基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法系統(tǒng)，適用于輪椅技術(shù)領(lǐng)域，包括：超聲避障模塊，用于通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物；霍爾控制模塊，用于根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作；第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行；第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法。借此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)爬樓輪椅自動(dòng)化智能化，實(shí)現(xiàn)越障、自動(dòng)切換爬樓和簡易便捷的控制。
【專利說明】
基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及輪椅技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)出行要求越來越高，但這對(duì)于老年人和肢體殘疾人來說則變成了一種奢望，尤其是遇到臺(tái)階、樓梯等復(fù)雜的路段，這種弱勢群體更希望有一種代步工具。輪椅恰恰成了解決這個(gè)難題的關(guān)鍵，能夠解決老年人和肢體殘疾患者的出行，但是遇到障礙、樓梯等復(fù)雜地形，普通輪椅就顯得力不從心。智能電動(dòng)越障爬樓輪椅是在國家提倡關(guān)愛弱勢群體，創(chuàng)建和諧社會(huì)的背景下開發(fā)的一種適用于殘疾人與老年人等腿腳不便人群的新型移動(dòng)輔助設(shè)備。該輪椅能夠適應(yīng)現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的不同情況的復(fù)雜路面，能夠翻越臺(tái)階，樓梯等障礙，對(duì)提高殘疾人，老年人的行動(dòng)能力具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0003]目前市面上可見的電動(dòng)爬樓輪椅，其爬樓過程還需護(hù)理人員輔助，并沒做到真正的自動(dòng)爬樓，而且爬樓過程還會(huì)出現(xiàn)小范圍的顛簸。普通輪椅結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，價(jià)格親民，大部分消費(fèi)者都能承受，然而普通輪椅的活動(dòng)范圍有限，遇到臺(tái)階和樓梯時(shí)就無能為力，因而也很大程度的減小了老年人和殘疾人的活動(dòng)范圍。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人工成本的提高，迫于經(jīng)濟(jì)壓力大多數(shù)老年人和殘疾人都沒有專人照看，他們只能常年呆在家中以避免給家人帶來額外的負(fù)擔(dān)。常年的獨(dú)處，缺乏外界交流和身體活動(dòng)，會(huì)造成老年人和殘疾人身體上和生理上的疾病，故而電動(dòng)爬樓輪椅的研究刻不容緩。
[0004]普通輪椅和電動(dòng)輪椅的推出，再加上一些城市無障礙設(shè)施的完善，已經(jīng)完好的解決了小部分老年人和腿腳不便的殘疾人出行不便的問題。然而大部分地區(qū)，比如農(nóng)村、城鎮(zhèn)等地方，它的配套設(shè)施沒有那么完善，單單靠普通輪椅是無法解決老年人和殘疾人的出行問題。即便是一線城市，也不是所有地方的設(shè)施都是那么完善。
[0005]對(duì)普通電動(dòng)輪椅進(jìn)行功能升級(jí)，也就是電動(dòng)爬樓輪椅，就能夠有效的解決老年人和腿腳不便的殘疾人的出行。電動(dòng)爬樓輪椅自帶有爬樓和越障功能，使得乘坐者能夠在小范圍的距離自由出行而不必麻煩家人。電動(dòng)爬樓輪椅有效解決老年人出行不便的難題，電動(dòng)爬樓輪椅勢必會(huì)有廣闊的市場前景。
[0006]電動(dòng)爬樓輪椅的核心技術(shù)在于對(duì)爬樓技術(shù)的研究，國內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)早已做了大量工作并且得了相應(yīng)的技術(shù)成果。電動(dòng)爬樓輪椅按照功能實(shí)現(xiàn)方式可以分為三大類:星輪式、步行式和履帶式爬樓。(I)星輪式爬樓輪椅;星輪式爬樓輪椅爬樓動(dòng)力是在輪椅底部軸桿兩側(cè)分布的若干小輪，在平地行走時(shí)，各小輪自轉(zhuǎn)。在爬樓梯過程中，星輪式爬樓輪椅的各小輪同時(shí)繞軸桿公轉(zhuǎn)。目前常見的星輪式爬樓輪椅有兩側(cè)各配三輪、四輪和五輪形式。安全和可靠性仍有待改進(jìn)。星輪式爬樓輪椅結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜，但是星輪間距是固定的對(duì)樓梯臺(tái)階的尺寸的通用性較差，同時(shí)安全防滑的可靠性也較差操作也不方便，對(duì)于爬樓輪椅這樣涉及到老年人和殘疾人生命安全的器件還是要以質(zhì)量取勝。(2)步行式爬樓裝置;步行式爬樓裝置是通過模仿人的爬樓動(dòng)作，設(shè)計(jì)出多條機(jī)械腿交替升降以支撐爬樓動(dòng)作，又稱為多足機(jī)器人?！癢L-16RIII”是日本機(jī)器人公司和早稻田大學(xué)理工合力研發(fā)出的一款雙足行走機(jī)器人?！癢L-16RIII”由兩條機(jī)器腿支撐座位，通過控制兩條機(jī)器腿的升降來爬樓，座椅底部安裝有平衡測位儀，每條機(jī)器腿有6個(gè)自由度并都裝有壓力傳感器?！癢L-16RIII”機(jī)器人“在演示會(huì)上成功地將一名研究人員舉了起來，不但可以平穩(wěn)的沿著樓梯上下，還可以在坑洼的路面上平穩(wěn)行進(jìn)。機(jī)器人目前由兩個(gè)操縱桿進(jìn)行控制，操作相對(duì)復(fù)雜，早稻田大學(xué)的研究人員正在努力研究它的簡易控制方式。同時(shí)，該機(jī)器人的還有承載能力過低，行進(jìn)速度過慢的缺陷。步行式爬樓裝置在爬樓過程中的的特點(diǎn)是爬樓不連續(xù)，同時(shí)對(duì)控制算法要求嚴(yán)格，操作復(fù)雜。而步行式爬樓裝置的優(yōu)點(diǎn)在于爬樓過程非常穩(wěn)定，能完成不同尺寸樓梯的攀爬;但是缺點(diǎn)也明顯，平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度過小導(dǎo)致動(dòng)作異常緩慢。另外，由于功能需求，機(jī)械腿必須有一定的長度要求，座椅距離地很遠(yuǎn)，容易造成乘坐者使用恐慌。鑒于上述情況，步行式爬樓裝置多數(shù)止步于實(shí)驗(yàn)室，很少有實(shí)際應(yīng)用。(3)履帶式爬樓輪椅;履帶式爬樓輪椅在爬樓越障過程中，借助履帶的支撐完成對(duì)于樓梯或者一般障礙物的攀爬。對(duì)比步行式爬樓裝置履帶式爬樓裝載的控制相對(duì)容易很多。而且履帶式爬樓裝置的爬樓過程相比較與步行式和星輪式更加連續(xù)，因而也具有更加平穩(wěn)的爬樓體驗(yàn)和傳動(dòng)效率。履帶爬樓裝置在爬樓過程中，會(huì)始終沿著與樓梯臺(tái)階的連線做直線運(yùn)行，重心波動(dòng)較小，所以運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)對(duì)地形的適應(yīng)能力更強(qiáng)。因而，履帶式爬樓輪椅有更好的市場和經(jīng)濟(jì)空間。現(xiàn)有的輪椅的用戶群體以老年人、殘疾人、行動(dòng)不方便或肢體不健全人居多，同時(shí)這些人自己很難準(zhǔn)確、正確、靈活、自如地控制電動(dòng)輪椅，必須要有他人陪護(hù)。這類人員的操作難度較大，不能讓輪椅更加方便、智能、簡單、人性化，在自主或由他人協(xié)助控制操作方面也有缺陷。
[0007]綜上可知，現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)及方法，其目的在于電動(dòng)爬樓輪椅的控制系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為控制平臺(tái)，以傳感器檢測技術(shù)作為手段，通過對(duì)直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)爬樓輪椅的基本功能，實(shí)現(xiàn)越障、自動(dòng)切換爬樓。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，包括:
[0010]超聲避障模塊，用于通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物；
[0011]霍爾控制模塊，用于根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作；
[0012]第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行；
[0013]第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，還包括:
[0015]所述霍爾控制模塊包括所述霍爾控制器，所述霍爾控制器設(shè)置有霍爾控制桿和控制芯片，通過所述霍爾控制桿將控制指令傳遞給所述控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控；
[0016]所述超聲避障模塊通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令；
[0017]所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、所述第二所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，所述超聲避障模塊還包括:
[0019]超聲測距子模塊，用于周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0020]距離運(yùn)算子模塊，用于通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值；
[0021]路徑調(diào)整子模塊，用于根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)；
[0022]所述路徑調(diào)整子模塊還用于當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，所述超聲測距子模塊還用于:
[0024]探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平；
[0025]獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)；
[0026]在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入；
[0027]檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差；
[0028]根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離；
[0029]在測距的過程中，所述超聲測距子模塊應(yīng)用了HC_SR04超聲波模塊。
[0030]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，還包括:
[0031]人機(jī)交互模塊，用于通過人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0032]所述人機(jī)交互模塊還包括:
[0033]爬樓開關(guān)子模塊，用于在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式；
[0034]所述超聲避障模塊還包括:
[0035]自動(dòng)爬樓子模塊，用于當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)；
[0036]所述輪子電機(jī)和所述履帶電機(jī)是直流無刷電機(jī)。
[0037]本發(fā)明提供一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，包括:
[0038]通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物；
[0039]根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作；
[0040]根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行；
[0041 ]根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。
[0042]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0043]通過霍爾控制桿將控制指令傳遞給控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控；
[0044]通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令；
[0045]通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)；
[0046]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，所述通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物步驟還包括:
[0047]周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0048]通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值；
[0049]根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)；
[0050]當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。
[0051]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括:
[0052]探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平；
[0053]獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)；
[0054]在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入；
[0055]檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差；
[0056]根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離；
[0057]所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片的步驟應(yīng)用了 HC_SR04超聲波模塊。
[0058]根據(jù)本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0059]通過人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0060]所述通過人機(jī)交互界面輸入控制指令的步驟還包括:
[0061 ]在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式；
[0062]所述通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物的步驟還包括:
[0063]當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)。
[0064]本發(fā)明通過電動(dòng)爬樓輪椅的控制系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為控制平臺(tái)，以傳感器檢測技術(shù)作為手段，通過對(duì)直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)爬樓輪椅的基本功能，自動(dòng)化智能化，實(shí)現(xiàn)越障、自動(dòng)切換爬樓、簡易便捷的控制。
【附圖說明】
[0065]圖1是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖2是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0067]圖3是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法原理示意圖；
[0068]圖4是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法流程示意圖；
[0069]圖5是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法第一實(shí)施例示意圖；
[0070]圖6是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法第二實(shí)施例切換爬樓模式流程不意圖；
[0071 ]圖7是本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法第二實(shí)施例超聲避障流程示意圖；
[0072]圖8是本發(fā)明本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法第二實(shí)施例超聲測距示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0074]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電動(dòng)輪椅，該電動(dòng)輪椅借助的零部件可以是內(nèi)置于移動(dòng)終端的軟件單元，硬件單元或軟硬件結(jié)合單元。
[0075]結(jié)合圖示說明，如圖1?圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100，包括:
[0076]超聲避障模塊10，用于通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物；
[0077]霍爾控制模塊20，用于根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作。
