิ้ว (305 มม.) โดยจากผล การวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมาตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ประมาณ 325 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐาน 4.5.2 ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height \ รูปที่ 4.31-4.33 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ความสูงของที่นั่งของเครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้สามารถหยุดได้ที่ระดับความสูง ไม่ น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) และไม่เกิน 19 นิ้ว (485 มม.) โดยวัดจากพื้น (deck) ถึงผิวด้านบนของที่ นั่ง เมื่อที่นั่งอยู่ในตาแหน่งยกขึ้น (ตาแหน่งรับน้าหนัก) โดยจากผลการวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมา ตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ประมาณ 450 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐานข้อนี้ 57 4.5.3 ข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. รูปที่ 4.34-4.36 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. เครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้ที่นั่งสามารถจมลงใต้น้าได้ลึก ไม่น้อยกว่า 18 นิ้ว (455 มม.) วัดจากระดับผิวน้าที่อยู่นิ่ง โดยจากผลการวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมาตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ ประมาณ 565 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐานข้อนี้ 58 บทที่ 5 สรุปผล และข้อเสนอแนะ 5.1 Verification & Validation analysis Summary & Validation for PDS 5.1.1 Verification Analysis (การตรวจสอบว่าออกแบบตรงตาม PDS หรือไม่) การ Verification เป็นการตรวจสอบว่าผลการออกแบบและการทางานของเครื่องเป็นไปตาม ข้อกาหนดใน Product Design Specification (PDS) 1. Function Requirement (Basic Function) จากผลการทดสอบพบว่า เครื่องสามารถเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้าได้ ตามวัตถุประสงค์ของการออกแบบ 2. Function Requirement (Special Function: Mobility) การทดสอบบนทางลาดชันแสดงให้เห็นว่า เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ในช่วงมุม 0°–20° ซึ่งเป็นไปตามข้อกาหนดที่ต้องสามารถเคลื่อนที่ไปยังตาแหน่งต่างๆ ได้ 3. Performance Specification (Load Capacity) จากการทดสอบ Linear Actuator พบว่าสามารถรองรับโหลดได้สูงสุด 150 kg (มากกว่าค่าที่กาหนดไว้ที่ 136 kg) โดยไม่เกิดการเคลื่อนที่ย้อนกลับในสภาวะไม่มีไฟฟ้าแสดง ว่าอุปกรณ์มีความสามารถเกินกว่าข้อกาหนดที่ตั้งไว้ 5.1.2 Validation Analysis (การยืนยันว่าใช้งานได้จริงตามความต้องการผู้ใช้) 1. เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้จริงในสภาพแวดล้อมที่มีทางลาด ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่พบได้ทั่วไป ในสระว่ายน้า 2. แม้ที่มุมสูง (15°–20°) จะต้องใช้แรงมากขึ้น แต่ยังสามารถใช้งานได้ แสดงถึงความเป็นไปได้ ในการใช้งานจริง 3. ระบบ Linear Actuator มีคุณสมบัติ self-lock เมื่อไม่มีไฟฟ้า ช่วยเพิ่มความปลอดภัยให้กับ ผู้ใช้งาน โดยป้องกันการตกหรือเคลื่อนที่โดยไม่ตั้งใจ 4. เครื่องสามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้เพียงพอสาหรับกลุ่มผู้สูงอายุ 59 5.1.3 Summary & Validation for PDS จากการวิเคราะห์ และผลการทดสอบทั้งหมด สามารถสรุปได้ว่า 1. เครื่องพยุงผู้สูงอายุสามารถทางานได้ครบถ้วนตาม Function Requirement ที่กาหนดใน PDS 2. ความสามารถในการเคลื่อนที่และการรับน้าหนักเป็นไปตามหรือดีกว่าค่าที่กาหนดใน Performance Specification 3. ระบบมีความปลอดภัยจากคุณสมบัติ self-lock ของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า 4. เครื่องสามารถนาไปใช้งานจริงได้ แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจากัด เช่น พื้นเอียง ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า การออกแบบนี้ผ่านทั้งการ Verification และ Validation และเป็นไปตาม ข้อกาหนดของ PDS อย่างครบถ้วน 5.2 สรุปผลการศึกษา โครงงานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบ และพัฒนาอุปกรณ์ช่วยยกผู้ใช้งานลงสระว่ายน้า (Pool Lift) เพื่ออานวยความสะดวกให้กับผู้ที่มีข้อจากัดด้านการเคลื่อนไหว เช่น ผู้พิการ ผู้สูงอายุ หรือผู้ที่ไม่สามารถลงสระว่ายน้าได้ด้ว ยตนเอง โดยการออกแบบได้คานึงถึงความแข็งแรงของ โครงสร้าง ความปลอดภัยในการใช้งาน และความเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมบริเวณสระว่ายน้า ในการดาเนินงานได้มีการศึกษาแนวคิดและหลักการออกแบบทางวิศวกรรมเครื่องกล รวมถึง การเลือกใช้วัสดุและอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับการใช้งาน โครงสร้างของ Pool Lift ถูกออกแบบให้ สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้อย่างปลอดภัย พร้อมทั้งมีระบบขับเคลื่อนที่ช่วยให้การยก และลด ระดับเป็นไปอย่างสะดวก จากผลการออกแบบพบว่าโครงสร้างของ Pool Lift สามารถตอบสนองต่อวัตถุประสงค์ของ โครงงานได้ โดยมีรูปแบบที่เหมาะสมกับการใช้งาน และสามารถนาไปพัฒนาต่อยอดเพื่อใช้งานจริงได้ ในอนาคต อย่างไรก็ตาม โครงงานนี้ยังมีข้อจากัดบางประการ เช่น ระยะเวลาในการดาเนินงาน และ การทดสอบในสภาพการใช้งานจริง ซึ่งอาจต้องมีการศึกษาเพิ่ มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความ ปลอดภัยของระบบ 60 5.3 Recommendation for future work 5.3.1 การวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง (Fatigue Analysis) ในการพัฒ นาต่อไปควรมีการวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง เนื่องจาก Pool Lift เป็น อุปกรณ์ที่มีการใช้งานซ้าหลายรอบ การศึกษาความล้าของวัสดุจะช่วยประเมินอายุการใช้งานและ ป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้งานระยะยาว 5.3.2 การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยโปรแกรมจาลอง (Finite Element Analysis) ควรมีการใช้โปรแกรมวิเคราะห์ทางวิศวกรรม เช่น Finite Element Analysis (FEA) เพื่อ ศึกษาการกระจายความเค้น การเสียรูป และค่าปัจจัยความปลอดภัยของโครงสร้างภายใต้สภาวะการ รับน้าหนักต่าง ๆ 5.3.3 การทดสอบรับน้าหนักจริง (Load Testing) ในอนาคตควรมีการทดสอบการรับน้าหนักของ Pool Lift ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง เพื่อ ยืนยันความสามารถในการรับน้าหนัก ความเสถียรของโครงสร้าง และความปลอดภัยของระบบ 5.3.4 การพัฒนาระบบขับเคลื่อน (Actuator System Improvement) ควรมีการศึกษาการเลือกใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น actuator ที่มี ความแม่นยาและความนุ่มนวลในการเคลื่อนที่ เพื่อเพิ่มความสะดวกและความปลอดภัยในการใช้งาน 5.3.5 การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เนื่องจาก Pool Lift ใช้งานในบริเวณสระว่ายน้าซึ่งมีความชื้นสูง จึงควรพิจารณาเลือกใช้วัสดุ ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อน เช่น สแตนเลสเกรด 316 หรือวัสดุที่มีการเคลือบป้องกันสนิม เพื่อ ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ 5.3.6 การพัฒนาระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม ควรมีการติดตั้งระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม เช่น ระบบหยุดฉุกเฉิน ระบบป้องกันการรับ น้าหนักเกิน และเซนเซอร์ตรวจสอบตาแหน่ง เพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ใช้งาน 5.3.7 การพัฒนาให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล การออกแบบในอนาคตควรพิจารณามาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ช่วยเหลือผู้พิการ เช่น มาตรฐานด้านการเข้าถึงและความปลอดภัย เพื่อให้สามารถนาไปใช้งานจริงในสถานที่สาธารณะได้ อย่างเหมาะสม 61 เอกสารอ้างอิง [1] กรมกิจการผู้สูงอายุ, พระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. 2546 (ฉบับแก้ไข พ.ศ. 2553) [Online], 2553, Available: https://www.dop.go.th/th/laws/2/10/785 [สืบค้นเมื่อ 7 สิงหาคม 2568]. [2] ทีม Hello คุณหมอ, “ธาราบาบัด: อีกหนึ่งวิธีกู้สุขภาพข้อเข่าเสื่อม”, Hello คุณหมอ [ออนไลน์], 2565, Available: https://hellokhunmor.com/สุ ข ภาพ/ความรู้ เ กี่ ย วกั บ สุ ข ภาพทั่ ว ไป/ธารา บาบัด-อีกหนึ่งวิธีกู้สุขภาพข้อเข่าเสื่อม/. [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2565]. [3] Song, J.-A., & Oh, J. W., Effects of Aquatic Exercises for Patients with Osteoarthritis: Systematic Review with Meta-Analysis, Healthcare [Electronic], ปีที่ 10, ฉบับที่ 3, 2022, หน้า 560, Available: MDPI [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2568] [4] Health in Aging, “Health in Aging,” Health in Aging [ออนไลน์], 2025, Available: https://www.healthinaging.org/. [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2565]. [5] World Health Organization, “Assistive technology” [ออนไลน์], 2 มกราคม 2024, Available: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/assistive-technology [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2568]. [6] Juvinall, R. C. แ ละ Marshek, K. M. Fundamentals of Machine Component Design. พิมพ์ครั้งที่ 5. Hoboken, New Jersey: สานักพิมพ์ John Wiley & Sons, 2012. [7] Schooltha, Finite Element Analysis [Online], 2025, Available: [Accessed: 4 Aug 2025]. [8] SimScale, Convergence in Finite Element Analysis (FEA) [Online], 2020, Available: https://www.simscale.com/blog/convergence-finite-element-analysis/ [Accessed: 5 Aug. 2025]. [9] U.S. Department of Justice, Civil Rights Division. ADA requirements: Accessible pools – Means of entry and exit. ADA.gov, 2020, from https://www.ada.gov/resources/accessible-pools-requirements/ [Retrieved August 7, 2025] 62 [10] Corada, ADA standards: Accessible means of entry and exit – Swimming pools (Section 1009.2). In 2010 ADA Standards for Accessible Design Pocket Guide, 2015, from https://www.corada.com/documents/2010ADAStandards/1009-2 [Retrieved August 7, 2025] [11] Global Pool Products. (n.d.). Rotational R-375 pool lift with round anchor (375-pound capacity). Poolweb, from https://www.poolweb.com/products/rotationalr-375-pool-lift-with-round-anchor-375-pound-capacity [Retrieved August 7, 2025] [12] Karavee, T. (2014). Linkages and Mechanisms. Lecture notes, Course 525305 – Mechanics of Machines, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, [Institution not specified], Thailand. แหล่งที่มา: เอกสารประกอบการสอนวิชา กลศาสตร์เครื่องจักรกล (525305) บทที่ 2 เรื่อง กลไกและการเชื่อมต่อ (Linkages and Mechanisms) โดย กระวี ตรีอานรรค, [วันที่สืบค้น: 17 ตุลาคม 2568]. 63

Abstract

