專利名稱：智能輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動輪椅，特別涉及一種智能輪椅。
背景技術(shù)：
隨著社會文明的發(fā)展進步，保障和提高老年人以及殘障人士等弱勢群體的 生活質(zhì)量，已經(jīng)越來越受到社會各界人士的普遍關(guān)注。大量研究表明，有效增 強老年人以及殘障人士的行動能力，不僅使得他們的日常生活變得方便，而且 對他們的心理健康、自我評價、精神狀態(tài)也有著深遠的影響。因此， 一種能為 老年人提供方便的代步輪椅應運而生，并得到了廣泛的推廣應用。較早的輪椅 是手動的，由人轉(zhuǎn)動一個手輪前進，這需要消耗體力，不適合那些體力太弱以 及殘障人士使用。隨后又發(fā)明了電動輪椅，這種電動輪椅一般包括車體，前后 輪，驅(qū)動電機、操縱桿和電機驅(qū)動器，驅(qū)動電機由蓄電池供電，驅(qū)動后輪前進， 坐在輪椅上的人只須按動操縱桿，即可實現(xiàn)輪椅的前進、后退及左右轉(zhuǎn)彎。電 動輪椅比手動輪椅有很大的進步，但仍存在一些問題，例如，用車人一般只會 從上方觀察周圍環(huán)境，判斷自己該如何操縱輪椅，對地面及近地面的情況則較 難觀察到， 一旦碰到障礙物，不能及時采取應對措施，往往造成硬性碰撞，甚 至造成翻車事故和人身傷害。另外，對于一部分自理能力較差的老年人及殘障 人士， 一般的電動輪椅他們也操縱不了，需要開發(fā)一種操作更加方便、使用更 加安全的新型智能輪椅，以滿足這部分人的需要，并為更多的人提供一種更加 優(yōu)越的代步工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種操作更加方 便、使用更加安全的智能輪椅。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、
兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、操縱桿和電機驅(qū)動器，車體包含桌面 和兩個腳踏板，驅(qū)動電機包含渦輪渦桿離合器和直流電機，桌面內(nèi)安裝有嵌入 式智能控制系統(tǒng)，車體側(cè)部布置有多傳感器測距機構(gòu)，車身下部四周設(shè)置有防 碰撞機構(gòu)和防跌落機構(gòu)，車體上布有攝像頭作為視覺傳感器；多傳感器測距機 構(gòu)、防碰撞機構(gòu)、防跌落機構(gòu)和視覺傳感器分別與嵌入式智能控制系統(tǒng)電信相 連，嵌入式智能控制系統(tǒng)還與操縱桿及電機驅(qū)動器電信相連。
所述的嵌入式智能控制系統(tǒng)包括PC機、DSP控制器和聲納控制器，以DSP 控制器為核心，通過總線與聲納控制器連接，通過RS232串口與PC通訊，DSP 控制器還分別與操縱桿和電機驅(qū)動器電信相連，向電機驅(qū)動器下達運動控制指 令。
所述的嵌入式智能控制系統(tǒng)設(shè)有手動運行模式、半自主運行模式、自主運 行模式和PC機運行模式。
所述的測距機構(gòu)包括用于檢測前方障礙物的前方測距機構(gòu)和用于檢測后 方障礙物的后方測距機構(gòu)；兩測距機構(gòu)各由若干個聲納測距傳感器和紅外測距 傳感器組成，各聲納測距傳感器分別與嵌入式智能控制系統(tǒng)的聲納測距控制器 電信相連，各紅外測距傳感器分別與智能控制系統(tǒng)的DSP控制器電信相連。
所述的前方測距機構(gòu)的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器設(shè)置在桌面 的周圍，所述的后方測距機構(gòu)的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器設(shè)置在兩 后輪之間的蓄電池后側(cè)。
所述的防碰撞機構(gòu)包括前方防碰撞機構(gòu)和后方防碰撞機構(gòu)，防碰撞機構(gòu)包 括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關(guān)，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開 關(guān)與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關(guān)動作，并將開關(guān)信號傳輸給智能控制 系統(tǒng)的DSP控制器。
