專利名稱：全向智能電動輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全向智能電動輪椅。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的日漸提高，電動輪椅由于能夠彌補(bǔ)中老年人和下肢殘障人士在行走方面的不便，而逐漸受到關(guān)注和重視。目前已有多種型號的電動輪椅投入實(shí)用。當(dāng)前銷售的產(chǎn)品多是采用的傳統(tǒng)手動輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個大直徑的后輪作為驅(qū)動輪，兩個小直徑的萬向腳輪作為前部的支撐輪，可以實(shí)現(xiàn)前后移動及轉(zhuǎn)動?；谶@種設(shè)計的輪椅旋轉(zhuǎn)中心在后輪軸線上，旋轉(zhuǎn)半徑大，占用的空間也大，不適于在電梯、辦公室等空間受限的地方使用；此外輪椅前部的萬向腳輪既不能輸出動力又不能控制方向，這導(dǎo)致輪椅在不平和有障礙的路面上行動能力和可控性下降。另外，現(xiàn)有電動輪椅的行駛完全依靠使用者手動控制，對使用者的反應(yīng)速度，距離、速度的判斷能力以及操作準(zhǔn)確性要求較高，致使部分老年人不能安全正常使用。申請?zhí)枮?00710173079專利申請，揭示了一種智能輪椅，其在代步功能的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置具有七個自由度的機(jī)械臂，幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成適用于生活的基本動作，但該智能輪椅在移動過程中，僅具備防撞功能，而無法繞開障礙物，特別是在使用者遇到障礙物而沒及時作出反應(yīng)時，不能及時避讓障礙物或停止輪椅移動，保證使用者的安全，同時，其所用的移動論也只能實(shí)現(xiàn)直線方向的移動，不能作360 度全方位任意方向的移動，因此，難以適應(yīng)在空間相對較小的地方使用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中之不足，提供一種具有自主避險功能、實(shí)現(xiàn)全方位移動的全向智能電動輪椅。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種全向智能電動輪椅，包括底盤框架、位于底盤框架上方與底盤框架連接的座椅，所述底盤框架下方左右兩側(cè)分別鉸接有左右相對應(yīng)的兩對由直流電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動臂，所述驅(qū)動臂上連接有構(gòu)成一對前輪和一對后輪的麥克納姆輪，座椅下方兩側(cè)、座椅前方且位于一對前輪上方分別設(shè)有超聲波傳感器，所述麥克納姆輪的外側(cè)分別設(shè)有紅外傳感器，座椅的扶手上設(shè)有控制盒和操作手柄，驅(qū)動臂內(nèi)還設(shè)有與直流電機(jī)電性連接的驅(qū)動控制板，驅(qū)動控制板線路連接有DSP處理器。具體說，所述的底盤框架與座椅之間設(shè)有可調(diào)節(jié)座椅升降、由操作手柄控制的升降氣桿，升降氣桿上端與座椅底面固定，升降氣桿下端與底盤框架固定。為消除座椅及乘客在全向移動過程中所產(chǎn)生的傾覆力矩,所述的座椅底面固定有導(dǎo)套，底盤框架上固定有導(dǎo)套座，導(dǎo)套滑動設(shè)置在導(dǎo)套座內(nèi)，升降氣桿安裝在導(dǎo)套內(nèi)。所述的驅(qū)動臂包括殼體、驅(qū)動軸，麥克納姆輪固定在驅(qū)動軸上，直流電機(jī)固定在殼體內(nèi)，直流電機(jī)輸出軸與驅(qū)動軸之間設(shè)有減速裝置，控制直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動控制板固定在殼體內(nèi)側(cè)面上，驅(qū)動控制板還線路連接有霍爾傳感器。