ข กิตติกรรมประกาศ ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้สาเร็จได้ด้วยความอนุเคราะห์ของบุคคลหลายท่านซึ่งไม่สามารถอาจจะ นามากล่าวได้ทั้งหมดซึ่งผู้มีพระคุณที่ผู้เขียนใคร่ขอกราบขอบพระคุณคือ อาจารย์ที่ปรึกษา ผศ.ดร.ธีรวัจน์ แสงเพชร์ ที่กรุณารับเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ผู้เขียนขอกราบขอบพระคุณท่านกรรมการ ที่กรุณารับเป็นคณะกรรมการสอบปริญญานิพนธ์ ทั้งได้กรุณาให้คาเเนะนาเเละชี้เเนะเเนวทางจนปริญญานิพนธ์นี้มีความสมบูรณ์ นายธนวัชร นายชยพล นายเทคโน นายสิรวิชญ์ ค สายสินธุ์ ตันเสถียร โพธิชัย พิพัฒน์พงศ์กุล สารบัญ บทที่ 1 บทนา ....................................................................................................................................1 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน .......................................................................................... 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน ....................................................................................................... 2 1.3 ขอบเขต.................................................................................................................................. 2 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ .......................................................................................... 2 1.5 แผนการดาเนินงาน................................................................................................................. 2 1.5.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน (Workflow Diagram) .........................................................2 1.5.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ .............................................................................4 บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง ...............................................................................................5 2.1 ผู้สูงอายุ .................................................................................................................................. 5 2.1.1 แนวคิด .............................................................................................................................5 2.1.2 ธาราบาบัด .......................................................................................................................5 2.1.3 เทคโนโลยีช่วยเหลือ .........................................................................................................6 2.2 ทฤษฎีทางวิชาการที่ใช้ในการออกแบบ ................................................................................... 7 2.2.1 ทฤษฎีความล้มเหลว (Failure Theories) ........................................................................7 2.2.2 ทฤษฎีสกรูเกลียวสาหรับการยึดและสกรูส่งกาลัง (Threaded Fasteners and Power Screws).....................................................................................................................................8 2.3 การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis - FEA) .................................... 9 2.3.1หลักการพื้นฐานของการวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis – FEA) ..................................................................................................................................................9 2.3.2 การตรวจสอบคุณภาพเมช (Mesh Quality Check)..................................................... 10 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ และกระบวนการผลิต ....................................................................... 12 3.1 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) ........................................................................ 12 ง 3.2 ข้อจากัด (Constraints) ....................................................................................................... 12 3.3 Product Design Specification (PDS) และ มาตรฐานการออกแบบ (Standard) ............. 12 3.3.1 Product Design Specification (PDS) ....................................................................... 12 3.3.2 มาตรฐานการออกแบบ (Standard).............................................................................. 14 3.4 Concept Generation ........................................................................................................ 15 3.5 การเปรียบเทียบ Concept เชิง Industrial design ............................................................. 19 3.6 การวิเคราะห์ Function ของตัวเครื่อง ................................................................................. 20 3.6.1 ขนาดโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 ................................................... 21 3.6.2 Standard requirements............................................................................................ 23 3.7 กระบวนการออกแบบเชิงแนวคิดและการประดิษฐ์กลไกต้นแบบ .......................................... 26 3.7.1 ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism)........................................ 26 3.7.2 กลไกการยก (Lifting mechanism) ............................................................................. 28 3.8 การคานวนหาแรงขั้นต่าของ Linear actuator .................................................................... 31 3.9 การคานวณเพื่อหาน้าหนักถ่วง.............................................................................................. 32 3.10 การคานวณเพื่อหาแรงที่ต้องใช้ผลักเพื่อให้เครื่องเคลื่อนที่ .................................................. 33 3.11 การตรวจสอบความเสถียรภาพ........................................................................................... 34 3.12 การวิเคราะห์ความล้มเหลวด้วยวิธี Finite Element .......................................................... 36 3.13 ขั้นตอนกระบวนการผลิต.................................................................................................... 36 บทที่ 4 ผลการดาเนินการ ............................................................................................................... 40 4.1 การตั้งค่าพารามิเตอร์ในโปรแกรม Abaqus.......................................................................... 40 4.2 ผลลัพธ์จากการจาลองทางคอมพิวเตอร์ ................................................................................ 41 4.2.1 ผลลัพธ์จากการจาลองน้าหนักถ่วง ................................................................................ 41 4.2.2 ผลลัพธ์จากการจาลองการรับภาระของเพลาที่ติดกับ Actuator ................................... 41 4.3 แบบร่าง BOM การประกอบ และแบบร่างสาหรับการผลิตในโรงงาน ................................... 42 จ 4.4 การทดสอบ .......................................................................................................................... 50 4.4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า ... 50 4.4.2 การทดสอบเพื่อดูความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่องบริเวณทางลาดชัน ................ 54 4.5การตรวจสอบโดยอ้างอิงจากมาตรฐาน .................................................................................. 57 4.5.1 ข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ..................................................................... 57 4.5.2 ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ............................................................................... 57 4.5.3 ข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. ................................................................. 58 บทที่ 5 สรุปผล และข้อเสนอแนะ ................................................................................................... 59 5.1 Verification & Validation analysis Summary & Validation for PDS ......................... 59 5.1.1 Verification Analysis (การตรวจสอบว่าออกแบบตรงตาม PDS หรือไม่) .................... 59 5.1.2 Validation Analysis (การยืนยันว่าใช้งานได้จริงตามความต้องการผู้ใช้) ...................... 59 5.1.3 Summary & Validation for PDS .............................................................................. 60 5.2 สรุปผลการศึกษา .................................................................................................................. 60 5.3 Recommendation for future work ................................................................................ 61 5.3.1 การวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง (Fatigue Analysis).............................................. 61 5.3.2 การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยโปรแกรมจาลอง (Finite Element Analysis) ................... 61 5.3.3 การทดสอบรับน้าหนักจริง (Load Testing) .................................................................. 61 5.3.4 การพัฒนาระบบขับเคลื่อน (Actuator System Improvement) ................................ 61 5.3.5 การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน ................................................................................ 61 5.3.6 การพัฒนาระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม ........................................................................ 61 5.3.7 การพัฒนาให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล .................................................................... 61 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................................. 62 ฉ สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน ….……………………………………………………………………………..3 ตารางที่ 1.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้………..…………………………………………………………4 ตารางที่ 3.1 การเปรียบเทียบ Concept…………………………………………………………………………………19 ตารางที่ 3.2 General Description………………………………………………………………………………………29 ตารางที่ 3.3 Electrical specification……………………………………………………………………….………….29 ตารางที่ 3.4 Mechanical specification………………………………………………………………………………29 ตารางที่ 3.5 Physical dimension……………………………………………………………………………………….30 ตารางที่ 4.1 แสดงผลการทดลองความสามารถในการ self-lock เมื่อรับโหลด ของ actuator….….53 ตารางที่ 4.2 แสดงผลการทดลองการเข็นที่ความชันในแต่ละองศา……………………………………………..55 ช สารบัญรูปภาพ รูปที่ 1.1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ (The Rotational R-375 Pool Lift ของบริษัท Global Pool Products) ……………………………………………………………………………………………………………………………1 รูปที่ 3.1 Submerged depth………..…………………………………………………………………….………………14 รูปที่ 3.2 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1………………………15 รูปที่ 3.3 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1………………………………………………….…………16 รูปที่ 3.4 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2……………………...17 รูปที่ 3.5 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2…………………………………………………………….17 รูปที่ 3.6 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3………………………18 รูปที่ 3.7 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3……………………………………………………………19 รูปภาพที่ 3.8 ภาพด้านหนาและขนาดความกว้างโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………21 รูปภาพที่ 3.9 ภาพด้านข้างและขนาดความสูงโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………….………..21 รูปที่ 3.10 ภาพด้านบนและขนาดความยาวของฐานเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………………….…21 รูปภาพที่ 3.11 ภาพด้านบนและขนาดความยาวโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ……………………..22 รูปที่ 3.12 ภาพด้านข้างและขนาดของกลไกลิงเกจการยกผู้สูงอายุโดยรวมของเครื่องช่วยยก ผู้สูงอายุ……………………………………………………………………………………………………………………………...22 รูปที่ 3.13 ภาพแสดง ข้อกาหนด 1009.2.3………………………………………….