所述的前方防碰撞機構(gòu)連接在腳踏板上，其緩沖桿伸出在腳踏板的前方； 所述的后方防碰撞機構(gòu)設(shè)置在車體下部的后緣，其緩沖桿伸出在兩后輪的后 方。
所述的緩沖桿為弓弧形結(jié)構(gòu)件。
所述的防跌落機構(gòu)包括兩個紅外測距傳感器，兩個紅外測距傳感器分別設(shè) 置在兩腳踏板的下側(cè)面并分別與智能控制系統(tǒng)的DSP控制器電信相連，其安裝
方向使紅外線斜向前下方射出。
本發(fā)明智能輪椅是一種性能優(yōu)越的代步工具，具有自動行走、避障、防碰、 防跌以及目標跟蹤等功能，與傳統(tǒng)的輪椅相比，智能輪椅更加安全可靠、易于 操作，可滿足一部分老年人以及殘障人士等弱勢群體的需要，提高他們的生活
質(zhì)量0


圖1為本發(fā)明智能輪椅的立體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明智能輪椅的正視結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2所示智能輪椅的左視結(jié)構(gòu)示意圖4為圖2所示智能輪椅的俯視結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明智能輪椅中的控制系統(tǒng)的控制框圖。
具體實施例方式
參見圖l，配合參見圖2、圖3、圖4，本發(fā)明的智能輪椅包括車體1、兩 個驅(qū)動后輪2、兩個隨動前輪3、蓄電池4、兩臺驅(qū)動電機5、操縱桿和電機驅(qū) 動器6 (英國PG公司產(chǎn)品)，兩臺驅(qū)動電機各包含渦輪渦桿離合器和直流電 機，車體1包含一個桌面101和兩個腳踏板102。本發(fā)明的智能輪椅由兩節(jié)12V 鉛酸蓄電池供電，采用雙輪差速的驅(qū)動方式，由兩只200W的直流電機驅(qū)動。
本發(fā)明的智能輪椅還包括安裝在桌面下的嵌入式智能控制系統(tǒng)、設(shè)置在車 身周圍的測距機構(gòu)、設(shè)置在車身下部四周的防碰撞機構(gòu)、防跌落機構(gòu)和視覺傳 感器；測距機構(gòu)、防碰撞機構(gòu)、防跌落機構(gòu)和視覺傳感器分別與嵌入式智能控 制系統(tǒng)電信相連，嵌入式智能控制系統(tǒng)還與操縱桿控制器及電機驅(qū)動器電信相 連。
配合參見圖5 ，本發(fā)明中的嵌入式智能控制系統(tǒng)包括PC機、DSP控制器和 聲納控制器，以TI公司生產(chǎn)的DSP控制器為核心，通過總線與聲納控制器連 接，通過RS232串口與PC通訊，DSP控制器還分別與操縱桿和電機驅(qū)動器電 信相連，向電機驅(qū)動器下達運動控制指令，由電機驅(qū)動器控制直流電機的動作。 DSP控制器是運行系統(tǒng)軟件的平臺，是智能輪椅的"神經(jīng)中樞"，負責采樣操 縱桿的操縱信息、各測距機構(gòu)、防碰撞機構(gòu)和防跌落機構(gòu)的信號，同時負責向 電機驅(qū)動器下達運動控制指令、驅(qū)動輪椅運動。智能輪椅嵌入式智能控制系統(tǒng) 的軟件系統(tǒng)的控制周期為lms，通過計時器中斷的方式實現(xiàn)操縱桿、傳感器信 號采樣及電機驅(qū)動器控制。
本發(fā)明中的嵌入式智能控制系統(tǒng)設(shè)有手動運行模式、半自主運行模式、自 主運行模式和PC機運行模式。根據(jù)用戶的選擇，系統(tǒng)程序可以運行于手動模 式、半自主模式、自主模式以及PC機模式
1. 手動運行模式用戶通過操縱桿直接控制智能輪椅運動；
2. 半自主運行模式用戶可通過操縱桿控制輪椅運動，嵌入式智能控制系 統(tǒng)在接受操縱桿操縱信號的同時還需要結(jié)合測距機構(gòu)、防碰撞機構(gòu)和防 跌落機構(gòu)的信息，從而決定智能輪椅的最終運動；
3. 全自主運行模式用戶將輪椅需要運動的路徑或算法先輸入到嵌入式智 能控制系統(tǒng)中的DSP控制器內(nèi)，智能輪椅將依據(jù)DSP控制器內(nèi)的控制 算法自主運行；
