一種全自動輪椅及控制方法
【專利摘要】一種全自動輪椅及控制方法，探測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)通過調整系統(tǒng)控制輪椅的轉向、加減速和平衡，探測系統(tǒng)包括超聲波傳感器和傾角傳感器，控制系統(tǒng)根據接收到的超聲波傳感器反饋的路況信息控制輪椅的轉向和加減速，根據接收到的傾角傳感器的信息控制推桿電機工作以使輪椅座椅繞輪椅支架轉動進而使輪椅座椅始終與水平面保持垂直。本發(fā)明通過在輪椅上設置由傾角傳感器和超聲波傳感器構成的探測系統(tǒng)，從而在輪椅行進過程中對路況進行檢測，以使其及時避開障礙，并使輪椅座椅繞輪椅支架轉動從而保證輪椅座椅時刻與水平面垂直，從而消除了由于爬坡導致乘坐者重心偏移帶來的不適感，增加了爬坡的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種全自動輪椅及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到行動不便人士使用的輪椅，具體的說是一種全自動輪椅及控制方法。
【背景技術】
[0002]輪椅是供行動不便人士出行所使用的，現有的輪椅一般都是由電動或人力驅動的，在爬坡或樓梯時會使輪椅傾斜，造成輪椅上使用者的重心發(fā)生變化，不僅會使使用者感覺不舒服，而且也使其爬坡時的安全可靠性降低。
【發(fā)明內容】
[0003]為解決現有技術中的輪椅在爬坡時會使使用者重心發(fā)生變化導致的不適感以及安全可靠性降低的問題，本發(fā)明提供了一種全自動輪椅及控制方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題采用的技術方案為:一種全自動輪椅，包括驅動系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和調整系統(tǒng)，所述驅動系統(tǒng)包括驅動輪椅運動的電機，所述探測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)連接，并由控制系統(tǒng)通過調整系統(tǒng)控制輪椅的轉向、加減速和平衡，所述探測系統(tǒng)包括路障探測裝置和輪椅平衡檢測裝置，其中，路障探測裝置為一檢測前方路面是否平整的超聲波傳感器，輪椅平衡檢測裝置為一檢測輪椅與地面傾斜角度的傾角傳感器，所述調整系統(tǒng)包括一驅動輪椅 座椅繞輪椅支架轉動以調整輪椅座椅與水平面夾角的推桿電機，所述控制系統(tǒng)根據接收到的超聲波傳感器反饋的路況信息控制輪椅的轉向和加減速，根據接收到的傾角傳感器的信息控制推桿電機工作以使輪椅座椅繞輪椅支架轉動進而使輪椅座椅始終與水平面保持垂直。
[0005]所述控制系統(tǒng)由單片機實現信號的接收和控制指令的發(fā)出。
[0006]所述控制系統(tǒng)中設有遙控操作板，遙控操作板通過無線連接向控制系統(tǒng)發(fā)出相應的指令，控制系統(tǒng)根據收到的指令通過調整系統(tǒng)調整輪椅的運行狀態(tài)。
[0007]所述驅動系統(tǒng)中設有控制電機轉速的電機控制器，電機控制器根據控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號調整電機的轉速以調節(jié)輪椅的行進速度。
[0008]上述全自動輪椅的控制方法，包括以下步驟:
O啟動輪椅，驅動系統(tǒng)驅動輪椅運動；
2)探測系統(tǒng)中的超聲波傳感器向運行的前方發(fā)射超聲波并接收反饋回來的信號，根據該信號判定前方一定距離內是否有障礙物，并將判定結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機；
同時，探測系統(tǒng)中的傾角傳感器檢測輪椅座椅與水平面是否垂直，并將檢測結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機；
3)單片機中的數據分析模塊對接收到探測系統(tǒng)反饋的信號進行分析并輸出相應的控制指令，然后單片機根據這些控制指令執(zhí)行相應的動作:
若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令A，單片機根據該指令執(zhí)行步驟4)操作；若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令B，單片機根據該指令執(zhí)行步驟5)操作；
若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令C，單片機根據該指令執(zhí)行步驟6)操作；
若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令D，單片機根據該指令執(zhí)行步驟7)操作；
4)調整系統(tǒng)保持該狀態(tài)，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
5)調整系統(tǒng)控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