…………………………………23 รูปที่ 3.14 ภาพแสดง ขนาดที่ออกแบบ…………………………………………………………………………………..23 รูปที่ 3.15 ภาพแสดง ข้อกาหนดความสูงของเบาะนั่ง………………………………………………………………24 รูปที่ 3.16 ภาพแสดง ระยะของเบาะนั่ง……………………………………………………………….…………………24 รูปที่ 3.17 ภาพแสดง ระยะของเบาะ……………………………………………………………………………………..25 รูปที่ 3.18 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่ง……………………………………………………………………25 ซ รูปที่ 3.19 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่งของเครื่องที่ออกแบบ………………………………..…..26 รูปที่ 3.20 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยกสูงสุด………………………………………………………………27 รูปที่ 3.21 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยืดออกไกลสุด……………………………………….……………..27 รูปที่ 3.22 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกอยู่ต่าสุด………………………………………..……….……………27 รูปที่ 3.23 การประกอบ Linear actuator เข้ากับกลไกตัวยก…………………………………….…………….28 รูปที่ 3.24 Linear electrical actuator…………………………………………………………………………………28 รูปที่ 3.25 แสดงการทางานของ actuator ก่อนยืด และหลังยืด……………………………………….……….30 รูปที่ 3.26 Analysis of the force on simple lifting mechanism……………………………………….31 รูปที่ 3.27 ภาพ 2 มิติของมุมมอง side view ของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ………………………………….32 รูปที่ 3.28 Analysis of the force on simple lifting mechanism(1)…………………………..……….35 รูปที่ 3.29 Analysis of the force on simple lifting mechanism(2)………………………..………….35 รูปที่ 3.30 Analysis of the force on simple lifting mechanism(3)…………………………..……….35 รูปที่ 3.31 ขั้นตอนกระบวนการตัดเหล็กเพื่อเตรียมชิ้นงาน……………………………………………………….37 รูปที่ 3.32 ขั้นตอนกระบวนการเชื่อมของฐาน………………………………………………………………………….37 รูปที่ 3.33 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก………………………………………….…………………….38 รูปที่ 3.34 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก……………………………………….……………………….38 รูปที่ 3.35 ขั้นตอนประกอบชิ้นงานเข้าด้วยกัน…………………………………………………………………………39 รูปที่ 4.1 ผลการจาลองความเสถียรภาพเครื่องช่วงยกผู้สูงอายุหลังวางน้าหนักถ่วง………………….…..41 รูปที่ 4.2 ผลการจาลองภาระแรงทั้งหมดที่เพลาของ Actuator ต้องรับ………………………………………41 รูปที่ 4.3 แบบร่าง BOM……………………………………………………………………………………………………….42 รูปที่ 4.4 เหล็กฉากสาหรับเชื่อมต่อของพนักวางแขน……………………………………………………………….42 รูปที่ 4.5 ฐานโครงเหล็กเชื่อมต่อกับที่นั่ง……………….………………………………………………………………..43 ฌ รูปที่ 4.6 เหล็กแนวแกน y เชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างของเก้าอี้กับโครงสร้างหลักของตัวเครื่อง…….43 รูปที่ 4.7 พนักวางแขน……………………………………………………………………………….…………………………44 รูปที่ 4.8 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านบน………………………………………………………………………………..44 รูปที่ 4.9 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านล่าง…………………………………………………….…………………………45 รูปที่ 4.10 เหล็กแผ่นสาหรับยึดติดกับฐาน………………………………………………………………………………45 รูปที่ 4.11 เหล็กกล่องตั้งฉากสาหรับการนั่ง…………………………………………………………………….………46 รูปที่ 4.12 เหล็กกล่องเอียงสาหรับการประคองกลไกชุดยก…………………………….…………………………46 รูปที่ 4.13 แผ่นเหล็กประคอง……………………………………………………….……………………………………….47 รูปที่ 4.14 แผ่นเหล็กสาหรับประคอง Linear Actuator………………..…………………………………………47 รูปที่ 4.15 เหล็กสาหรับจุดหมุนของแขนยก………………………….…………………………………………………48 รูปที่ 4.16 POM สาหรับประคองกลไกชุดยกด้านหน้า……………..………………………………………………48 รูปที่ 4.17 เพลาเกลียวเป็นจุดหมุนของกลไกชุดยก………………………………….……………………………….49 รูปที่ 4.18 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator(1)……….……………………………50 รูปที่ 4.19 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator(2)……………….…….……………..50 รูปที่ 4.20 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator(1)…………………………………….51 รูปที่ 4.21 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator(2)…………………………………….51 รูปที่ 4.22 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator(1)………………………………….51 รูปที่ 4.23 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator(2)………………………………….51 รูปที่ 4.24 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator(1)………………………………….52 รูปที่ 4.25 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator(2)………………………………….52 รูปที่ 4.26 การทดสอบเข็นตามความชัน(1)…………………………………………………….……………………….55 รูปที่ 4.27 การทดสอบเข็นตามความชัน(2)………………………………………………………………….………….55 ญ รูปที่ 4.28 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space…………………………….………57 รูปที่ 4.29 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space………………………….…………57 รูปที่ 4.30 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space…………………………….………57 รูปที่ 4.31 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.32 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.33 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height……………………….…………………….58 รูปที่ 4.34 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth………………………………….59 รูปที่ 4.35 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth.……………..………………….59 รูปที่ 4.36 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth………………………………….59 ฎ สารบัญสมการ สมการ (2.1) …………………………………………………………………………………………………………………………8 สมการ (2.2)….………………………………………………………………………………………………………………………8 สมการ (3.1)………………………………………………………………………………………………………………………..31 สมการ (3.2) …………………………………………………………………………………………………………..…………..31 ฏ บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงาน ในปัจจุบันประเทศไทยได้เข้าสู่สังคมผู้สูงอายุโดยสมบูรณ์ เเละส่งผลทาให้ความต้องการด้าน การดูแลสุขภาพและการฟื้นฟูส มรรถภาพของผู้สูงอายุเพิ่มมากขึ้น และหนึ่งในวิธีการบ าบัดที่ มี ประสิทธิภาพและได้รับความนิยมมากคือ ธาราบาบัด (Aquatic Physical Therapy) ซึ่งช่วยลดแรง กระแทก เหมาะส าหรับผู้สูงอายุที่มีข้อจากัดทางการเคลื่อนไหว ปัจจุบันบุคลากรทางการแพทย์ได้ ประสบปัญหาในการเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุ ที่มีภาวะอ่อนแรงเข้าสู่ธาราบาบัดซึ่งต้องใช้บุคลากรจานวน มาก ดังนั้นจึงมีความจ าเป็น ในการพัฒนาอุปกรณ์ช่วยเคลื่อนย้ายผู้สู งอายุลงสู่ธาราบ าบัดอย่ าง ปลอดภัย, มีประสิทธิภาพและยังลดภาระของบุคลากรในการช่วยลงสู่ธาราบาบัด ตัวอย่างเครื่องช่วย พยุงผู้สูงอายุที่มีจาหน่ายในท้องตลาดแสดงดัง รูปที่ 1.1 รูปที่ 1.1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ (The Rotational R-375 Pool Lift ของบริษัท Global Pool Products) [11] Ref: https://www.poolweb.com/products/rotational-r-375-pool-lift-with-round-anchor375-pound-capacity 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1. เพื่อออกแบบเครื่องช่วยพยุงลงสู่การทาธาราบาบัด ที่เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ 2. เพื่อออกแบบเครื่องช่วยพยุงที่สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม 1.3 ขอบเขต 1. ศึกษาองค์ประกอบสาคัญของกลไกสาหรับเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ รวมถึงศึกษาเกี่ยวกับ อุปกรณ์ระบบทางไฟฟ้าที่สามารถช่วยทุ่นแรงในการยก 2. ศึกษาเกี่ยวกับมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ส าหรับที่ใช้ในการดูแล ผู้สูงอายุการคานวณออกแบบทางวิศวกรรม 3. ออกแบบกลไกร่วมกับระบบควบคุมกลไกที่ช่วยทุ่นแรงในการพยุงผู้สูงอายุที่สามารถ รองรับไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม และสามารถเคลื่อนที่ได้ 4. จัดสร้างกลไกต้นแบบและทดสอบการทางาน 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ผลลัพธ์ที่คาดหวังคือการได้ต้นแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ที่สามารถเคลื่อนที่ได้สะดวกต่อ การใช้งานและให้เข้าถึงการบริการธาราบาบัดได้อย่างปลอดภัยมากขึ้น ยังเพิ่มประสิทธิภาพในการ ให้บริการฟื้นฟูสุขภาพ และส่งเสริมนวัตกรรมที่สามารถต่อยอดใช้งานจริงในระบบสาธารณสุขไทยได้ ในอนาคต 1.5 แผนการดาเนินงาน ในส่วนนี้จะแสดงขั้นตอนการทางานของโครงงานเเละรวมถึงอุปกรณ์และงบประมาณที่คาด ว่าจะใช้ในการพัฒนาและทดสอบเครื่องต้นแบบ 1.5.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน (Workflow Diagram) ขั้นตอนการท างานของโครงงานได้แบ่งการด าเนินงานออกเป็นหลายขั้นตอนหลัก ตั้งแต่ ศึกษาองค์ประกอบส าคัญของกลไก ศึกษาเกี่ยวกับมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ ออกแบบกลไกร่วมกับระบบควบคุมกลไกที่ช่วยทุ่นแรง ไปจนถึงจัดสร้างกลไกต้นแบบและทดสอบการ ทางาน โดยแต่ละขั้นตอนจะมีการวางแผนการดาเนินงานในช่วงเวลาที่กาหนดไว้ในระยะเวลา 12 เดือนดังแสดงไว้ในตารางที่ 1.1 2 ตารางที่ 1.1 ขั้นตอนการทางานโครงงาน 3 1.5.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ ในขั้นตอนการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ได้มีการวางแผนและจัดเตรียมงบประมาณที่ คาดว่าจะใช้ในการจัดหาอุปกรณ์ต่างๆ ที่จาเป็น ซึ่งประกอบด้วย Actuator, Structural, Lifting linkage ทั้งหมดนี้ได้รับการประมาณราคาเบื้องต้นตามรายละเอียดในตารางที่ 1.2 รายการ งบประมาณ (บาท) 4400 Actuator Rotational Motor 1,500 Battery 24 volt 2,500 Controller 1,500 Seatbelt 400 Stainless steel construction (electropolished 304L grade) 3,000 Connector (bolts etc.) 1,000 Wheels (4 qtn.) 920 Total 15,220 ตารางที่ 1.2 อุปกรณ์และงบประมาณที่คาดว่าจะใช้ 4 บทที่ 2 ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกีย่ วข้อง ในบทนี้ จะเสนอเกี่ย วกับแนวคิดของผู้ป่วยที่จ าเป็นต้องท าธาราบ าบัด และอุปกรณ์ที่ เคลื่อนย้ายผู้ป่วยเข้า และออกจากสระว่ายน้าได้อย่างปลอดภัยและทันสมัย รวมถึงความสาคัญของ อุปกรณ์ และเครื่องมือเหล่านี้ 2.1 ผู้สูงอายุ ผู้สูงอายุหมายถึงผู้ที่มีอายุตั้งแต่ 60 ปีขึ้นไป ในวัยนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงหลายด้าน ทั้งทาง ร่างกาย ทางสมอง ทางอารมณ์และทางสังคม โดยปัญหาที่พบในผู้สูงอายุส่วนใหญ่ จะเกี่ยวกับ ปัญหา สุขภาพร่างกายไม่ดี และ ปัญหาด้านจิตใจ วิตกกังวลกลัวลูกหลานจะไม่เลี้ยงดู กลัวถูกทอดทิ้ง [1] 2.1.1 แนวคิด นิยาม ผู้สูงอายุ จากพระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. ๒๕๔๖ กล่าวว่า ผู้สูงอายุ หรือบางคน เรียกว่า “ผู้สูงวัย” เป็นคาที่บ่งบอกถึงตัวเลขของอายุว่ามีอายุมาก โดยนิยมนับตามอายุตั้งแต่แรกเกิด (Chronological age) หรือทั่วไป เรียกว่า คนแก่ หรือ คนชรา ซึ่งเป็นวัยบั้นปลายของชีวิต ดังนั้น ปัญหาของผู้สูงอายุในทุกด้านโดยเฉพาะด้านสังคม และสาธารณสุขจึงแตกต่างจากคนในวั ย อื่น ในขณะที่องค์กรสหประชาชาติได้ให้คาจากัดความของ “ผู้สูงอายุ” ว่า ผู้สูงอายุ คือ ผู้ที่มีอายุตั้งแต่ 60 ปีขึ้นไป [1] 2.1.2 ธาราบาบัด สถานดู แ ลและฟื ้ น ฟู ส มรรถภาพผู ้ ส ู ง อายุ ท ี ่ ม ี ก ารให้ บ ริ ก ารด้ า นธาราบ าบั ด ( Aquatic Therapy) ถือเป็นองค์ประกอบส าคัญในกระบวนการฟื้นฟูสุขภาพโดยเฉพาะส าหรับผู้สูงอายุและ บุคคลที่มีความบกพร่องทางด้านร่างกาย ธาราบาบัดเป็นศาสตร์การบาบัดรักษาที่ใช้สภาพแวดล้อมใน น ้าเป็น ปัจ จัย ส าคั ญในการส่ งเสริม การเคลื่ อ นไหวธาราบ าบั ดเป็น ศาสตร์ การบ าบั ดรั ก ษาที ่ ใ ช้ สภาพแวดล้อมในน้าเป็นปัจจัยสาคัญในการส่งเสริมการเคลื่อนไหวของร่างกาย ลดอาการปวด รวมถึง ฟื้นฟูสมรรถภาพทางกายและจิตใจ การใช้น้าในกระบวนการบาบัดมีข้อได้เปรียบที่สาคัญเนื่องจากคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน้า โดยเฉพาะแรงลอยตัว (Buoyancy) ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกที่เกิดจากน้าหนักตัวและแรงโน้มถ่วงของ 5 โลก คุณสมบัติน ี้มีบ ทบาทอย่างมากในการลดแรงกดที่กระท าต่อข้อต่อ กล้ามเนื้อ และกระดูก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลุ่มประชากรที่มีข้อจากัดทางกายภาพ เช่น ผู้สูงอายุ ผู้ที่มีภาวะข้อเข่าเสื่อม สตรีมีครรภ์ หรือผู้ที่มีน้าหนักตัวมาก [2] การศึกษาในรูปแบบการทบทวนอย่างเป็นระบบและเมตา-อนาไลซิส (systematic review and meta-analysis) ซึ่ง เป็ น งานวิจัย มีช ื่ อเรื่ องว่ า "Effects of Aquatic Exercises for Patients with Osteoarthritis" มีจุดมุ่งหมายเพื่อประเมินผลของการออกกาลังกายในน้าต่ออาการปวดและ ความสามารถในการทากิจกรรมต่างๆ ในผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อม นักวิจัยได้ทาการวิเคราะห์การทดลอง แบบสุ่มและมีกลุ่มควบคุม (randomized controlled trials หรือ RCTs) จานวน 16 รายการ ซึ่งมี ผู้เข้าร่วมทั้งหมด 992 คน ผลการศึกษาที่สาคัญคือการออกกาลังกายในน้าช่วยลดอาการปวดได้อย่าง มี น ั ย ส าคั ญ โดยการวิ เ คราะห์ แ บบเมตา-อนาไลซิ ส แสดงให้ เ ห็ น ว่ า ค่ า standardized mean difference (SMD) อยู่ที่ -0.73 ซึ่งบ่งชี้ถึงผลในระดับปานกลางถึงมาก นอกจากนี้ยังพบว่าการออก กาลังกายในน้าช่วยเพิ่มความสามารถในการทากิจกรรมต่างๆ ได้อย่างมีนัยสาคัญ (เช่น ความเร็วใน การเดิน การทรงตัว และกิจกรรมประจาวัน) โดยค่า SMD อยู่ที่ -0.66 ซึ่งเป็นผลในระดับปานกลางถึง มากเช่นกัน การศึกษาที่นามาทบทวนมีระยะเวลาและความถี่ในการออกกาลังกายที่แตกต่างกันไป แต่ ส่วนใหญ่แล้วโปรแกรมจะใช้เวลาอย่างน้อย 8 สัปดาห์ โดยมีการออกกาลังกาย 2-3 ครั้งต่อสัปดาห์ สรุปได้ว่า การออกกาลังกายในน้ามีประสิทธิภาพในการลดอาการปวดและเพิ่มความสามารถในการ ทากิจกรรมในผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อม [3] 2.1.3 เทคโนโลยีช่วยเหลือ พระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. ๒๕๔๖ กล่าวว่า ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีแล้วว่าจ านวน ผู้สูงอายุเพิ่มขึ้น อย่างต่อเนื่องทั้งในประเทศไทยและทั่วโลก ซึ่งรัฐบาลไทยและทั่วโลกได้ตระหนักถึง ความส าคัญในเรื่องนี้ จึงมีความพยายามและมีการรณรงค์อย่างต่อเนื่องให้ทุกคนตระหนัก เข้าใจ และพร้อมดูแลผู้สูงอายุให้ทัดเทียม เช่นเดียวกับการดูแลประชากรในกลุ่มอายุอื่น โดยกระทรวง สาธารณสุขเผยว่าในปี 2568 มีประชากรทั้งหมด 64.5 ล้านคน ในจานวนนี้เป็นผู้สูงอายุอายุ 60 ปีขึ้น ไป จานวน 9.4 ล้านคน การเป็น ผู้ส ูง อายุน ั้น จะน าไปสู่ ปั ญหาที่ส าคัญ นั ้น คื อ ปั ญหาด้ านการเคลื่ อ นไหว หรื อ ความสามารถในการเคลื่อนไหวของบุคคล เช่น การทรงตัวขณะเดิน ความยากลาบากในการขึ้นลง บันได หรือการหกล้ม โดยมีภาวะที่พบบ่อยในผู้สูงอายุที่อาจนาไปสู่ปัญหาด้านการเคลื่อนไหว เช่น 6 กล้ามเนื้ออ่อนแรง ปัญหาข้อต่อ อาการปวด โรค และปัญหาทางระบบประสาท ซึ่งปัญหาการ เคลื่อนไหวอันดับหนึ่งที่ผู้สูงอายุประสบคือการล้ม [4] เทคโนโลยีอานวยความสะดวก (Assistive Technology: AT) หรือเทคโนโลยีช่วยเหลือ เป็น คารวม ที่ใช้เรียก ผลิตภัณฑ์สิ่งอานวยความสะดวก (assistive products) รวมถึงระบบและบริการที่ เกี่ยวข้อง ทั้งหมด โดยผลิตภัณฑ์สิ่งอานวยความสะดวกช่วยในการ รักษา หรือพัฒนาความสามารถใน การทางานของบุคคล ในด้านต่าง ๆ เช่น การรับรู้ การสื่อสาร การได้ยิน การเคลื่อนไหว การดูแล ตนเอง และการมองเห็น ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะมีผลต่อสุขภาพ, ความเป็นอยู่ที่ดี, การมีส่วนร่วมและการ รวมกลุ่มทางสังคม โดยการเข้าถึงเทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกที่ดีขึ้นจะช่วยสนับสนุนการบรรลุ เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนและ รับประกันว่า "จะไม่มีใครถูกทิ้งไว้ข้างหลัง" [5] คนส่วนใหญ่จะต้องใช้เทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกในบางช่วงของชีวิต โดยเฉพาะเมื่อมี อายุมากขึ้น บางคนอาจต้องใช้เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นการชั่วคราว เช่น หลังจากอุบัติเหตุหรือเจ็บป่วย ขณะที่บางคนอาจจาเป็นต้องใช้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานหรือแม้กระทั่งตลอดชีวิต โดยกลุ่มที่มี ความต้องการใช้เทคโนโลยีสิ่งอานวยความสะดวกมากที่สุด ได้แก่ ผู้สูงอายุ เด็กและผู้ใหญ่ที่มีความ พิการผู้ที่มีภ าวะสุขภาพเรื้อรัง เช่น โรคเบาหวาน โรคหลอดเลือดสมอง หรือภาวะสมองเสื่อม (WHO,2024) 2.2 ทฤษฎีทางวิชาการที่ใช้ในการออกแบบ 2.2.1 ทฤษฎีความล้มเหลว (Failure Theories) ในการออกแบบชิ้นส่วนทางวิศวกรรม หนึ่งในประเด็นส าคัญที่ไม่สามารถมองข้ามได้คือ "เกณฑ์ความล้มเหลว" หรือ Failure Criteria ซึ่งเป็นเครื่องมือสาคัญที่ช่วยให้นักออกแบบสามารถ ประเมินได้ว่าส่วนประกอบทางวิศวกรรมมีความแข็งแรงและปลอดภัยเพียงพอสาหรับการใช้งานจริง หรือไม่ เกณฑ์เหล่านี้มีหน้าที่ในการเชื่อมโยงระหว่างคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ ซึ่งมักได้มาจากการ ทดสอบในห้องปฏิบัติการเข้ากับสภาพการใช้งานจริงที่ซับซ้อน ซึ่งในหลายกรณี ชิ้นส่วนต้องเผชิญกับ ความเค้นและความเครียดหลายทิศทางพร้อมกัน การเข้าใจว่าชิ้นส่วนจะ "ล้มเหลว" ภายใต้เ งื่อนไขใด จึงเป็นสิ่งจาเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้การออกแบบมีความน่าเชื่อถือและปลอดภัย สาหรับวัสดุที่มีพฤติกรรมแบบเหนียว (Ductile Materials) เช่น เหล็กกล้า หรืออะลูมิเนียม ซึ่งมักแสดงลักษณะเสียรูปถาวรก่อนที่จะเกิดการแตกหัก เกณฑ์ที่ได้รับความนิยมและน ามาใช้กัน อย่างแพร่หลายคือ ทฤษฎีความเค้น Von Mises หรือที่เรียกในอีกชื่อว่า ทฤษฎีพลังงานความผิดรูป 7 (Distortion Energy Theory) โดยแนวคิดของทฤษฎีนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานว่า ความเสียหายหรือการ ล้มเหลวของวัสดุจะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานความผิดรูปที่สะสมอยู่ในวัสดุถึงค่าที่เท่ากับค่าที่วัสดุนั้น สามารถรับได้ในขณะถูกดึงแบบแกนเดียวจนถึงจุดคราก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทฤษฎี Von Mises ช่วยให้ นั ก ออกแบบสามารถค านวณและประเมิ น สภาพความเค้ น รวมที ่ เ กิ ด ขึ ้ น ในชิ ้ น ส่ ว น แล้ ว น าไป เปรีย บเทีย บกับ ขีดจ ากัดของวัส ดุ เพื่อพิจารณาว่าชิ้นส่ว นนั้นยังอยู่ในช่ว งความปลอดภัยหรือ จาเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแรงเพิ่มเติม [6] ความล้มเหลวจะเกิดขึ้นเมื่อ: 𝑣 = √(𝜎1 − 𝜎2 )2 + (𝜎2 − 𝜎3 )2 + (𝜎3 − 𝜎1 )2 ≥ 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 (2.1) โดยที่: • • • 𝑣 = Vonmises Stress 𝜎1 , 𝜎2 , 𝜎3 = ความเค้นหลัก (Principal Stress) 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 = ความเค้นคราก (Yield Strength) ดังนั้น ในการออกแบบจริง เราจาเป็นต้อง รักษาค่าความเค้น von Mises ให้ต่ากว่าค่าความ เค้นคราก เพื่อให้โครงสร้างปลอดภัยภายใต้การใช้งานและมีอายุการใช้งานยาวนาน (2.2) 𝜎𝑣 < 𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 2.2.2 ทฤษฎีสกรูเกลียวสาหรับการยึดและสกรูส่งกาลัง (Threaded Fasteners and Power Screws) การใช้เกลียวในงานวิศวกรรมมีบทบาทหลักในการแปลงการหมุนให้กลายเป็นแรงดึงหรือแรง กด ซึ่งที่ใช้งานหลัก ๆ คือ การยึดชิ้นงาน โดยในกรณีของ การยึดชิ้นงาน เช่น การใช้โบลต์หรือน็อต กลไกการทางานจะอาศัยแรงพรีโหลดร่วมกับแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของเกลียว เพื่อให้ชิ้นส่วน ถูกยึดไว้แน่นหนา การเลือกขนาดและชนิดของเกลียวจึงต้องสัมพันธ์กับแรงที่ชิ้นงานจะต้องรับ ไม่ว่า จะเป็นแรงดึง แรงเฉือน หรือแรงสั่นสะเทือน นอกจากนี้ ยังต้องคานึงถึงชนิดของวัสดุ และมาตรฐาน เกลียวที่ใช้ เช่น เกลียวแบบเมตริก (Metric Thread) หรือแบบยูนีฟาย (Unified Thread) ดังนั้น การเลือกใช้เกลียวในงานออกแบบใด ๆ ควรเริ่มจากการพิจารณาวัตถุประสงค์หลัก ของชิ้นงาน ว่าเป็นการ ยึด หรือ ขับเคลื่อน เพราะปัจจัยทางเทคนิคที่ต้องพิจารณาในแต่ละกรณีนั้น แตกต่างกันอย่างมีนัยสาคัญ [6] 8 2.3 การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis - FEA) ในการออกแบบ เครื่องช่วยยกผู้ใช้งานลงสู่สระน้า (Pool Lift) หนึ่งในสิ่งที่ไม่อาจมองข้ามได้ เลยคือการวิเคราะห์ความแข็งแรงและความปลอดภัยของโครงสร้าง ทั้งนี้เพราะอุปกรณ์จะต้องรองรับ น้าหนักของผู้ใช้งานซึ่งมีมวลสูงถึง 136 กิโลกรัม หรือมากกว่านั้น ดังนั้นโครงสร้างทั้งหมดจะต้องมี ความมั่นคงเพียงพอ ทั้งในแง่ของความแข็งแรงเชิงกล และความปลอดภัยในการใช้งานจริง แม้การ คานวณทางทฤษฎีจะช่วยให้เราเห็นภาพเบื้องต้นของพฤติกรรมโครงสร้างภายใต้โหลดต่าง ๆ ได้ แต่ใน ความเป็นจริง การประเมินด้วยวิธีการเชิงทฤษฎีเพียงอย่างเดียวอาจไม่ครอบคลุมทุกปัจจัยที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในสภาวะการใช้งานจริงที่มีหลายเงื่อนไขแทรกซ้อน เช่น จุดรับแรง การกระจายน้าหนัก หรือการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของวัสดุเมื่อใช้งานต่อเนื่อง ขณะเดียวกัน การสร้างต้นแบบเพื่อทดสอบทุกกรณีก็ไม่ใช่ทางเลือกที่สะดวกนัก เพราะมักมี ต้นทุนสูง ทั้งในเรื่องของเวลาและทรัพยากร ด้วยเหตุนี้ การวิเคราะห์องค์ประกอบจ ากัด (Finite Element Analysis - FEA) จึงเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในกระบวนการออกแบบ โดย ช่วยให้วิศวกรสามารถจาลองและประเมินพฤติกรรมของชิ้นส่วนภายใต้สภาพโหลดต่าง ๆ ได้อย่าง แม่นยา โดยไม่ต้องพึ่งพาการสร้างต้นแบบจริงเสมอไป FEA จึงกลายเป็นเครื่องมือที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในงานวิศวกรรมสมัยใหม่ ช่วย ลดความเสี่ยงในการออกแบบ และยังเพิ่มความมั่นใจให้กับผู้ใช้งานในด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์ อีกด้วย 2.3.1หลักการพื้นฐานของการวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด (Finite Element Analysis – FEA) การวิเคราะห์องค์ประกอบจากัด หรือที่รู้จักกันในชื่อ Finite Element Analysis (FEA) เป็น เครื่องมือทางวิศวกรรมที่ช่วยให้เราสามารถจาลองและวิเคราะห์พฤติกรรมของชิ้นส่วนหรือโครงสร้าง ต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยา โดยอาศัยหลักการคานวณเชิงตัวเลข (Numerical Method) [7] แทนที่จะต้องทดสอบชิ้นงานจริงทุกครั้ง FEA ช่วยให้เราสามารถ “มองเห็น” ว่าชิ้นส่วนจะ ตอบสนองอย่างไรเมื่อต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมต่าง ๆ เช่น แรงกระทาจากภายนอก แรงภายใน ของชิ้นงานเอง ความดัน อุณหภูมิ หรือแม้แต่แรงสั่นสะเทือน ซึ่งเป็นปัจจัยที่เกิดขึ้นจริงในการใช้งาน กระบวนการนี้จะเริ่มจากการแบ่งชิ้นงานออกเป็นส่วนเล็ก ๆ ที่เรียกว่า “องค์ประกอบจากัด” (Finite Elements) จากนั้นจึงคานวณผลกระทบที่เกิดขึ้นกับแต่ละส่วน แล้วนาผลเหล่านี้มารวมกัน 9 เพื่อดูภาพรวมของทั้งระบบ ทาให้เราสามารถระบุจุดที่มีความเค้นสูง จุดที่อาจเสียหาย หรือพื้นที่ที่ ต้องปรับปรุงได้อย่างแม่นยา โดยไม่จาเป็นต้องพึ่งพาการทดลองจริงในทุกกรณี เพราะความยืดหยุ่น และความแม่นยาที่ FEA มอบให้ จึงไม่น่าแปลกใจที่เทคนิคนี้ได้กลายมาเป็นหนึ่งในเครื่องมือหลักที่ วิศวกรใช้ในขั้นตอนการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้างในหลากหลายอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นยาน ยนต์ อากาศยาน เครื่องกล หรือแม้แต่ทางการแพทย์ 2.3.2 การตรวจสอบคุณภาพเมช (Mesh Quality Check) การตรวจสอบคุณภาพของเมชเป็นขั้นตอนสาคัญที่ใช้ประเมินว่าเมชที่สร้างขึ้นนั้นมีความ เหมาะสมและสามารถสะท้อนพฤติกรรมจริงของโครงสร้างได้ดีเพียงใดในการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์ เอลิเมนต์ (Finite Element Analysis – FEA) จุดมุ่งหมายหลักของกระบวนการนี้คือการทาให้มั่นใจ ว่าเมชที่ใช้นั้นมีความละเอียดและแม่นยาเพียงพอที่จะถ่ายทอดแรง ความเค้น หรือการกระจัดได้อย่าง ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นในการคานวณ และ ทาให้ผลลัพธ์มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นในทางวิศวกรรม 1. การกระจายขององค์ประกอบ (Element Distribution) การกระจายองค์ประกอบของเมชที่ดีมีบทบาทสาคัญในการทาให้การคานวณความเค้นและ การกระจัดมีความถูกต้องและตรงกับพฤติกรรมที่เกิดขึ้นจริงในโครงสร้าง หากเมชถูกกระจายอย่าง สมดุลและสม่าเสมอ จะช่วยลดความผิดพลาดในการคานวณ และหลีกเลี่ยงผลลัพธ์ที่ไม่สมเหตุสมผล เช่น ค่าการกระจัดที่ผิดปกติหรือค่าความเค้นที่สูงเกินไป ซึ่งทาให้อาจนาไปสู่การประเมินที่ผิดพลาด เกี่ยวกับพฤติกรรมทางกลของโครงสร้าง 2. ขนาดขององค์ประกอบ (Element Size) ขนาดขององค์ประกอบ (Element Size) เป็นหนึ่งในปัจจัยที่ส่งผลโดยตรงต่อความละเอียด และความแม่นยาของการจาลองด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ซึง่ ถ้าเราใช้เมชที่ละเอียดมากขึ้น ก็จะ สามารถจับรายละเอียดของพฤติกรรมเชิงกลที่ซับซ้อนได้ดีขึ้น โดยเฉพาะในบริเวณที่มีความเค้นสูงหรือจุดที่เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างเฉียบพลัน อย่างไรก็ ตาม เมชที่ละเอียดมากก็ต้องแลกมาด้วยเวลาในการค านวณที่เพิ่มขึ้น ซึ่งในทางกลับกัน การใช้ เมชหยาบจะช่วยให้ประมวลผลได้เร็วขึ้น แต่ก็อาจพลาดรายละเอียดสาคัญบางอย่างไป ทาให้ผลลัพธ์ อาจไม่สะท้อนพฤติกรรมของวัสดุหรือโครงสร้างจริงได้อย่างครบถ้วน 10 3. การศึกษาการลู่เข้า (Convergence Studies) การศึกษาการลู่เข้า (Convergence Study) เป็นวิธีหนึ่งที่ใช้ตรวจสอบว่าผลลัพธ์จากการ วิเคราะห์ด้วย FEA มีความน่าเชื่อถือมากน้อยแค่ไหน โดยทั่วไปแล้วจะทาโดยการจาลองซ้าหลาย ๆ ครั ้ ง แต่ ล ะรอบจะปรั บ ให้ เ มชมี ค วามละเอี ย ดมากขึ ้ น แล้ ว สั ง เกตว่ า ค่ า ที ่ ไ ด้ จ ากการค านวณ เปลี่ยนแปลงไปมากน้อยแค่ไหน ถ้าพบว่าผลลัพธ์เริ่มเข้าใกล้สู่ค่าคงที่ เมื่อเมชละเอียดขึ้น นั่ นแสดงให้ เห็นถึง ผลลัพธิ์ที่มีความเสถียรและสามารถเชื่อถือ [8] 11 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ และกระบวนการผลิต ในบทนี้จะแสดงให้เห็นถึงขั้นตอนในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ และการดาเนินการ ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบชิ้นงาน โดยออกแบบภายใต้เงื่อนไขที่กาหนด ทั้งเรื่องความต้องการ ของโครงงาน มาตรฐานในการออกแบบ และข้อกาหนดที่เกี่ยวข้องต่อการใช้งาน เพื่อให้ตัวเครื่ อง สามารถพยุงผู้สูงอายุได้อย่างปลอดภัย เคลื่อนที่ได้ รวมถึงใช้งานได้อย่างสะดวก 3.1 ความต้องการของโครงงาน (Requirement) 1.เครื่องช่วยพยุงลงน้าสาหรับการทาธาราบาบัดต้องสามารถเคลื่อนที่ได้ 2.เครื่องช่วยพยุงสามารถรองรับน้าหนัก ผู้ใช้งานไม่ต่ากว่า 136 กิโลกรัม 3.เครื่องช่วยพยุงออกแบบตามมาตรฐาน ADA 3.2 ข้อจากัด (Constraints) 1.ด้านงบประมาณที่ใช้ในการสั่งผลิตและการจัดซื้ออุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างชิ้นงาน 2.ด้านซอฟแวร์ที่ใช้ในการจ าลองโมเดลมีข้อจ ากัดในเรื่องของ license เช่น โปรแกรม Abaqus CAE ของทางนั ก ศึ ก ษาเป็ น Student License Version ซึ ่ ง จ าเป็ น ต้ อ งใช้ ใ นพื ้ น ที ่ ท ี ่ มี เครือข่ายของมหาวิทยาลัยเท่านั้น 3.3 Product Design Specification (PDS) และ มาตรฐานการออกแบบ (Standard) 3.3.1 Product Design Specification (PDS) General Description ชื่อชิ้นงาน: เครื่องพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัด เป็นลิฟท์สระว่ายน้าที่มีกลไกเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้าและสามารถเคลื่อนที่ได้ Function Requirement Basic function: เคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้า Special function: สามารถเคลื่อนที่ไปจุดต่างๆได้ Performance Specification (Key performance target) รับน้าหนักผู้สูงอายุที่ต้องการพยุงได้สูงสุด: 136 กิโลกรัม 12 3.3.2 มาตฐานการออกแบบ (Standard) มาตรฐานถือเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสาคัญที่ต้องพิจารณา เนื่องจากเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นงานที่ ผลิตนั้นสามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพหรือไม่ โดยสาหรับเครื่องพยุงผู้สูงอายุใน การท าธาราบ าบัดนั้น มาตรฐานที่จ าเป็นในการผลิตชิ้นงานนี้คือ พระราชบัญญัติคนพิการ แห่ ง สหรัฐอเมริกา (Americans with Disabilities Act – ADA) ซึ่งเป็นกฎหมายสิทธิพลเมืองของรัฐบาล กลางที่ห้ามการเลือกปฏิบัติต่อบุคคลที่มีความพิการในกิจกรรมประจาวัน โดยสามารถใช้กฏหมายนี้ เป็นเกณฑ์การออกแบบชิ้นงานให้กับผู้สูงอายุที่มีปัญหาด้านการเคลื่ิอนไหวได้เช่น กัน กฏหมาย ADA ส่งเสริมความเท่าเทียมในการเข้าถึงสถานที่บริการและสถานที่สาธารณะต่างๆ ส าหรับสระว่ายน ้า กฏหมาย ADA ได้กล่าวไว้ว่า สิ่งอ านวยความสะดวกที่สร้างใหม่หรือ ปรับเปลี่ยนใหม่ของหน่วยงานสาธารณะและที่พักสาธารณะรวมถึงสระว่ายน ้าจะต้องเป็นไปตาม มาตรฐานปี 2010 ซึ่งได้มีเนื้อหาโดยคร่าวๆ โดยกาหนดว่าสระว่ายน้ามีสองประเภท ได้แก่ สระว่ายน้า ขนาดใหญ่ที่มีผนังสระยาวกว่า 300 ฟุต และสระว่ายน้าขนาดเล็กที่มีผนังสระยาวน้อยกว่า 300 ฟุต สระว่ายน้าขนาดใหญ่ต้องมีทางเข้าออกที่สามารถเข้าถึงได้สองทาง โดยอย่างน้อยหนึ่งทางต้องเป็น ลิฟต์สระว่ายน้าหรือทางเข้าแบบลาดเอียง ส่วนสระว่ายน้าขนาดเล็กจะต้องมีทางเข้าออกที่สามารถ เข้าถึงได้เพียงทางเดียวเท่านั้น โดยต้องเป็นลิฟต์สระว่ายน้าหรือทางเข้าแบบลาดเอียง [9] จากมาตรฐาน ADA ปี 2010 สาหรับการออกแบบที่เข้าถึงได้ มีหมวดที่สาคัญสาหรับการ ออกแบบคือหมวด 1009.2 (Pool lift) เช่น ในหมวด 1009.2.8 (Submerged Depth) ได้ระบุไว้ว่า ลิฟต์จะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้ที่นั่งจมอยู่ใต้น้าได้ลึกอย่างน้อย 18 นิ้ว (455 มม.) จากระดับน้า นิ่ง (รูปที่ 3.1) และในหมวด 1009.2.9 (Lifting Capacity) ได้ระบุไว้ว่า ลิฟต์สระว่ายน้าสาหรับบุคคล เดียวจะต้องมีความจุน้าหนักขั้นต่า 300 ปอนด์ (136 กก.) และต้องสามารถรองรับน้าหนักคงที่ได้ อย่างน้อยหนึ่งเท่าครึ่งของน้าหนักที่กาหนด [10] รูปที่ 3.1 Submerged depth [10] 14 3.4 Concept Generation การออกแบบชิ้นงานจาเป็นต้องออกแบบให้ได้ตามข้อจากัดและความต้องการของโครงงาน ซึ่งในการออกแบบสามารถออกแบบได้หลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบจะมีข้อดีและข้อจ ากัด ที่ แตกต่างกัน เช่น ด้านราคา หรือด้านการใช้งาน โดยในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทา ธาราบาบัด ได้มรี ่วมกันพัฒนาแนวคิดหลัก 2 แบบ เพื่อเปรียบเทียบด้านประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และราคา ดังนี้ Concept 1 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ในการท าธาราบ าบัด โดยออกแบบด้วยระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) ทางานร่วมกับฐานรองและเสากลาง เพื่อให้ที่นั่งสามารถเคลื่อนที่ ในแนวโค้งจากระดับ พื้นสระลงสู่ระดับน ้าได้อย่างนุ่มนวลและปลอดภัย และมีโครงเหล็กวางใน แนวราบเพื่อให้มั่นคงและกระจายน้าหนักได้ดี โครงสร้างหลักทาจากแผ่นเหล็ก และยึดด้วยพินระหว่างกันเพื่อให้มีตวามเบา และแข็งแรง สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ดี พร้อมทั้งออกแบบแขนให้ มีจุดหมุนที่สามารถส่งแรงผ่านคานเพื่อ ยก และลดระดับที่นั่งได้อย่างมั่นคง ส่วนของกระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนบนของตัวเครื่อง เพื่อใช้ส่งแรงผลักได้อย่างมี ประสิทธิภาพ และในส่วนของที่นั่งใช้เป็นเหล็กกล่องเป็นฐานสาหรับวางเก้าอี้เชื่อมต่อ รูปที่ 3.2 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1 15 รูปที่ 3.3 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 1 Concept 2 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัด ชิ้นนี้ออกแบบเพื่อช่วยอานวยความสะดวกใน การขึ้น และลงสระว่ายน้าให้แก่ผู้สูงอายุที่ต้องการทาธาราบาบัด โดยใช้หลักการของระบบกลไกสี่บาร์ ลิงเกจ (Four-bar linkage mechanism) เป็นระบบส่งหลัก เพื่อให้ การยกควบคุมทิศทางได้อย่าง แม่นยา และนุ่มนวล โครงสร้างหลักทาจากเหล็กกล่องเชื่อมต่อกันเพื่อให้มีความแข็งแรง รองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ ดี พร้อมทั้งออกแบบแขนให้หมุนรอบจุดหมุนหลัก สามารถส่งแรงผ่านคานเพื่อยก และลดระดับที่นั่ง ได้อย่างมั่นคง ส่วนของกระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนล่างของตัวเครื่อง เพื่อใช้ส่งแรงผลักให้เครื่อง ขยับขึ้น และลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และในส่วนของที่นั่ง ใช้เป็นแผ่นเหล็กที่ประกบกับตัวแขนหลัก ทั้งสองข้าง เพื่อเป็นฐานสาหรับวางเก้าอี้เชื่อมต่อ 16 รูปที่ 3.4 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2 รูปที่ 3.5 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 2 17 Concept 3 เครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุในการทาธาราบาบัดรูปแบบนี้ใช้หลักการของระบบกลไกสี่บาร์ลิงเกจ (Four-bar linkage mechanism) เป็นระบบส่งหลัก เหมือน concept ที่ 1 และ 2 แต่มีการเปลี่ยน รูปแบบตัวกลไก Linkage ข้อขับของตัวเครื่องจากเหล็กกล่องขนาดใหญ่ 2 ชิ้นเป็นเหล็กกล่องขนาด เล็ก 4 ชิ้นเพือ่ ลดน้าหนักของตัวเครื่องและเพิ่มความแข็งแรงของข้อขับอีกด้วย โครงสร้างหลักจะเหมือน Concept 2 แต่ลิงเกจตัวขับจะเป็น เหล็กกล่องที่มีขนาดเล็กกว่า Concept 2 และจะติดเข้ากับตัวลิงเกจเก้าอี้ตัวละ 4 ด้าน โดยลิงเกจตัวขับ 2 ตัวที่อยู่ด้านล่างจะติด กับเพลาของ Actuator ทาให้รองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้ดีกว่า Concept 2 กระบอกไฮดรอลิกถูกติดตั้งบริเวณแขนล่างของตัวเครื่องเหมือน Concept 2 เพื่อใช้ส่งแรง ผลักให้เครื่องขยับขึ้น และลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนพื้นที่ด้านหลังตัวเครื่องออกแบบเพียงชั้น เดียวเพื่อสามารถวางน้าหนักถ่วงได้อย่างสะดวกสะบาย รูปที่ 3.6 ภาพแสดงแบบร่างทางวิศวกรรมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 18 รูปที่ 3.7 ภาพแสดงเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 3.5 การเปรียบเทียบ Concept เชิง Industrial design ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบ Concept หัวข้อที่ใช้ Concept 1 เปรียบเทียบ Aesthetics มีความสวยงามมากที่สุด ความ เนือ่ งจากตัวเหล็กข้อขับ สวยงาม เป็นเหล็กแผ่นที่มีการตัด คว้านเพื่อลดน้าหนัก Ergonomics มีน้าหนักเบาทาให้เข็นได้ (Userง่าย แต่มีด้ามจับที่ friendly) ค่อนข้างสูงซึ่งแจทาให้ ผู้ใช้งานเข็นยาก Concept 2 มีความสวยงามน้อย เนื่องจากข้อขับหรือลิงเกจ เป็นเหล็กกล่องขนาดใหญ่ และไม่มีด้ามจับเพื่อเข็นรถ ไปข้างหน้า Concept 3 มีความสวยงาม มากกว่า Concept 2 แต่ไม่เท่า Concept 1 เนื่องจักตัวข้อขับถูก แทนที่ด้วยเหล็กกล่อง ขนาดเล็กแต่โครงสร้าง ฐานมีความสวยงาม มากกว่า 2 แบบแรก ความสะดวกสบายในการ มีความสะดวกสบาย ใช้งานใกล้เคียง Concept มากที่สุดเนื่องจากด้าม 1 แต่อาจมีน้าหนัก จับถูกออกแบบมาให้ มากกว่า เข็นตัวเครื่องได้ง่าย 19 และมีที่วางน้าหนักถ่วง ที่มีความเหมาะสม Cost ต้นทุน ใช้ต้นทุนมากที่สุด ใช้ต้นทุนน้อยกว่า ใช้ต้นทุนน้อยที่สุด เนื่องจากข้อขับของ Concept 1 เนื่องจากตัว เนื่องจากเกือบทั้ง ตัวเครื่องต้องผ่านงาน ข้อขับเป็นเหล็กกล่อง ตัวเครื่องเป็นเหล็ก เครื่องมือกล (Machining) ขนาดใหญ่ที่ไม่ต้องกัดเนื้อ กล่องที่ไม่ต้องผ่าน หลายขั้นตอนเช่น การกัด เหล็กเพื่อลดน้าหนัก กระบวนการผลิตที่ เนื้อเหล็กออกเพื่อลด ตัวเครื่องออกแต่ยังคงมี ซับซ้อนจึงใช้ต้นทุน น้าหนักตัวเครื่องซึ่งเป็น กระบวนการผลิตอื่นที่ใช้ น้อยที่สุด งานประณีตจึงมีต้นทุน ต้นทุนมาก มาก จากการเปรียบเทียบในแต่ละ Concept แล้วพบว่า Concept 3 มีความเหมาะสมที่สุดที่จะ นาไปทาเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุตัวต้นแบบเนื่องจากมีความสวยงาม, ใช้งานง่าย และมีต้นทุนการผลิต ตา่ 3.6 การวิเคราะห์ Function ของตัวเครื่อง จากข้อสรุปที่ว่าเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 เป็น Concept ที่ถูกเลือกมาใช้เป็นตัว ต้นแบบ โดยผ่านการวิเคราะห์และเปรียบเทียบกับ Concept อื่นๆ ทั้งในด้านความสวยงาม, ความ สะดวกสบาย และต้นทุนการผลิต นอกจากนี้ ยังควรมีการวิเคราะห์ฟังก์ชันของ Concept ที่เลือกทั้ง ในด้านขนาดโดยรวมเพื่อดูความเหมาะสมในการนาไปใช้งานจริง และดูว่าเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุที่เรา ออกแบบมา มีฟังก์ชันที่ตรงกับมาตรฐานหรือไม่ 20 3.6.1 ขนาดโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ Concept 3 รูปที่ 3.8 