進(jìn)一步地，所述的減速裝置包括同步帶減速機(jī)構(gòu)和齒輪減速機(jī)構(gòu)，同步帶減速機(jī)構(gòu)包括安裝在直流電機(jī)輸出軸上的小帶輪、與小帶輪通過同步帶連接的大帶輪，齒輪減速機(jī)構(gòu)包括與大帶輪同軸的小齒輪、安裝在驅(qū)動軸上與小齒輪嚙合的大齒輪。為實(shí)現(xiàn)輪椅的緩沖避震及平衡前、后輪壓力的作用，所述的殼體與底盤框架之間設(shè)有可軸向伸縮的避震器，避震器一端與設(shè)在殼體上的支架鉸接，避震器另一端與底盤框架鉸接。所述的底盤框架左右兩側(cè)分別固定有覆蓋在驅(qū)動臂上方的罩殼，超聲波傳感器和紅外傳感器分別固定在罩殼上。本發(fā)明的有益效果是與常規(guī)的兩輪后驅(qū)電動輪椅相比，本發(fā)明所述電動輪椅具有如橫向、斜向等全向移動能力，具有更大的運(yùn)動靈活性，特別適于在空間受限的環(huán)境內(nèi)使用。同時，該電動輪椅能夠通過超聲波傳感器和紅外傳感器檢測輪椅周圍的環(huán)境，以此為乘坐者提供可能阻礙輪椅運(yùn)動的障礙物的信息，并且能夠在乘坐者沒有及時做出反應(yīng)的情況下，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動駕駛輪椅避障或?yàn)檩喴沃苿樱岣咻喴蔚氖褂冒踩浴?br>
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的斜視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述驅(qū)動臂的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖3中A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明所述底盤框架與座椅連接處的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的控制原理框圖。圖中I.底盤框架2.座椅3.驅(qū)動臂31.直流電機(jī)32.驅(qū)動控制板33.殼體 34.驅(qū)動軸35.霍爾傳感器36.同步帶減速機(jī)構(gòu)37.齒輪減速機(jī)構(gòu)38.小帶輪39.同步帶40.大帶輪41.小齒輪42.大齒輪43.支架4.麥克納姆輪5.超聲波傳感器6.紅外傳感器7.控制盒8.操作手柄9.升降氣桿10.導(dǎo)套11.導(dǎo)套座12.避震器13.罩殼 14.蓄電池15.長銷16.短銷17.磁鋼
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖I 圖4所示的一種全向智能電動輪椅，包括底盤框架I、位于底盤框架I 上方的座椅2，所述底盤框架I下方兩側(cè)分別鉸接有左右相對應(yīng)的兩對由直流電機(jī)31驅(qū)動的驅(qū)動臂3，所述驅(qū)動臂3上連接有構(gòu)成一對前輪和一對后輪的麥克納姆輪4 (Mecanum Wheel)，利用麥克納姆輪4滾動時能夠產(chǎn)生軸向分力的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輪椅的全向運(yùn)動；座椅2下方兩側(cè)、座椅2前方且位于一對前輪上方分別設(shè)有超聲波傳感器5,所述麥克納姆輪4的外側(cè)分別設(shè)有紅外傳感器6，座椅2的扶手上設(shè)有控制盒7和操作手柄8，驅(qū)動臂3內(nèi)還設(shè)有與直流電機(jī)31電性連接的驅(qū)動控制板32，驅(qū)動控制板32線路連接有DSP處理器。在底盤框架I與座椅2之間設(shè)有可調(diào)節(jié)座椅2升降、由操作手柄8控制的升降氣桿9，座椅2底面固定有導(dǎo)套10，底盤框架I上固定有導(dǎo)套座11，導(dǎo)套10滑動設(shè)置在導(dǎo)套座 11內(nèi)，可以相對導(dǎo)套座11軸向移動，升降氣桿9安裝在導(dǎo)套10內(nèi)，升降氣桿9上端與座椅2底面固定，升降氣桿9下端與底盤框架I固定，如此由升降氣桿9為座椅2的上下升降移動及定位提供支承力，而導(dǎo)套10用于消除座椅2及乘客在全向移動過程中所產(chǎn)生的傾覆力矩。