6)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
7)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，同時控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令。
[0009]為了防止由于路面顛簸所導致的傾角傳感器測得輪椅小角度傾斜的問題，數據分析模塊對傾角傳感器所傳輸的傾角信息進行延時分析，也就是說，只有當傾角傳感器在一定時間(如l_2s)內測得輪椅始終處于傾斜狀態(tài)時才將輪椅歸結為處于爬坡狀態(tài)，此時方輸出信號給單片機，單片機再根據此信號控制調整系統(tǒng)對輪椅進行調整。
[0010]有益效果:本發(fā)明通過在輪椅上設置由傾角傳感器和超聲波傳感器構成的探測系統(tǒng)，從而在輪椅行進過程中對路況進行檢測，以使其及時避開障礙，同時傾角傳感器時刻監(jiān)測輪椅是否處于爬坡狀態(tài)，并根據測得的傾斜程度驅動推桿電機，使輪椅座椅繞輪椅支架轉動從而保證輪椅座椅時刻與水平面垂直，從而消除了由于爬坡導致乘坐者重心偏移帶來的不適感，增加了爬坡的穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明控制的流程圖；
附圖標記:1、輪椅支架，2、輪椅座椅,3、電機,4、推桿電機,5、控制系統(tǒng),6、傾角傳感器，
7、超聲波傳感器。
【具體實施方式】
[0012]如圖所示，一種全自動輪椅，包括驅動系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)5和調整系統(tǒng)，所述驅動系統(tǒng)包括驅動輪椅運動的電機3，所述探測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)5連接，并由控制系統(tǒng)5通過調整系統(tǒng)控制輪椅的轉向、加減速和平衡，所述探測系統(tǒng)包括路障探測裝置和輪椅平衡檢測裝置，其中，路障探測裝置為一檢測前方路面是否平整的超聲波傳感器7，輪椅平衡檢測裝置為一檢測輪椅與地面傾斜角度的傾角傳感器6，所述調整系統(tǒng)包括一驅動輪椅座椅2繞輪椅支架I轉動以調整輪椅座椅2與水平面夾角的推桿電機4，所述控制系統(tǒng)5根據接收到的超聲波傳感器7反饋的路況信息控制輪椅的轉向和加減速，根據接收到的傾角傳感器7的信息控制推桿電機4工作以使輪椅座椅2繞輪椅支架I轉動進而使輪椅座椅2始終與水平面保持垂直。
[0013]以上為本發(fā)明的基本實施方式，可在以上基礎上做進一步的改進或限定:如，所述控制系統(tǒng)5由單片機實現信號的接收和控制指令的發(fā)出；
如，所述控制系統(tǒng)5中設有遙控操作板，遙控操作板通過無線連接向控制系統(tǒng)5發(fā)出相應的指令，控制系統(tǒng)根據收到的指令通過調整系統(tǒng)調整輪椅的運行狀態(tài)；
如，所述驅動系統(tǒng)中設有控制電機3轉速的電機控制器，電機控制器根據控制系統(tǒng)5發(fā)出的控制信號調整電機的轉速以調節(jié)輪椅的行進速度。
[0014]上述全自動輪椅的控制方法，包括以下步驟:
O啟動輪椅，驅動系統(tǒng)驅動輪椅運動；
2)探測系統(tǒng)中的超聲波傳感器向運行的前方發(fā)射超聲波并接收反饋回來的信號，根據該信號判定前方一定距離內是否有障礙物，并將判定結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機；
同時，探測系統(tǒng)中的傾角傳感器檢測輪椅座椅與水平面是否垂直，并將檢測結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機；
3)單片機中的數據分析模塊對接收到探測系統(tǒng)反饋的信號進行分析并輸出相應的控制指令，然后單片機根據這些控制指令執(zhí)行相應的動作:
若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令A，單片機根據該指令執(zhí)行步驟4)操作； 若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令B，單片機根據該指令執(zhí)行步驟5)操作；
若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令C，單片機根據該指令執(zhí)行步驟6)操作；
若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令D，單片機根據該指令執(zhí)行步驟7)操作；
4)調整系統(tǒng)保持該狀態(tài)，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
5)調整系統(tǒng)控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
6)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令；