ภาพด้านหนาและขนาดความกว้างโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.9 ภาพด้านข้างและขนาดความสูงโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.10 ภาพด้านบนและขนาดความยาวของฐานเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ 21 รูปที่ 3.11 ภาพด้านบนและขนาดความยาวโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ รูปที่ 3.12 ภาพด้านข้างและขนาดของกลไกลิงเกจการยกผู้สูงอายุโดยรวมของเครื่องช่วยยกผู้สูงอายุ 22 3.6.2 Standard requirements มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเป็นไปตาม ADA standards for accessible design ป็นมาตรฐานที่กาหนดขึ้นเพื่อให้สิ่งปลูกสร้างและอุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถเข้าถึงและใช้งานได้อย่างเท่า เทียมสาหรับทุกคน โดยครอบคลุมข้อกาหนดด้านขนาด ระยะเอื้อม การรองรับน้าหนัก ความมั่นคง และความปลอดภัยในการใช้งาน เป็นต้น ดังนั้นผู้จัดทาจึงมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบขนาดของ ชิ้นส่วนต่างๆที่ออกแบบให้สอดคล้องกับมาตรฐานในหัวข้อ 1009.2 Pool lifts โดยมีข้อกาหนดต่างๆ ดังนี้ 1. ข้อกาหนด 1009.2.3 clear desk space ด้านข้างของที่น ั่งซึ่งอยู่ตรงข้ามกับด้านน ้า ต้องจัดให้มีพื้นที่ว่างบนพื้น ( deck space) ที่ชัดเจน โดยวางขนานกับที่นั่ง พื้นที่ดังกล่าวต้องมีความกว้างไม่น้อยกว่า 36 นิ้ว (915 มม.) และต้องยื่นไปด้านหน้าไม่น้อยกว่า 48 นิ้ว (1220 มม.) โดยวัดจากเส้นที่อยู่ห่าง จากขอบหลังของที่นั่ง 12 นิ้ว (305 มม.) พื้นที่ว่างบนพื้นนี้ต้องมีความลาดเอียงไม่ชันเกิน 1:48 รูปที่ 3.13 ภาพแสดง ข้อกาหนด 1009.2.3 รูปที่ 3.14 ภาพแสดง ขนาดที่ออกแบบ 23 จากภาพที่ 3.13 แสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะห่างจากตัวเครื่องเทียบกับ กลไกยกเมื่อยืด ออกไป ควรมีขนาดอย่างต่าอยู่ที่ 12 นิ้ว หรือ 305 มิลลิเมตร จากการออกแบบของผู้จัดท ามี ขนาดออกแบบอยู่ที่ 382 มิลลิเมตรซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน 2. ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ความสูงของที่นั่งของเครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้สามารถหยุดได้ที่ระดับ ความสูง ไม่น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) และไม่เกิน 19 นิ้ว (485 มม.) โดยวัดจากพื้น (deck) ถึงผิวด้านบนของที่นั่ง เมื่อที่นั่งอยู่ในตาแหน่งยกขึ้น (ตาแหน่งรับน้าหนัก) รูปที่ 3.15 ภาพแสดง ข้อกาหนดความสูงของเบาะนั่ง รูปที่ 3.16 ภาพแสดง ระยะของเบาะนั่ง จากภาพดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะห่างความสูงจากพื้นเทียบกับเบาะนั่งเป็นไปตาม มาตรฐานที่กาหนดไว้ 405 มิลลิเมตรและไม่เกิน 485 มิลลิเมตร จากเครื่องออกแบบอยู่ที่ขนาด 474 มิลลิเมตร 24 3. ข้อกาหนด 1009.2.5 Seat width ที่นั่งต้องมีความกว้าง ไม่น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) รูปที่ 3.17 ภาพแสดง ระยะของเบาะ 4. ข้อกาหนด 1009.28 Submerged Depth. เครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้ที่นั่งสามารถจมลงใต้น้าได้ลึก ไม่น้อยกว่า 18 นิ้ว (455 มม.) วัดจากระดับผิวน้าที่อยู่นิ่ง รูปที่ 3.18 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่ง 25 รูปที่ 3.19 ภาพแสดง ระยะการจมน้าของเบาะนั่งของเครื่องที่ออกแบบ จากภาพดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าข้อกาหนดระยะของการจมของเบาะนั่งตามที่ข้อกาหนดขั้นต่าไว้ ที่ 18 นิ้ว หรือ 455 มิลลิเมตร โดยเครื่องที่ผู้ออกแบบมีค่าจมน้าอยู่ที่ 507 มิลลิเมตร ซึ่งเป็นไปตาม มาตรฐานกาหนด 3.7 กระบวนการออกแบบเชิงแนวคิดและการประดิษฐ์กลไกต้นแบบ ในการออกแบบเครื่องช่ว ยพยุงผู้ส ูงอายุ จ าเป็นต้องใช้ แนวคิด ความรู้ในหลากหลายวิช า ประกอบด้วยวิชา Machinery ในด้านการออกแบบตัว กลไกของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ เพื่อให้ สามารถย้ายตาแหน่งผู้สูงอายุขึ้นลงจากสระว่ายน้าได้อย่างถูกต้อง, วิชา Mechanical Design ในการ วิเคราะห์และค านวณตรวจสอบความล้มเหลวของตัว เครื่ องตามทฤษฎี ความล้ มเหลว (Failure Theories) และวิชา Computer-Aided Engineering (CAE) ในการใช้โปรแกรมช่วยวิเคราะห์ความ ล้มเหลวด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Analysis: FEA 3.7.1 ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์เป็นแนวคิดที่สาคัญที่ใช้ในการออกแบบเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งแนวคิดนี้จะทาให้ให้เก้าอี้คงท่านั่งตั้งฉากตลอดการเคลื่อนที่ โดยกลไกข้อหมุน สี่บาร์จะประกอบด้วยชิ้นส่วนส าคัญ 4 ชิ้นหลัก (Links) ประกอบด้วย link 1 คือ Frame หรือฐาน เครื่อง เป็นโครงสร้างที่ยึดติดกับพื้น ทาหน้าที่ยึดจุดหมุนทั้งหมดของระบบ, Link 2 คือข้อขับ (Driver) ซึ่งอาจหมุนรอบ หรือ สามารถวิ่งไป-กลับ (oscillate) ได้, Link 3 คือข้อกลาง เป็นตัวถ่ายทอดการ เคลื่อนที่สู่ Link 4 และ Link 4 คือตัวถูกขับ (output) ในที่นี้เป็นแขนแนวตั้งที่ต่อกับชุดเก้าอี้ ทา หน้าที่รองรับและยกผู้ใช้งานขึ้น–ลงอย่างมั่นคง [12] 26 รูปที่ 3.20 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยกสูงสุด รูปที่ 3.21 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกยืดออกไกลสุด รูปที่ 3.22 ภาพแสดง trace path เมื่อกลไกอยู่ต่าสุด จากการออกแบบระยะของกลไกข้อหมุนสี่บาร์ (Four-bar linkage mechanism) แสดงให้ เห็นการทางานในแต่ละช่วงของการยกผู้สูงอายุเพื่อให้สอดคล้องตามมาตรฐานที่กาหนด 27 3.7.2 กลไกการยก (Lifting mechanism) ระบบกลไกข้อหมุนสี่บาร์ไม่สามารถเคลื่อนที่เองได้จึงจาเป็นต้องมีสิ่งที่ช่วยให้กลไกขับเคลื่อน ไปได้ เช่น มอเตอร์, แอคชูเอเตอร์ หรือระบบไฮดรอริก ซึ่งแต่ละอย่างมีความแตกต่างกันในเรื่องการ เคลื่อนไหว และพลังงงานขับเคลื่อนเช่น แอคชูเอเตอร์ (Actuator) สามารถแบ่งตามการเคลื่อนไหว เป็นแอคชูเอเตอร์เชิงเส้น (Linear Actuator), แอคชูเอเตอร์แบบหมุน (Rotary Actuator) หรือแอค ชูเอเตอร์หลายแกน (Multi-axis Actuator) และสามารถแบ่งตามพลังงานขับเคลื่อนได้เช่น แอคชูเอ เตอร์ ไ ฟฟ้ า (Electric Actuator) หรื อ แอคชู เ อเตอร์ ไ ฮดรอริ ก (Hydraulic Actuator) จากการ ออกแบบ Linear electrical actuator มีความเหมาะสมกับเครื่องพยุงผู้สูงอายุมากกว่าเนื่องจากมี น้าหนักเบาและง่ายต่อการออกแบบและติดตั้งทให้ผู้จัดทาเลือกใช้ประเภทนี้ในการใช้งาน รูปที่ 3.23 การประกอบ Linear actuator เข้ากับกลไกตัวยก รูปที่ 3.24 Linear electrical actuator 28 1. Linear Electrical Actuator Specification ตารางที่ 3.2 General Description Specification Description Type Electric linear actuator Main application Medical / Home care Operation Patients lifting into pool Motor technology DC motor ตารางที่ 3.3 Electrical specification Specification Value/Requirement Input voltage 24 Speed full load 4 -12 NO Load Torque N/A Maximum force lifting ≥ 12000 Noise level ≤ 50 ตารางที่ 3.4 Mechanical specification Specification Value/Requirement Maximum stroke length 300 Front connector Drilled Hole with Bushing, 13mm Rear Connector Drilled Hole with Bushing, 13mm Clevis ends yes Screw ACME screw Ambient operating 5 - 40 temperature 29 Unit V mm/s N db Unit mm mm mm ºC ตารางที่ 3.5 Physical dimension (A) (B) รูปที่ 3.25 แสดงการทางานของ actuator ก่อนยืด และหลังยืด A B Stroke length design 795 mm 495 mm 300 mm 30 3.8 การคานวนหาแรงขั้นต่าของ Linear actuator รูปที่ 3.26 Analysis of the force on simple lifting mechanism. โดยที่: W= น้าหนัก (1400 N) F = Linear Actuator Force d, max = ระยะสูงของ Linear actuator l1 = ความยาวของระยะ linkage (mm) l2 = ความยาวจากจุดที่แรง Actuator กระทาไปจนถึงจุดหมุน A S.F. = ค่าความปลอดภัย (กาหนดไว้ที่ 1.5) Ø = 40.7 องศา α=33.98 องศา จากนั้นคานวนหาแรงที่ Actuator กระทาโดยการคิดโมเมนต์จุดหมุน A ∑ 𝑀𝑎 = 0 ∶ 𝐹1 × 𝐿2 = 𝑊1 × 𝑙1 × 𝑆. 𝐹. (3.1) ดังนั้นสมการการคานวนหาแรงของ Actuator คือ 𝐹= (𝑊 sin Ø)×L1×S.F. (sin α)×l2 แทนค่าของตัวแปรใส่สมการที่ 3.2 เพื่อหาค่าแรงออกมา คือ F = 8274.701 (N) 31 (3.2) 3.9 การคานวณเพื่อหาน้าหนักถ่วง รูปที่ 3.27 ภาพ 2 มิติของมุมมอง side view ของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ จากรูปที่ 3.27 แสดงระยะของแรงถึงจุดหมุนและแรงภายนอกที่กระท าต่อตัวเครื่อง โดย กากบาทสีน ้าเงินในภาพจะเป็นจุดหมุนซึ่งเป็นล้อหน้าของตัวเครื่อง แรง Counterweight (Cw ) สีชมพูในภาพจะเป็นแรงที่น้าหนักถ่วงกระทากับตัวเครื่องและ แรง Body weight (w) สีเขียวจะเป็น แรงรวมของผู้สูงอายุ, ลิงเกจ, เก้าอี้ และได้คิดรวมปัจจัยความปลอดภัย หรือ Safety Factor ที่มีค่า เท่ากับ 1.5 ทาให้แรง Body weight (w) มีค่าเท่ากับ 2040 N ในการคานวณเราจะใช้หลักการสมดุลโมเม้นจะได้สมการดังนี้ ∑ 𝑀𝑎 = 0 ∶ 2040 × (655.4 × 10−3 ) = 𝐶𝑤 × (990 × 10−3 ) เมื่อคานวณออกมาจะได้ค่าน้าหนักถ่วงหรือ Counterweight (Cw) = 1400 N หรือ 140 Kg 32 3.10 การคานวณเพื่อหาแรงที่ต้องใช้ผลักเพื่อให้เครื่องเคลื่อนที่ สิ่งที่ใช้สำหรับประกอบกำรคำนวณ ดังนี ้ - น้าหนักถ่วง (𝑚𝑐 ) = 140 kg. - น้าหนักผู้ใช้งาน (คิดขั้นตามตามที่มาตรฐานกาหนดขั้นต่า 136 kg. ขึ้นไป) 𝑚𝑜 = 136 kg. - น้าหนักโครงสร้าง ( Frame + Seat + Actuator + Base + Wheels ) 𝑚𝑠 = 77.39 kg. - เป็นเครื่องที่มีล้อยาง เข็นบนพื้นเรียบ คอนกรีต/กระเบื้อง 𝜇 = 0.02 วิธีการคานวณ คิดน้าหนักรวมของระบบ กรณีที่ 1 ไม่มีคนนั่ง มวลเมื่อไม่มีคนนั่ง 𝑚𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 140 + 77.39 = 217.39 𝑘𝑔 แรงที่ต้องใช้ผลัก 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 𝜇𝑁 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 𝜇𝑚𝑔 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 0.02 𝑥 217.39 𝑥 9.81 𝐹𝑒𝑚𝑝𝑡𝑦 = 42.6519 𝑁 = 4 𝑘𝑔 กรณีที่ 2 มีคนนั่ง มวลเมื่อไม่มีคนนั่ง 𝑚𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 140 + 77.39 + 136 = 353.39 𝑘𝑔 33 แรงที่ต้องใช้ผลัก 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 𝜇𝑁 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 𝜇𝑚𝑔 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 0.02 𝑥 353.39 𝑥 9.81 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 69.3351 𝑁 = 7 𝑘𝑔 สรุป แรงที่ต้องใช้ผลักกรณีที่ไม่มีคนนั่งต้องออกแรงประมาณ 4 𝑘𝑔 ส่วนแรงที่ต้องใช้ผลักกรณีที่มีคนนั่งต้องออกแรงประมาณ 7 𝑘𝑔 3.11 การตรวจสอบความเสถียรภาพ หนึ่งในสาเหตุของการพลิกคว่า ของเครื่องพยุงผู้สูงอายุ คือการที่มีจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องอยู่ บริเวณภายนอกตัวเครื่องซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ใช้งานและผู้ดูแลได้ ในการศึกษานี้ได้ทา การวิเคราะห์ตาแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของเครื่องในภาพรวมของระบบ โดยพิจารณาหลายกรณีการทางาน ได้แก่ สภาวะยกผู้ใช้งานสูงสุด สภาวะยกผู้ใช้งานต่าสุด และสภาวะที่แขนยกยื่นออกไปมากที่สุด 34 รูปที่ 3.28 Analysis of the force on simple lifting mechanism (1). รูปที่ 3.29 Analysis of the force on simple lifting mechanism (2). รูปที่ 3.30 Analysis of the force on simple lifting mechanism (3). จากผลการตรวจสอบจุดศูนย์ ถ่วงของเครื่องพยุงผู้สูงอายุสาหรับการทาธาราบาบัดพบว่าใน แต่ละตาแหน่งของเครื่อง ตั้งแต่สภาวะยกผู้ใช้งานสูงสุด สภาวะยกผู้ใช้งานต่าสุด และสภาวะที่แขนยก ยื่นออกไปมากที่สุด จุดศูนย์ถ่วง ยังอยู่ภายในบริเวณความกว้าง ยาวของฐานที่ได้ออกแบบตลอดช่วง การทางาน 35 3.12 การวิเคราะห์ความล้มเหลวด้วยวิธี Finite Element ในการวิเคราะห์ ความแข็งแรงของโครงสร้างเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ มีการด าเนินการเชิง ตัว เลขโดยใช้โปรแกรม Solidworks และ Abaqus CAE โดยมีการวิเคราะห์ วัตถุเชิง สถิต (Static Analysis) ในตาแหน่งที่มีความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวสูงสุด ซึ่งเป็นจุดที่โครงสร้างรับความเค้น สูงสุด และนาผลการเสียรูป (Deformation) และความเค้น (Stress) มาประเมินความมั่นคงแข็งแรง ของโครงสร้างโดยรวมของเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ 3.13 ขั้นตอนกระบวนการผลิต วัสดุที่ใช้สาหรับกระบวนการผลิต 1. Linear actuator. 