操作手柄8,采用三軸式手柄,該操作手柄8的前后、左右及其合成轉(zhuǎn)動,分別用于控制輪椅的前進(jìn)后退、左右平移及合成運(yùn)動；操作手柄8的另外一個軸繞操作手柄8控制桿軸線的轉(zhuǎn)動，用于控制輪椅的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由此使用一個操作手柄8即可操縱輪椅實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動。驅(qū)動臂3，共有四套，分別設(shè)在底盤框架I下方左右兩側(cè)，其中位于底盤框架I前端左右對應(yīng)的一對驅(qū)動臂3支撐輪椅的前輪部分,位于底盤框架I后端左右對應(yīng)的一對驅(qū)動臂3支撐輪椅的后輪部分。所述驅(qū)動臂3包括殼體33、固定在殼體33內(nèi)的直流電機(jī)31 以及驅(qū)動軸34，麥克納姆輪4固定在驅(qū)動軸34上，在直流電機(jī)31的輸出軸與驅(qū)動軸34之間設(shè)有減速裝置，所述減速裝置包括同步帶減速機(jī)構(gòu)36和齒輪減速機(jī)構(gòu)37，同步帶減速機(jī)構(gòu)36包括安裝在直流電機(jī)31輸出軸上的小帶輪38、與小帶輪38通過同步帶39連接的大帶輪40，齒輪減速機(jī)構(gòu)37包括與大帶輪40同軸的小齒輪41、安裝在驅(qū)動軸34上與小齒輪 41嚙合的大齒輪42，控制直流電機(jī)31運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動控制板32固定在殼體33內(nèi)側(cè)面上，驅(qū)動控制板32還線路連接有霍爾傳感器35。在小帶輪38表面固定有與小帶輪38旋轉(zhuǎn)軸線同軸的磁鋼17，霍爾傳感器35的電路板通過螺釘固定在直流電機(jī)31的機(jī)座上，并使焊接在霍爾傳感器35的電路板上的霍爾芯片(型號為AS5040)中心與磁鋼17中心對齊，且保持芯片和磁鋼17相距1mm。驅(qū)動控制板32通過螺釘固定在殼體33上，并使驅(qū)動控制板32上的MOSFET功率管與殼體33接觸， 驅(qū)動控制板32通過導(dǎo)線與直流電機(jī)31及霍爾傳感器35芯片連接，形成速度閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)31的控制。上述集成式的安裝形式，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，利于裝配維護(hù)及屏蔽外界干擾信號。輪椅運(yùn)動采用蓄電池14作為動力源，兩節(jié)蓄電池14固定在底盤框架I內(nèi)，同時相應(yīng)的如繼電器、接線板、控制板、開關(guān)等電器元件也均固定在底盤框架I內(nèi)，通過導(dǎo)線分別與四套驅(qū)動臂3和控制盒7連接，并為各驅(qū)動臂3上的直流電機(jī)31提供能量。驅(qū)動臂3與底盤框架I通過長銷15鉸接，同時驅(qū)動臂3的殼體33與底盤框架I 之間設(shè)有避震器12，避震器12 —端與設(shè)在殼體33上的支架43通過銷釘鉸接，避震器12另一端與底盤框架I上的短銷16鉸接。避震器12可以軸向伸縮，受壓后可以在其內(nèi)部彈簧的作用下回彈，以此實(shí)現(xiàn)驅(qū)動臂3繞底盤框架I上的長銷15擺動，從而實(shí)現(xiàn)緩沖避震及平衡前、后輪壓力的作用。所述的底盤框架I左右兩側(cè)分別通過六個螺釘固定有覆蓋在驅(qū)動臂3上方的罩殼 13，超聲波傳感器5和紅外傳感器6分別固定在罩殼13上。具體說，罩殼13上安裝有八個超聲波傳感器5和四個紅外傳感器6,其中六個超聲波傳感器5分別安裝在座椅2下方左右兩邊的罩殼13上，每邊三個，用螺釘將其電路板固定在罩殼13上，其發(fā)射和接收元件穿過罩殼13上的預(yù)留孔，朝向兩側(cè)方向，用于檢測輪椅左右兩側(cè)I. 5米范圍內(nèi)的物體；另外兩個超聲波傳感器5以相同方式分別安裝在兩個前輪上方的罩殼13上,朝向前方,用于檢測輪椅正前方I. 