7)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，同時控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令。
[0015]以上控制方法中，為防止由于路面顛簸所導致的傾角傳感器測得輪椅小角度傾斜的問題，數據分析模塊對傾角傳感器所傳輸的傾角信息進行延時分析，也就是說，只有當傾角傳感器在一定時間(如l_2s)內測得輪椅始終處于傾斜狀態(tài)時才將輪椅歸結為處于爬坡狀態(tài)，此時方輸出信號給單片機，單片機再根據此信號控制調整系統(tǒng)對輪椅進行調整；
同時，超聲波傳感器設置在輪椅支架上以保持其位置恒定，并向輪椅前方一定距離內(如3-5m)發(fā)射超聲波以探測該段距離內是否有障礙物，從而為及時轉向提供一定的反應調整時間。
【權利要求】
1.一種全自動輪椅，包括驅動系統(tǒng)、探測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(5)和調整系統(tǒng)，所述驅動系統(tǒng)包括驅動輪椅運動的電機(3)，所述探測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)(5)連接，并由控制系統(tǒng)(5)通過調整系統(tǒng)控制輪椅的轉向、加減速和平衡，其特征在于:所述探測系統(tǒng)包括路障探測裝置和輪椅平衡檢測裝置，其中，路障探測裝置為一檢測前方路面是否平整的超聲波傳感器(7)，輪椅平衡檢測裝置為一檢測輪椅與地面傾斜角度的傾角傳感器(6)，所述調整系統(tǒng)包括一驅動輪椅座椅(2)繞輪椅支架(1)轉動以調整輪椅座椅(2)與水平面夾角的推桿電機(4)，所述控制系統(tǒng)(5)根據接收到的超聲波傳感器(7)反饋的路況信息控制輪椅的轉向和加減速，根據接收到的傾角傳感器(7)的信息控制推桿電機(4)工作以使輪椅座椅(2)繞輪椅支架(1)轉動進而使輪椅座椅(2)始終與水平面保持垂直。
2.根據權利要求1所述的一種全自動輪椅，其特征在于:所述控制系統(tǒng)(5)由單片機實現信號的接收和控制指令的發(fā)出。
3.根據權利要求1所述的一種全自動輪椅，其特征在于:所述控制系統(tǒng)(5)中設有遙控操作板，遙控操作板通過無線連接向控制系統(tǒng)(5)發(fā)出相應的指令，控制系統(tǒng)根據收到的指令通過調整系統(tǒng)調整輪椅的運行狀態(tài)。
4.根據權利要求1所述的一種全自動輪椅，其特征在于:所述驅動系統(tǒng)中設有控制電機(3)轉速的電機控制器，電機控制器根據控制系統(tǒng)(5)發(fā)出的控制信號調整電機的轉速以調節(jié)輪椅的行進速度。
5.根據權利要求2所述的全自動輪椅的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: O啟動輪椅，驅動系 統(tǒng)驅動輪椅運動； 2)探測系統(tǒng)中的超聲波傳感器向運行的前方發(fā)射超聲波并接收反饋回來的信號，根據該信號判定前方一定距離內是否有障礙物，并將判定結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機； 同時，探測系統(tǒng)中的傾角傳感器檢測輪椅座椅與水平面是否垂直，并將檢測結果傳遞給控制系統(tǒng)的單片機； 3)單片機中的數據分析模塊對接收到探測系統(tǒng)反饋的信號進行分析并輸出相應的控制指令，然后單片機根據這些控制指令執(zhí)行相應的動作: 若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令A，單片機根據該指令執(zhí)行步驟4)操作； 若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面垂直，則數據分析模塊輸出控制指令B，單片機根據該指令執(zhí)行步驟5)操作； 若前方一定距離內無障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令C，單片機根據該指令執(zhí)行步驟6)操作； 若前方一定距離內有障礙物，且輪椅座椅與水平面傾斜，則數據分析模塊輸出控制指令D，單片機根據該指令執(zhí)行步驟7)操作； 4)調整系統(tǒng)保持該狀態(tài)，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令； 5)調整系統(tǒng)控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令； 6)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令； 7)調整系統(tǒng)中的推桿電機推動輪椅座椅繞輪椅支架轉動直至輪椅座椅與水平面垂直，同時控制輪椅轉向，并執(zhí)行步驟2)-步驟3)直至收到停止指令。
【文檔編號】A61G5/04GK104000693SQ201410191500
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權日:2014年5月8日
【發(fā)明者】梁坤峰, 高春艷, 韓順訓, 黃明彪, 韓婷, 劉伊濱, 樊亞輝, 崔騰飛, 馮遙遠 申請人:河南科技大學