12000N/24V 2. เหล็กกล่อง 2x2x3.2 นิ้ว 3. เหล็กกล่อง 50x25 มิลลิเมตร 4. เหล็กกล่อง 50x50 มิลลิเมตร 5. เหล็กกล่อง 19x19 มิลลิเมตร 6. เหล็กเพลท 8x8 นิ้ว หนา 6 มิลลิเมตร 7. เหล็กเพลท 6x6 นิ้ว หนา 6 มิลลิเมตร 8. แบร์ริ่ง NSK 6302 DDU 9. เก้าอี้พลาสติกเกรดกันน้า และคลอรีน 10. POM สีขาว เส้นผ่านศูนย์กลาง 45 มิลลิเมตร 11. ล้อยางแบบแป้นหมุนได้ มีเบรก 12. ล้อยางแบบแป้นหมุนไม่ได้ ไม่มีเบรก 36 จานวน (ชิ้น) 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 2 2 กระบวนการผลิต กระบวนการที่ 1 การเตรียมชิ้นงาน หลังจากทา Shop floor drawing เสร็จ ต้องมีการ เตรียมชิ้นงาน ความยาวของชิ้นส่วนต้องเป็นไปตามงานออกแบบโดยนาเหล็กที่เตรียมมาวัดความยาว ให้ได้ขนาดและใช้เครื่องตัดเหล็กในการตัดชิ้นงานดังรูปที่ 3.31 รูปที่ 3.31 ขั้นตอนกระบวนการตัดเหล็กเพื่อเตรียมชิ้นงาน กระบวนการที่ 2 กระบวนการเชื่อมฐานของเครื่องพยุง หลังจากที่ตัดเหล็กตามขนาดที่ ออกแบบแล้วจากนั้นนาเหล็กมาเข้าสู่การเชื่อมเข้าด้วยกัน ดังรูปที่ 3.32 รูปที่ 3.32 ขั้นตอนกระบวนการเชื่อมของฐาน 37 กระบวนการที่ 3 ขั้นตอนการผลิตส่วนของชุดกลไกล โดยนาเหล็กขนาดที่เตรียมไว้สาหรับ งานชุดกลไกมาเจาะรูให้ได้ตามแบบโดยอาศัยเครื่องกัด (Milling) ดังรูปที่ 3.33 รูปที่ 3.33 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก กระบวนการที่ 4 ขั้นตอนการกลึงเพลาจุดหมุนของกลไก โดยนาเพลามากลึงให้ได้ขนาด ตามที่ออกแบบไว้ให้ได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความยาวของเพลา ดังรูปที่ 3.34 รูปที่ 3.34 ขั้นตอนกระบวนการผลิตชุดกลไกแขนยก 38 กระบวนการที่ 5 ขั้นตอนการประกอบชิ้นงาน หลังจากผลิตชิ้นงานทั้งชุดของฐานและชุด กลไกการยกผู้สูงอายุแล้ว นามาประกอบรวมกันโดยใช้ Bolt และ Nut เป็นจุดยึด ดังรูปที่ 3.35 รูปที่ 3.35 ขั้นตอนประกอบชิ้นงานเข้าด้วยกัน 39 บทที่ 4 ผลการดาเนินการ ในบทนี้จะนาเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ Concept ที่ 3 มาทาเครื่องต้นแบบ โดยอ้างอิงจาก ผลลั พ ธ์ ก ารจ าลองจากโปรแกรมในคอมพิ ว เตอร์ ซึ ่ ง จะแสดงให้ เ ห็ น ถึ ง การใส่ ต ั ว แปรต่ า งๆ (Parameters), การประกอบตัว เครื่องแต่ล ะชิ้น (Interaction) และเงื่อนไขขอบเขต (Boundary Conditions) โดยใช้ฟังก์ชันในโปรแกรมจาลอง 4.1 การตั้งค่าพารามิเตอร์ในโปรแกรม Abaqus ในขั้นตอนการจาลองโดยใช้โปรแกรม Abaqus โดยจาลองเพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรงของ Actuator และ จาลองเพื่อรับรองความถูกต้องของ Balance Load ได้มีการกาหนดวัสดุและเงื่อนไข การทางานดังนี้: คุณสมบัติวัสดุที่ใช้: ใช้วัสดุของตัวเครื่องเป็นเหล็กกล้าเกรด ASTM A36 ทั้งหมดยกเว้นเก้าอี้ และลิงเกจที่ติดกับเก้าอี้ที่ต้องจมน้าจะเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมหรือสแตนเลส AISI 304 Assembly: Dependent (Mesh on part) Step: Dynamic เนื่องจากต้องการเห็นความแข็งแรงของตัวเครื่องเมื่อตอนกาลังเคลื่อนที่ยก ผู้ป่วยขึ้นและลงจากสระว่ายน้า การประกอบ (Interaction): ส่ ว นที ่ เ ป็ น การเชื ่ อ มติ ด กั น ใช้ Tie constraint, ใช้ Axial connector แบบ Linear กับการเคลื่อนที่ของ Actuator และ ใช้ Hinge connector กับจุดหมุ น ของลิงเกจและจุดหมุนของ Actuator Load: ใส่แรงโน้มถ่วง 9.81 kg.m/s^2, แรงที่เกิดจากตัวผู้สูงอายุ 136 kg ,แรงของน้าหนัก ถ่ว งที่ค านวณมา และการเคลื่อนที่ของ Actuator 300 mm อ้างอิงระยะจาก Linear Electrical Actuator Specification Boundary Conditions: Encastre fix ที่ฐานตัวด้านจับสาหรับ Model ที่จาลองเพื่อหา ความแข็งแรงของเพลา Actuator, สาหรับ Model ที่จาลองหา Balance force ใช้ Mesh: C3D10M (3D solid, quadratic tetrahedral, 10-node, modified formulation) 40 4.2 ผลลัพธ์จากการจาลองทางคอมพิวเตอร์ 4.2.1 ผลลัพธ์จากการจาลองน้าหนักถ่วง รูปที่ 4.1 ผลการจาลองความเสถียรภาพเครื่องช่วงยกผู้สูงอายุหลังวางน้าหนักถ่วง จากรูปที่ 4.1 พบว่า เมื่อได้วางน ้าหนักถ่วงลงบนหลังตัวเครื่องช่วยพยุงผู้สูงอายุ พบว่า ตัว เครื่องมีการเอนลงไปด้านหลังประมาณ 1.02 mm ในช่ว ง 0.5 วินาที บ่งบอกว่า น ้าหนักถ่วง สามารถสมดุลตัวเครื่องไม่ให้พลิกคว่าไปข้างหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ 4.2.2 ผลลัพธ์จากการจาลองการรับภาระของเพลาที่ติดกับ Actuator รูปที่ 4.2 ผลการจาลองภาระแรงทั้งหมดที่เพลาของ Actuator ต้องรับ จากรูปที่ 4.2 พบว่าเพลาของ Actuator มีความเค้นสูงสุด เมื่อให้ตัวเครื่องพยุงผู้สูงอายุ รับ น้าหนักที่ประมาณ 200 กิโลกรัม อยู่ที่ 198.6 MPa ซึ่งแสดงให้เห็นว่า เพลายังไม่เสียรูปและท าให้ ตัวเครื่องยังมีความปลอดภัยเนื่องจากเพลาทามาจากวัสดุเหล็กกล้าเกรด ASTM A36 ที่มีความเค้น ครากอยู่ทปี่ ระมาณ 250 MPa ซึ่งเพลาของ Actuator ยังคงมีความเค้นที่ต่ากว่าความเค้นคราก 41 4.3 แบบร่าง BOM การประกอบ และแบบร่างสาหรับการผลิตในโรงงาน แบบร่าง BOM ของเครื่องพยุงผู้สูงอายุสาหรับการทาธาราบาบัด รูปที่ 4.3 แบบร่าง BOM Shop floor ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของที่นั่ง รูปที่ 4.4 เหล็กฉากสาหรับเชื่อมต่อของพนักวางแขน 42 รูปที่ 4.5 ฐานโครงเหล็กเชื่อมต่อกับที่นั่ง รูปที่ 4.6 เหล็กแนวแกน y เชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างของเก้าอี้กับโครงสร้างหลักของตัวเครื่อง 43 รูปที่ 4.7 พนักวางแขน Shop floor ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับตัวโครงสร้างของเครื่อง รูปที่ 4.8 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านบน 44 รูปที่ 4.9 ชิ้นส่วนกลไกของชุดยกด้านล่าง รูปที่ 4.10 เหล็กแผ่นสาหรับยึดติดกับฐาน 45 รูปที่ 4.11 เหล็กกล่องตั้งฉากสาหรับการนั่ง รูปที่ 4.12 เหล็กกล่องเอียงสาหรับการประคองกลไกชุดยก 46 รูปที่ 4.13 แผ่นเหล็กประคอง รูปที่ 4.14 แผ่นเหล็กสาหรับประคอง Linear Actuator 47 รูปที่ 4.15 เหล็กสาหรับจุดหมุนของแขนยก รูปที่ 4.16 POM สาหรับประคองกลไกชุดยกด้านหน้า 48 รูปที่ 4.17 เพลาเกลียวเป็นจุดหมุนของกลไกชุดยก 49 4.4 การทดสอบ 4.4.1 การทดสอบความสามารถในการรับโหลดของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า การทดสอบนี้ เป็นการทดลอบเพื่อพิจารณาว่า Linear Actuator สามารถรับน้าหนักได้สูงสุด เท่าใดโดยไม่เกิดการรูดตัว การทดลองดาเนินการโดยเพิ่มโหลดแบบขั้นบันได และวัดค่าการเคลื่อนที่ ของแกน Actuator ภายใต้แรงโน้มถ่วง ทาการทดสอบโดยใช้แผ่นน้าหนัก 40 80 120 และ 150 กิโลกรัม แต่ละโหลดจะทดสอบที่ระยะความสูงของเพลา actuator ที่ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร ผลการทดลองจะแสดงให้เห็นว่าโหลดสูงสุดที่ Actuator สามารถรับได้โดยไม่เกิดการรูดลงมีค่าเท่ากับ เท่าไหร่ วัตถุประสงค์ (Objectives) 1. เพื่อหาน้าหนักสูงสุดที่ Actuator รับได้โดยไม่เกิดการรูดในสภาวะไม่มีไฟฟ้า 2. เพื่อศึกษาพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของ Actuator เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น 3. เพื่อเปรียบเทียบผลทดลองกับทฤษฎี self-locking condition ขั้นตอนการทดลอง 1. วางโหลดขนาด 40 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.18-4.19 การทดลองการรับโหลดขนาด 40 กิโลกรัมของ Actuator 50 2. วางโหลดขนาด 80 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.20-4.21 การทดลองการรับโหลดขนาด 80 กิโลกรัมของ Actuator 3. วางโหลดขนาด 120 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.22-4.23 การทดลองการรับโหลดขนาด 120 กิโลกรัมของ Actuator 51 4. วางโหลดขนาด 150 กิโลกรัมลงบนเก้าอี้ จากนั้นวัดความสูงของเพลา actuator ที่ระยะ 300 250 200 และ 0 มิลลิเมตร จากนั้นตรวจสอบว่ามีการเลื่อนของเพลาหรือไม่ รูปที่ 4.24-4.25 การทดลองการรับโหลดขนาด 150 กิโลกรัมของ Actuator 52 ตารางบันทึกผลการทดลอง เพิ่มโหลด และตัดไฟ ดูความสามารถในการ self-lock ของแต่ละระยะความสูงของเพลา actuator ตารางที่ 4.1 แสดงผลการทดลองความสามารถในการ self-lock เมื่อรับโหลด ของ actuator ครั้งที่ โหลด ( kg ) แรง (N) 1 40 392.4 2 80 784.8 3 120 1177.2 4 150 1471.5 ความยาวเพลาของ Actuator (mm.) ระยะการรูดตัว (mm.) 300 250 200 0 300 250 200 0 300 250 200 0 300 250 200 0 - หมายเหตุ การวิเคราะห์ผล จากผลการทดลองในตาราง พบว่าได้ทาการทดสอบ Linear Actuator ภายใต้โหลด 4 ระดับ ได้ แ ก่ 40, 80, 120 และ 150 kg (คิ ด เป็ น แรงประมาณ 392.4, 784.8, 1177.2 และ 1471.5 N ตามลาดับ) โดยพิจารณาที่ระยะความยาวเพลาหลายตาแหน่ง คือ 0, 200, 250 และ 300 mm ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ในทุกช่วงของโหลดและทุกระยะความยาวเพลา ค่าระยะการ ทรุดตัว เป็น 0 ซึ่งสามารถตีความได้ว่า ไม่เกิดการเคลื่อนที่ (No Slip / No Back Driving) หลังจาก ตัดไฟฟ้าออกจากระบบ จากพฤติกรรมดังกล่าว แสดงให้เห็นว่า actuator มีความสามารถในการ self-lock ได้อย่าง สมบูรณ์ในทุกเงื่อนไขที่ทาการทดสอบ แม้ในกรณีที่ใช้โหลดสูงสุด (150 kg หรือ ~1471.5 N) และ เพลายืดที่ระยะสูงสุด (300 mm) ดังนั้น actuator ตัวนี้มีความเสถียรสูงในการรับโหลดแบบคงที่ใน สภาวะไม่มีพลังงานไฟฟ้า 53 สรุปผลการทดลอง จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า Linear Actuator ที่นามาทดสอบมีความสามารถในการ self-lock ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทุกช่วงโหลด (40–150 kg) และทุกระยะความยาวเพลา (0–300 mm) เมื่อทาการตัดไฟฟ้าออกจากระบบ ไม่พบการทรุดตัวหรือการเคลื่อนที่ของเพลาในทุกกรณี แสดงให้เห็นว่า actuator สามารถรับโหลดและคงตาแหน่งได้โดยไม่ต้องพึ่งพาพลังงานไฟฟ้า ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า actuator มีความเหมาะสมสาหรับการใช้งานที่ต้องการความ ปลอดภัยสูง เช่น ระบบยก (lifting system) ,อุปกรณ์ช่วยผู้ใช้งาน (เช่น pool lift) ,ระบบที่ต้องคง ตาแหน่งแม้เกิดไฟฟ้าขัดข้อง อย่างไรก็ตามควรมีการทดสอบเพิ่มเติมในสภาวะที่โหลดสูงกว่านี้ หรือใน ระยะยืดที่มากขึ้น รวมถึงการทดสอบระยะยาว (long-term test) เพื่อประเมินการสึกหรอ และความ น่าเชื่อถือของระบบในระยะยาว 4.4.2 การทดสอบเพื่อดูความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่องบริเวณทางลาดชัน การทดลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบว่าเครื่อง Pool Lift สามารถเข็นขึ้นทางลาดชันได้ หรือไม่ โดยทาการทดลองในมุมลาดที่กาหนด และสังเกตความสามารถในการเคลื่อนที่ของเครื่อง ภายใต้แรงมนุษย์ ผลการทดลองจะช่วยประเมินความเหมาะสมในการใช้งานจริงและข้อจากัดของการ เคลื่อนย้ายเครื่อง วัตถุประสงค์ (Objectives) 1. เพื่อทดสอบว่า Pool Lift สามารถเข็นขึ้นทางลาดได้หรือไม่ 2. เพื่อระบุมุมลาดสูงสุดที่สามารถเข็นได้ 3. เพื่อประเมินความสะดวกในการใช้งานจริง 54 ขั้นตอนการทดลอง ทดสอบการเข็นตามความชันแต่ล ะองศาต่างๆ ดังนี้ 0 5 10 15 และ 20 องศา จากนั้น ตรวจสอบว่าสามารถทางานได้หรือไม่ และใช้แรงในการเข็นมากน้อยเพียงใด รูปที่ 4.26-4.27 การทดสอบเข็นตามความชัน ตารางบันทึกผลการทดลอง ตารางที่ 4.2 แสดงผลการทดลองการเข็นที่ความชันในแต่ละองศา มุม (°) เข็นได้/ไม่ได้ หมายเหตุ 0 ได้ - 5 ได้ - 10 ได้ - 15 ได้ - 20 ได้ อาจจะเกิดความหนักในการเข็นเล็กน้อย แต่ไม่ส่งผลต่อการทางานของเครือ่ ง และล้อ 55 การวิเคราะห์ผล จากการทดลองพบว่าเครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ในทุกมุมที่ ได้ทาการทดสอบ (0°–20°) โดย ในช่วง 0°–10° เคลื่อนที่ได้ง่ายและปกติ แต่เมื่อมุมเพิ่มเป็น 15° และ 20° ต้องใช้แรงมากขึ้นอย่าง ชัดเจน สาเหตุเนื่องจากเมื่อมุมลาดเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงในแนวทางลาดเพิ่มขึ้น ทาให้แรงที่ใช้ในการ เข็นต้องมากขึ้น ส่งผลให้การเคลื่อนที่ยากขึ้นตามลาดับ สรุปผลการทดลอง จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า