[0078]第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊30，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行；
[0079]第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊40，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。
[0080]電動(dòng)爬樓輪椅主要從以下兩個(gè)方面入手:(I)電動(dòng)爬樓輪椅的平地運(yùn)行控制；(2)電動(dòng)爬樓輪的爬樓控制。其中電動(dòng)爬樓輪椅的平地運(yùn)行控制中涉及到霍爾控制搖桿的信號(hào)采集、超聲波傳感器的測距研究、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；電動(dòng)爬樓輪椅的爬樓控制會(huì)涉及到激光傳感器測距以及信號(hào)的傳輸、平衡傳感器信號(hào)的A/D采樣。接下來詳述平地運(yùn)行模式控制的部分。
[0081]如圖2所示，優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100，還包括:
[0082]所述霍爾控制模塊20包括所述霍爾控制器，所述霍爾控制器設(shè)置有霍爾控制桿和控制芯片，通過所述霍爾控制桿將控制指令傳遞給所述控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控；
[0083]所述超聲避障模塊通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令；
[0084]所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、所述第二所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。
[0085]非接觸的控制搖桿一霍爾控制桿，價(jià)格相對(duì)較高，采用非接觸式的霍爾傳感器再加以芯片控制能有效的進(jìn)行磁線曲線矯正，保證輸出的曲線的線性，霍爾控制桿有芯片對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行處理，使得霍爾控制桿的輸出信號(hào)多元化可以是模擬電壓信號(hào)、電流信號(hào)還可以通過串口與控制芯片進(jìn)行通信。在爬樓輪椅中控制桿可以簡明扼要的將乘坐者的控制意愿傳達(dá)給控制器，有很好的乘坐體驗(yàn)感。
[0086]進(jìn)一步地，所述超聲避障模塊10還包括:
[0087]超聲測距子模塊11，用于周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0088]距離運(yùn)算子模塊12，用于通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值；
[0089]路徑調(diào)整子模塊13，用于根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)；
[0090]所述路徑調(diào)整子模塊13還用于當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。
[0091]超聲波避障設(shè)計(jì)在于，在電動(dòng)爬樓輪椅的運(yùn)行過程中，輪椅前方的超聲波模塊會(huì)周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有障礙物，如果有就測出第一距離然后將檢測到的距離信號(hào)傳遞給控制芯片，控制芯片調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來避免輪椅繼續(xù)向前行進(jìn)。
[0092]所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100中需要根據(jù)復(fù)雜的障礙物和樓梯的位置進(jìn)行精確的測定，實(shí)際應(yīng)用中，所述超聲測距子模塊11還用于:
[0093]探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平；
[0094]獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)；
[0095]在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入；
[0096]檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差；
[0097]根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離；
[0098]在測距的過程中，所述超聲測距子模塊11應(yīng)用了!1(:_51?04超聲波模塊。
[0099 ]更好的是，本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100，還包括:
[0100]人機(jī)交互模塊50，用于通過人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0101]所述人機(jī)交互模塊50還包括:
[0102]爬樓開關(guān)子模塊51，用于在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式。
[0103]所述超聲避障模塊10還包括:
[0104]自動(dòng)爬樓子模塊14，用于當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)；
[0105]所述輪子電機(jī)和所述履帶電機(jī)是直流無刷電機(jī)。
[0106]更進(jìn)一步地，為了使得本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法闡述更清楚，基于上述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，步驟包括:
[0107]步驟S401，通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物；
[0108]步驟S402，根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作。
[0109]步驟S403，根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行；
[0110]步驟S404，根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。
[0111]優(yōu)選的，所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0112]通過霍爾控制桿將控制指令傳遞給控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控；
[0113]通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令；
[0114]通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。
[0115]在另一個(gè)實(shí)施例子中，所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法還包括:
[0116]步驟S501，周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0117]步驟S502，通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值；
[0118]步驟S503，根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)；
[0119]步驟S504，當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令；
[0120]步驟S505，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。
[0121]在本發(fā)明基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)施例子中，電動(dòng)爬樓輪椅的平地運(yùn)行控制中涉及到霍爾控制搖桿的信號(hào)采集、超聲波傳感器的測距研究、和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；電動(dòng)爬樓輪椅的爬樓控制會(huì)涉及到激光傳感器測距以及信號(hào)的傳輸、平衡傳感器信號(hào)的A/D采樣。人機(jī)交互界面用來選擇相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式:爬樓運(yùn)行、平地運(yùn)行;霍爾控制桿主要作為乘坐者對(duì)輪椅控制信號(hào)的輸入;超聲波傳感器、平衡傳感器、激光傳感器用于輪椅周邊環(huán)境采集；照明、蜂鳴器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及電機(jī)則是用于輪椅功能最終的實(shí)現(xiàn)，電源供電可以通過內(nèi)置電池來實(shí)現(xiàn)。
[0122]霍爾控制模塊20包括所述霍爾控制器，所述霍爾控制器設(shè)置有霍爾控制桿和控制芯片，控制芯片應(yīng)用了意法半導(dǎo)體STM32芯片，主系統(tǒng)主要由四個(gè)被動(dòng)單元和四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成。四被動(dòng)單元是:AHB(Advanced High-performance Bus，高性能總線)到APB(AdvancedPeripheral Bus，外圍總線)的橋(連接所有的APB設(shè)備)、內(nèi)部FLASH閃存、內(nèi)部SRAM(StaticRAM的縮寫，即靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)、FSMC(Flexible Static Memory Controller，可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器)。四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元是:內(nèi)核DCode總線、系統(tǒng)總線、通用DMAl、通用DMA2。四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元是:內(nèi)核DCode總線、系統(tǒng)總線、通用DMA1、通用DMA2。I Code總線:該總線將M3內(nèi)核指令總線和閃存指令接口相連，指令的預(yù)取在該總線上面完成。DCode總線:該總線將M3內(nèi)核的DCode總線與閃存存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)接口相連接，常量加載和調(diào)試訪問在該總線上面完成。系統(tǒng)總線:該總線連接M3內(nèi)核的系統(tǒng)總線到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核和DMA間訪問。DMA總線:該總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相連，總線矩陣協(xié)調(diào)CPU的DCode和DMA到SRAM，閃存和外設(shè)的訪問?？偩€矩陣:總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系統(tǒng)總線和DMA主控總線之間的訪問仲裁，仲裁利用輪換算法。AHB/APB橋:這兩個(gè)橋在AHB和2個(gè)AI3B總線間提供同步連接，AI3Bl操作速度限于36MHz，APB2操作速度全速72MHz。