4. PC機運行模式用戶將輪椅需要運動的路徑或算法先輸入到嵌入式智 能控制系統(tǒng)中的PC機內(nèi)，智能輪椅將依據(jù)PC機內(nèi)的控制算法自主運行。
多種模式的選擇可滿足不同應用場合的需要，提高了智能輪椅的適用性。 配合參見圖5 ，本發(fā)明中的測距機構(gòu)包括用于檢測前方障礙物的前方測距 機構(gòu)7和用于檢測后方障礙物的后方測距機構(gòu)8;兩測距機構(gòu)各包括多個聲納 測距傳感器和紅外測距傳感器，各聲納測距傳感器分別與智能控制系統(tǒng)的聲納 控制器電信相連，各紅外測距傳感器分別與智能控制系統(tǒng)的DSP控制器電信相 連。前方測距機構(gòu)的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器設(shè)置在桌面下的嵌入 式智能控制系統(tǒng)的周圍，后方測距機構(gòu)的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器 設(shè)置在兩后輪之間的蓄電池后側(cè)。
配合參見圖5 ，本^!明中的防碰撞機構(gòu)包括前方防碰撞機構(gòu)9和后方防碰 撞機構(gòu)10,前方防碰撞機構(gòu)9連接在腳踏板上，后方防碰撞機構(gòu)IO設(shè)置在車 體下部的后緣。兩防碰撞機構(gòu)各包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關(guān)。緩沖桿為 弓弧形結(jié)構(gòu)件。其中，前方防碰撞機構(gòu)9的緩沖桿伸出在腳踏板的前方；后方
防碰撞機構(gòu)10的緩沖桿伸出在兩后輪的后方?；匚粡椈蛇B接在緩沖桿與車體 之間，碰撞開關(guān)(微動開關(guān))與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關(guān)動作，并 將開關(guān)信號傳輸給智能控制系統(tǒng)的DSP控制器。
配合參見圖5，本發(fā)明中的防跌落機構(gòu)11包括兩個紅外測距傳感器，兩 個紅外測距傳感器分別設(shè)置在兩腳踏板的下側(cè)面并分別與智能控制系統(tǒng)的DSP 控制器電信相連，其距離地面為一固定高度，安裝方向斜向下，與水平成固定 夾角，可使紅外線斜向前下方射出。通過幾何關(guān)系，當?shù)孛嫫秸麜r，紅外測距 傳感器測出的距離為一定值。如果紅外測距傳感l(wèi)l測出的距離突然變長，說明 控制器監(jiān)測到輪椅前方有深坑或者臺階，進而發(fā)出防跌警報。
本發(fā)明智能輪椅在電動輪椅的基礎(chǔ)上，裝配了多種傳感器，使輪椅具有感 知環(huán)境信息、實時決策、自主運動的能力，體現(xiàn)出智能性。智能輪椅本質(zhì)上是 輪椅結(jié)構(gòu)的機器人，它涉及眾多機器人領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，包括傳感器數(shù)據(jù)融合、 機器人視覺、行為融合、路徑規(guī)劃、定位與導航、人工智能等，是將智能機器 人技術(shù)應用于電動輪椅上，屬于服務機器人范疇。
權(quán)利要求
1、一種智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、操縱桿和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板，驅(qū)動電機包含渦輪渦桿離合器和直流電機，其特征在于桌面內(nèi)安裝有嵌入式智能控制系統(tǒng)，車體側(cè)部布置有多傳感器測距機構(gòu)，車身下部四周設(shè)置有防碰撞機構(gòu)和防跌落機構(gòu)，車體上布有攝像頭作為視覺傳感器；多傳感器測距機構(gòu)、防碰撞機構(gòu)、防跌落機構(gòu)和視覺傳感器分別與嵌入式智能控制系統(tǒng)電信相連，嵌入式智能控制系統(tǒng)還與操縱桿及電機驅(qū)動器電信相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的嵌入式智能控制 系統(tǒng)包括PC機、DSP控制器和聲納控制器，以DSP控制器為核心，通過總線 與聲納控制器連接，通過RS232串口與PC通訊，DSP控制器還分別與操縱桿 和電機驅(qū)動器電信相連，向電機驅(qū)動器下達運動控制指令。