เครื่องสามารถเคลื่อนที่บนทางลาดชันได้ในช่วงมุม 0° ถึง 20° โดยไม่มีกรณีที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ อย่างไรก็ตามเมื่อมุมของทางลาดเพิ่มขึ้น จะส่งผลให้ต้องใช้ แรงในการเคลื่อนที่มากขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะตั้งแต่มุม 15° ขึ้นไป ซึ่งเริ่มรู้สึกถึงความยากใน การเคลื่อนที่ และที่มุม 20° แม้ยังสามารถใช้งานได้ แต่มีความยากเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่า เครื่องมีความสามารถในการใช้งานบนพื้นที่ลาดชันได้ดีในระดับ หนึ่ง แต่ควรพิจารณาจากัดมุมการใช้งานให้อยู่ในช่วงที่ไม่เกิน 15°–20° เพื่อความสะดวกและความ ปลอดภัยของผู้ใช้งาน 56 4.5การตรวจสอบโดยอ้างอิงจากมาตรฐาน 4.5.1 ข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space รูปที่ 4.28-4.30 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ในข้อกาหนด 1009.2.3 clear deck space ระยะห่างระหว่างขอบสระกับที่นั่งผู้สูงอายุเมื่อ อยู่ในตาแหน่งที่หย่อนลงในสระว่ายน้าแล้ว ต้องมีระยะห่างไม่ต่ากว่า 12 นิ้ว (305 มม.) โดยจากผล การวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมาตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ประมาณ 325 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐาน 4.5.2 ข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height \ รูปที่ 4.31-4.33 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.4 Seat height ความสูงของที่นั่งของเครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้สามารถหยุดได้ที่ระดับความสูง ไม่ น้อยกว่า 16 นิ้ว (405 มม.) และไม่เกิน 19 นิ้ว (485 มม.) โดยวัดจากพื้น (deck) ถึงผิวด้านบนของที่ นั่ง เมื่อที่นั่งอยู่ในตาแหน่งยกขึ้น (ตาแหน่งรับน้าหนัก) โดยจากผลการวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมา ตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ประมาณ 450 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐานข้อนี้ 57 4.5.3 ข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. รูปที่ 4.34-4.36 การตรวจสอบตามข้อกาหนด 1009.2.8 Submerged Depth. เครื่องยกต้องได้รับการออกแบบให้ที่นั่งสามารถจมลงใต้น้าได้ลึก ไม่น้อยกว่า 18 นิ้ว (455 มม.) วัดจากระดับผิวน้าที่อยู่นิ่ง โดยจากผลการวัดระยะของตัวเครื่องที่ผลิตมาตามมาตรฐานนี้อยู่ที่ ประมาณ 565 มม. ซึ่งถือว่าผ่านมาตรฐานข้อนี้ 58 บทที่ 5 สรุปผล และข้อเสนอแนะ 5.1 Verification & Validation analysis Summary & Validation for PDS 5.1.1 Verification Analysis (การตรวจสอบว่าออกแบบตรงตาม PDS หรือไม่) การ Verification เป็นการตรวจสอบว่าผลการออกแบบและการทางานของเครื่องเป็นไปตาม ข้อกาหนดใน Product Design Specification (PDS) 1. Function Requirement (Basic Function) จากผลการทดสอบพบว่า เครื่องสามารถเคลื่อนย้ายผู้สูงอายุเข้าออกจากสระว่ายน้าได้ ตามวัตถุประสงค์ของการออกแบบ 2. Function Requirement (Special Function: Mobility) การทดสอบบนทางลาดชันแสดงให้เห็นว่า เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้ในช่วงมุม 0°–20° ซึ่งเป็นไปตามข้อกาหนดที่ต้องสามารถเคลื่อนที่ไปยังตาแหน่งต่างๆ ได้ 3. Performance Specification (Load Capacity) จากการทดสอบ Linear Actuator พบว่าสามารถรองรับโหลดได้สูงสุด 150 kg (มากกว่าค่าที่กาหนดไว้ที่ 136 kg) โดยไม่เกิดการเคลื่อนที่ย้อนกลับในสภาวะไม่มีไฟฟ้าแสดง ว่าอุปกรณ์มีความสามารถเกินกว่าข้อกาหนดที่ตั้งไว้ 5.1.2 Validation Analysis (การยืนยันว่าใช้งานได้จริงตามความต้องการผู้ใช้) 1. เครื่องสามารถเคลื่อนที่ได้จริงในสภาพแวดล้อมที่มีทางลาด ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่พบได้ทั่วไป ในสระว่ายน้า 2. แม้ที่มุมสูง (15°–20°) จะต้องใช้แรงมากขึ้น แต่ยังสามารถใช้งานได้ แสดงถึงความเป็นไปได้ ในการใช้งานจริง 3. ระบบ Linear Actuator มีคุณสมบัติ self-lock เมื่อไม่มีไฟฟ้า ช่วยเพิ่มความปลอดภัยให้กับ ผู้ใช้งาน โดยป้องกันการตกหรือเคลื่อนที่โดยไม่ตั้งใจ 4. เครื่องสามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้เพียงพอสาหรับกลุ่มผู้สูงอายุ 59 5.1.3 Summary & Validation for PDS จากการวิเคราะห์ และผลการทดสอบทั้งหมด สามารถสรุปได้ว่า 1. เครื่องพยุงผู้สูงอายุสามารถทางานได้ครบถ้วนตาม Function Requirement ที่กาหนดใน PDS 2. ความสามารถในการเคลื่อนที่และการรับน้าหนักเป็นไปตามหรือดีกว่าค่าที่กาหนดใน Performance Specification 3. ระบบมีความปลอดภัยจากคุณสมบัติ self-lock ของ Linear Actuator ในสภาวะไม่มีไฟฟ้า 4. เครื่องสามารถนาไปใช้งานจริงได้ แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจากัด เช่น พื้นเอียง ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า การออกแบบนี้ผ่านทั้งการ Verification และ Validation และเป็นไปตาม ข้อกาหนดของ PDS อย่างครบถ้วน 5.2 สรุปผลการศึกษา โครงงานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบ และพัฒนาอุปกรณ์ช่วยยกผู้ใช้งานลงสระว่ายน ้า (Pool Lift) เพื่ออานวยความสะดวกให้กับผู้ที่มีข้อจากัดด้านการเคลื่อนไหว เช่น ผู้พิการ ผู้สูงอายุ หรือผู้ที่ไม่ส ามารถลงสระว่ายน ้าได้ด้ว ยตนเอง โดยการออกแบบได้ค านึงถึงความแข็งแรงของ โครงสร้าง ความปลอดภัยในการใช้งาน และความเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมบริเวณสระว่ายน้า ในการดาเนินงานได้มีการศึกษาแนวคิดและหลักการออกแบบทางวิศวกรรมเครื่องกล รวมถึง การเลือกใช้วัสดุและอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับการใช้งาน โครงสร้างของ Pool Lift ถูกออกแบบให้ สามารถรองรับน้าหนักผู้ใช้งานได้อย่างปลอดภัย พร้อมทั้งมีระบบขับเคลื่อนที่ช่วยให้การยก และลด ระดับเป็นไปอย่างสะดวก จากผลการออกแบบพบว่าโครงสร้างของ Pool Lift สามารถตอบสนองต่อวัตถุประสงค์ของ โครงงานได้ โดยมีรูปแบบที่เหมาะสมกับการใช้งาน และสามารถนาไปพัฒนาต่อยอดเพื่อใช้งานจริงได้ ในอนาคต อย่างไรก็ตาม โครงงานนี้ยังมีข้อจากัดบางประการ เช่น ระยะเวลาในการดาเนินงาน และ การทดสอบในสภาพการใช้งานจริง ซึ่งอาจต้องมีการศึกษาเพิ่ มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความ ปลอดภัยของระบบ 60 5.3 Recommendation for future work 5.3.1 การวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง (Fatigue Analysis) ในการพัฒ นาต่อไปควรมีการวิเคราะห์ความล้าของโครงสร้าง เนื่องจาก Pool Lift เป็น อุปกรณ์ที่มีการใช้งานซ้าหลายรอบ การศึกษาความล้าของวัสดุจะช่วยประเมินอายุการใช้งานและ ป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้งานระยะยาว 5.3.2 การวิเคราะห์โครงสร้างด้วยโปรแกรมจาลอง (Finite Element Analysis) ควรมีการใช้โปรแกรมวิเคราะห์ทางวิศวกรรม เช่น Finite Element Analysis (FEA) เพื่อ ศึกษาการกระจายความเค้น การเสียรูป และค่าปัจจัยความปลอดภัยของโครงสร้างภายใต้สภาวะการ รับน้าหนักต่าง ๆ 5.3.3 การทดสอบรับน้าหนักจริง (Load Testing) ในอนาคตควรมีการทดสอบการรับน้าหนักของ Pool Lift ภายใต้สภาวะการใช้งานจริง เพื่อ ยืนยันความสามารถในการรับน้าหนัก ความเสถียรของโครงสร้าง และความปลอดภัยของระบบ 5.3.4 การพัฒนาระบบขับเคลื่อน (Actuator System Improvement) ควรมีการศึกษาการเลือกใช้อุปกรณ์ขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น actuator ที่มี ความแม่นยาและความนุ่มนวลในการเคลื่อนที่ เพื่อเพิ่มความสะดวกและความปลอดภัยในการใช้งาน 5.3.5 การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน เนื่องจาก Pool Lift ใช้งานในบริเวณสระว่ายน้าซึ่งมีความชื้นสูง จึงควรพิจารณาเลือกใช้วัสดุ ที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อน เช่น สแตนเลสเกรด 316 หรือวัสดุที่มีการเคลือบป้องกันสนิม เพื่อ ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ 5.3.6 การพัฒนาระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม ควรมีการติดตั้งระบบความปลอดภัยเพิ่มเติม เช่น ระบบหยุดฉุกเฉิน ระบบป้องกันการรับ น้าหนักเกิน และเซนเซอร์ตรวจสอบตาแหน่ง เพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ใช้งาน 5.3.7 การพัฒนาให้สอดคล้องกับมาตรฐานสากล การออกแบบในอนาคตควรพิจารณามาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ช่วยเหลือผู้พิการ เช่น มาตรฐานด้านการเข้าถึงและความปลอดภัย เพื่อให้สามารถนาไปใช้งานจริงในสถานที่สาธารณะได้ อย่างเหมาะสม 61 เอกสารอ้างอิง [1] กรมกิจการผู้สูงอายุ, พระราชบัญญัติผู้สูงอายุ พ.ศ. 2546 (ฉบับแก้ไข พ.ศ. 2553) [Online], 2553, Available: https://www.dop.go.th/th/laws/2/10/785 [สืบค้นเมื่อ 7 สิงหาคม 2568]. [2] ทีม Hello คุณหมอ, “ธาราบาบัด: อีกหนึ่งวิธีกู้สุขภาพข้อเข่าเสื่อม”, Hello คุณหมอ [ออนไลน์], 2565, Available: https://hellokhunmor.com/สุ ข ภาพ/ความรู ้ เ กี ่ ย วกั บ สุ ข ภาพทั ่ ว ไป/ธารา บาบัด-อีกหนึ่งวิธีกู้สุขภาพข้อเข่าเสื่อม/. [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2565]. [3] Song, J.-A., & Oh, J. W., Effects of Aquatic Exercises for Patients with Osteoarthritis: Systematic Review with Meta-Analysis, Healthcare [Electronic], ปีที่ 10, ฉบับที่ 3, 2022, หน้า 560, Available: MDPI [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2568] [4] Health in Aging, “Health in Aging,” Health in Aging [ออนไลน์], 2025, Available: https://www.healthinaging.org/. [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2565]. [5] World Health Organization, “Assistive technology” [ออนไลน์], 2 มกราคม 2024, Available: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/assistive-technology [วันที่สืบค้น: 7 สิงหาคม 2568]. [6] Juvinall, R. C. แ ล ะ Marshek, K. M. Fundamentals of Machine Component Design. พิมพ์ครั้งที่ 5. Hoboken, New Jersey: สานักพิมพ์ John Wiley & Sons, 2012. [7] Schooltha, Finite Element Analysis [Online], 2025, Available: [Accessed: 4 Aug 2025]. [8] SimScale, Convergence in Finite Element Analysis (FEA) [Online], 2020, Available: https://www.simscale.com/blog/convergence-finite-element-analysis/ [Accessed: 5 Aug. 2025]. [9] U.S. Department of Justice, Civil Rights Division. ADA requirements: Accessible pools – Means of entry and exit. ADA.gov, 2020, from https://www.ada.gov/resources/accessible-pools-requirements/ [Retrieved August 7, 2025] 62 [10] Corada, ADA standards: Accessible means of entry and exit – Swimming pools (Section 1009.2). In 2010 ADA Standards for Accessible Design Pocket Guide, 2015, from https://www.corada.com/documents/2010ADAStandards/1009-2 [Retrieved August 7, 2025] [11] Global Pool Products. (n.d.). Rotational R-375 pool lift with round anchor (375-pound capacity). Poolweb, from https://www.poolweb.com/products/rotationalr-375-pool-lift-with-round-anchor-375-pound-capacity [Retrieved August 7, 2025] [12] Karavee, T. (2014). Linkages and Mechanisms. Lecture notes, Course 525305 – Mechanics of Machines, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, [Institution not specified], Thailand. แหล่งที่มา: เอกสารประกอบการสอนวิชา กลศาสตร์เครื่องจักรกล (525305) บทที่ 2 เรื่อง กลไกและการเชื่อมต่อ (Linkages and Mechanisms) โดย กระวี ตรีอานรรค, [วันที่สืบค้น: 17 ตุลาคม 2568]. 63

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2568-011

ชื่อเรื่อง

การออกแบบเครื่องพยุงผู้สูงอายุลงสู่การทำธาราบำบัด / Design of hydrotherapy support equipment for seniors

ผู้จัดทำ

เทคโน โพธิชัย, ชยพล ตันเสถียร, ธนวัชร สายสินธุ์, สิรวิชญ์ พิพัฒน์พงศ์กุล

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.ธีรวัจน์ แสงเพชร์

ปีการศึกษา

2568 (C.E. 2025)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2qn0c0054xtyrz4vi42un