5米范圍內(nèi)的物體。四個紅外傳感器6通過罩殼13上的螺紋孔分別固定在四個麥克納姆輪4外側(cè)旁，并向下傾斜30°，用于檢測輪椅移動時前輪前方、后輪后方O. 5米內(nèi)路面的高低變化。當(dāng)超聲波傳感器5或紅外傳感器6檢測到附近距離內(nèi)其他物體可能阻礙輪椅運(yùn)動后，通過控制盒7上的指示燈和揚(yáng)聲器對乘坐者進(jìn)行提示和警告，若乘坐者沒有做出正確反應(yīng)，則由輪椅的DSP處理器接收超聲波傳感器5或紅外傳感器6的信號,發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)自動駕駛輪椅避障或?yàn)檩喴沃苿印Ｅc常規(guī)的兩輪后驅(qū)電動輪椅相比，本發(fā)明所述電動輪椅采用四個麥克納姆輪4作為驅(qū)動輪，具備如橫向、斜向等全向移動能力，具有更大的運(yùn)動靈活性，特別適于在空間受限的環(huán)境內(nèi)使用。同時，該電動輪椅能夠通過超聲波傳感器5和紅外傳感器6檢測輪椅周圍的環(huán)境，以此為乘坐者提供可能阻礙輪椅運(yùn)動的障礙物的信息，并且能夠在乘坐者沒有及時做出反應(yīng)的情況下，DSP處理器根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)發(fā)出指令，自動駕駛輪椅避障或?yàn)檩喴沃苿樱瑥亩岣吡溯喴蔚氖褂冒踩?。參見圖5，以自動導(dǎo)航及避障過程來簡述工作過程如下當(dāng)輪椅處于某未知環(huán)境時，使用自身的多個超聲波傳感器5 (每個超聲波模塊有一個發(fā)射端和一個接收端，通過測量接收到的反射信號與發(fā)射信號的時間差，來測量距離) 探測周圍環(huán)境，獲得障礙物的位置信息。經(jīng)過多個超聲波傳感器5反復(fù)探測，可以建立障礙位置地圖。地圖信息通過RS232總線發(fā)送給DSP處理器。同時控制操作手柄8或語音控制端口的操縱指令經(jīng)過RS232發(fā)送給DSP處理器。DSP處理器將應(yīng)用路徑規(guī)劃算法，結(jié)合障礙地圖，生成滿足乘客要求的路徑，并將路徑轉(zhuǎn)換為各驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速信息，通過RS232總線發(fā)送到驅(qū)動控制板32，驅(qū)動控制板32與霍爾傳感器35構(gòu)成閉環(huán)，可以控制直流電機(jī)31的轉(zhuǎn)速。紅外傳感器6的探測目標(biāo)為地面的起伏，結(jié)果數(shù)據(jù)的處理及利用方式與超聲波傳感器 5相同。該輪椅還可對乘坐者進(jìn)行生理指標(biāo)監(jiān)測，利用可穿戴的生理指標(biāo)檢測傳感器，對乘客的心率、血壓、血氧等信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將信息發(fā)送給DSP處理器。DSP處理器與內(nèi)置的專家系統(tǒng)(程序)進(jìn)行比對，得到乘客身體健康狀態(tài)的結(jié)果，如果預(yù)測到危險，則通過聲音或顯示的方式發(fā)出預(yù)警。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種全向智能電動輪椅，包括底盤框架(I)、位于底盤框架(I)上方與底盤框架(I) 