3、 如權(quán)'利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的嵌入式智能控制 系統(tǒng)設(shè)有手動運行模式、半自主運行模式、自主運行模式和PC機運行模式。
4、 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的測距機構(gòu)包括用 于檢測前方障礙物的前方測距機構(gòu)和用于檢測后方障礙物的后方測距機構(gòu)；兩測距機構(gòu)各由若干個聲納測距傳感器和紅外測距傳感器組成，各聲納測距傳感 器分別與嵌入式智能控制系統(tǒng)的聲納測距控制器電信相連，各紅外測距傳感器分別與智能控制系統(tǒng)的DSP控制器電信相連。
5、 如權(quán)利要求4所述的智能輪椅，其特征在于所述的前方測距機構(gòu)的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器設(shè)置在桌面的周圍，所述的后方測距機構(gòu) 的各聲納測距傳感器和紅外測距傳感器設(shè)置在兩后輪之間的蓄電池后側(cè)。
6、 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的防碰撞機構(gòu)包括前方防碰撞機構(gòu)和后方防碰撞機構(gòu)，防碰揸機構(gòu)包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞 開關(guān)，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開關(guān)與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關(guān)動作，并將開關(guān)信號傳輸給智能控制系統(tǒng)的DSP控制器。
7、 如權(quán)利要求6所述的智能輪椅，其特征在于所述的前方防碰撞機構(gòu) 連接在腳踏板上，其緩沖桿伸出在腳踏板的前方；所述的后方防碰撞機構(gòu)設(shè)置 在車體下部的后緣，其緩沖桿伸出在兩后輪的后方。
8、 如權(quán)利要求6所述的智能輪椅，其特征在于所述的緩沖桿為弓弧形 結(jié)構(gòu)件。
9、 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的防跌落機構(gòu)包括 兩個紅外測距傳感器，兩個紅外測距傳感器分別設(shè)置在兩腳踏板的下側(cè)面并分 別與智能控制系統(tǒng)的DSP控制器電信相連，其安裝方向使紅外線斜向前下方射出。
全文摘要
一種智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、操縱桿和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板。其特點是桌面內(nèi)安裝有嵌入式智能控制系統(tǒng)，車體側(cè)部布置有多傳感器測距機構(gòu)，車身下部四周設(shè)置有防碰撞機構(gòu)和防跌落機構(gòu)，車體上布有攝像頭作為視覺傳感器；多傳感器測距機構(gòu)、防碰撞機構(gòu)、防跌落機構(gòu)和視覺傳感器分別與嵌入式智能控制系統(tǒng)電信相連，嵌入式智能控制系統(tǒng)還與操縱桿及電機驅(qū)動器電信相連。本發(fā)明智能輪椅是一種性能優(yōu)越的代步工具，具有自動行走、避障、防碰、防跌以及目標跟蹤等功能，與傳統(tǒng)的輪椅相比，智能輪椅更加安全可靠、易于操作，可滿足一部分老年人以及殘障人士等弱勢群體的需要，提高他們的生活質(zhì)量。
文檔編號A61G5/00GK101190158SQ20061011886
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者李慕君, 軍 楊, 王景川, 亮 袁, 金炳章, 陳衛(wèi)東 申請人:上海電氣集團股份有限公司;上海交通大學