連接的座椅(2)，其特征是底盤框架(I)下方左右兩側(cè)分別鉸接有左右相對應(yīng)的兩對由直流電機(jī)(31)驅(qū)動的驅(qū)動臂(3)，所述驅(qū)動臂(3)上連接有構(gòu)成一對前輪和一對后輪的麥克納姆輪(4),座椅(2)下方兩側(cè)、座椅(2)前方且位于一對前輪上方分別設(shè)有超聲波傳感器(5)，所述麥克納姆輪(4)的外側(cè)分別設(shè)有紅外傳感器￠)，座椅(2)的扶手上設(shè)有控制盒(7)和操作手柄(8)，驅(qū)動臂(3)內(nèi)還設(shè)有與直流電機(jī)(31)電性連接的驅(qū)動控制板(32)，驅(qū)動控制板(32)線路連接有DSP處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的底盤框架(I)與座椅(2)之間設(shè)有可調(diào)節(jié)座椅(2)升降、由操作手柄(8)控制的升降氣桿(9)，升降氣桿(9)上端與座椅(2)底面固定，升降氣桿(9)下端與底盤框架(I)固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的座椅(2)底面固定有導(dǎo)套(10)，底盤框架(I)上固定有導(dǎo)套座(11)，導(dǎo)套(10)滑動設(shè)置在導(dǎo)套座(11)內(nèi)，升降氣桿(9)安裝在導(dǎo)套(10)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的驅(qū)動臂(3)還包括殼體(33)、驅(qū)動軸(34)，麥克納姆輪(4)固定在驅(qū)動軸(34)上，直流電機(jī)(31)固定在殼體 (33)內(nèi)，直流電機(jī)(31)輸出軸與驅(qū)動軸(34)之間設(shè)有減速裝置，控制直流電機(jī)(31)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動控制板(32)固定在殼體(33)內(nèi)側(cè)面上，驅(qū)動控制板(32)還線路連接有霍爾傳感器(35)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的減速裝置包括同步帶減速機(jī)構(gòu)(36)和齒輪減速機(jī)構(gòu)(37)，同步帶減速機(jī)構(gòu)(36)包括安裝在直流電機(jī)(31)輸出軸上的小帶輪(38)、與小帶輪(38)通過同步帶(39)連接的大帶輪(40)，齒輪減速機(jī)構(gòu)(37)包括與大帶輪(40)同軸的小齒輪(41)、安裝在驅(qū)動軸(34)上與小齒輪(41)嚙合的大齒輪(42) ο
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的殼體(33)與底盤框架(I)之間設(shè)有可軸向伸縮的避震器(12)，避震器(12) —端與設(shè)在殼體(33)上的支架(43) 鉸接，避震器(12)另一端與底盤框架(I)鉸接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全向智能電動輪椅，其特征是所述的底盤框架(I)左右兩側(cè)分別固定有覆蓋在驅(qū)動臂(3)上方的罩殼(13)，超聲波傳感器(5)和紅外傳感器(6)分別固定在罩殼(13)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全向智能電動輪椅，包括底盤框架、座椅，底盤框架下方兩側(cè)分別鉸接有左右相對應(yīng)的驅(qū)動臂，驅(qū)動臂上連接有構(gòu)成一對前輪和一對后輪的麥克納姆輪，座椅下方兩側(cè)、座椅前方且位于一對前輪上方分別設(shè)有超聲波傳感器，麥克納姆輪的外側(cè)分別設(shè)有紅外傳感器，座椅的扶手上設(shè)有控制盒和操作手柄，驅(qū)動臂內(nèi)還設(shè)有驅(qū)動控制板，驅(qū)動控制板線路連接有DSP處理器。本發(fā)明與常規(guī)的兩輪后驅(qū)電動輪椅相比，具有如橫向、斜向等全向移動能力，具有更大的運(yùn)動靈活性，通過超聲波傳感器和紅外傳感器檢測輪椅周圍的環(huán)境，以此為乘坐者提供可能阻礙輪椅運(yùn)動的障礙物的信息，實(shí)現(xiàn)自動駕駛輪椅避障或?yàn)檩喴沃苿?，提高輪椅的使用安全性?br>
文檔編號A61G5/04GK102600026SQ20121006089
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者胡建軍 申請人:常州漢迪機(jī)器人科技有限公司