[0123]乘坐者通過霍爾控制桿將控制意愿傳遞給控制芯片完成對(duì)輪椅的操控。超聲波避障通過超聲波測量輪椅距離第一距離，反饋給控制芯片，進(jìn)而停止前進(jìn)。若需要座椅平衡，在爬樓過程中，通過平衡傳感器檢測座椅的傾斜角，并反饋給控制芯片繼而通過調(diào)節(jié)座椅電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向來保持座椅平穩(wěn)。在爬樓過程中，通過傳感器來探測輪椅履帶與樓梯之間的最大距離來判定輪椅是否已經(jīng)爬上最后一階樓梯，并將信號(hào)傳遞給控制芯片以便輪椅進(jìn)行爬樓模式的切換。電機(jī)驅(qū)動(dòng)是電動(dòng)爬樓輪椅的動(dòng)力來源，通過控制器給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)?？紤]到輪椅的使用者，以老年者居多，因而輪椅的控制需要簡單。我們在設(shè)計(jì)電動(dòng)爬樓輪椅的時(shí)候主要以控制搖桿來驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)輪椅前進(jìn)后退或者上下樓梯，其中用爬樓按鍵和平地運(yùn)行按鍵來進(jìn)行爬樓或者平地運(yùn)行的切換。同時(shí)也可以通過傳感器來檢測周圍的環(huán)境，比如前面后面是否有樓梯，如果檢測到樓梯則會(huì)自動(dòng)切換為爬樓狀態(tài)。
[0124]電動(dòng)爬樓輪椅上電后，控制芯片STM32會(huì)首先初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、I/O管腳、看門狗等部分，然后通過人機(jī)交互界面上的爬樓按鈕或者平地按鈕來選擇爬樓模式或者平地運(yùn)行模式。
[0125]本發(fā)明所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，優(yōu)選的是，所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括:
[0126]探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平；
[0127]獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)；
[0128]在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入；
[0129]檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差；
[0130]根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離；
[0131]所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片的步驟應(yīng)用了 HC_SR04超聲波模塊。
[0132]具體地，如圖8所示的一個(gè)實(shí)施例中，檢測距離步驟包括:
[0133]步驟S801，發(fā)射信號(hào)；
[0134]步驟S802，是否收到返回信號(hào)；
[0135]步驟S803，等待接收返回信號(hào)
[0136]步驟S804，等待接收返回信號(hào)；
[0137]步驟S805，記錄發(fā)射接收的時(shí)間差；
[0138]步驟S806，Stm32接受信號(hào)，計(jì)算距離；
[0139]步驟S807，等待發(fā)射指令。
[0140]為了更好的實(shí)現(xiàn)平地運(yùn)行和爬樓的切換，所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法還包括:
[0141 ]通過人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0142]所述通過人機(jī)交互界面輸入控制指令的步驟還包括:
[0143]在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式；
[0144]所述通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物的步驟還包括:
[0145]當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)。
[0146]電動(dòng)爬樓輪椅在運(yùn)行過程中鑒于其功能全面，需要不斷進(jìn)行工作模式的調(diào)整。由平地運(yùn)行過渡到爬樓運(yùn)行時(shí)候，會(huì)經(jīng)過爬樓準(zhǔn)備、進(jìn)入爬樓、完成爬樓等狀態(tài)，并且在不同的時(shí)刻都必須保持座椅始終相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)。在平地運(yùn)行過程中電動(dòng)爬樓輪椅還需要有效的避開障礙物，并且能檢測到前方是否是樓梯。
[0147]本實(shí)施例中，基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)100功能的實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)元器件之間相互的配合，整個(gè)電動(dòng)爬樓輪椅具有一個(gè)霍爾控制桿，一個(gè)平衡傳感器，兩個(gè)激光測距傳感器，6個(gè)超聲波測距傳感器和7個(gè)直流電機(jī)。其中霍爾控制桿位于電動(dòng)爬樓輪椅右側(cè)扶手，平衡傳感器位于座椅底面，超聲波測距傳感器分布于輪椅前方(兩個(gè))、左右個(gè)一個(gè)、后面兩個(gè)，激光測距傳感器位于輪椅前方和履帶底面中部，直流電機(jī)7個(gè)分布于左右輪子電機(jī)各一個(gè)、左右輪子升降電機(jī)各一個(gè)、左右履帶電機(jī)各一個(gè)和座椅平衡推桿電機(jī)一個(gè)，電動(dòng)爬樓輪椅還基于看門狗設(shè)置。平地運(yùn)行模式步驟示意圖，如圖6所示，包括:
[0148]步驟S601，平地運(yùn)行模式；
[0149]步驟S602，控制霍爾控制桿；
[0150]步驟S603，是否達(dá)到避障限位；
[0151]步驟S604，輪子受搖桿自由控制；若經(jīng)超聲檢測具有障礙物，需要避開執(zhí)行步驟S605；
[0152]步驟S605輪子避障；
[0153]步驟S606，看門狗喂狗成功。
[0154]步驟S607，是否需要切換爬樓模式。若是，執(zhí)行步驟S608，若否，回到執(zhí)行步驟S601o
[0155]步驟S608，如果切換成功，執(zhí)行步驟S610。不行則執(zhí)行步驟S609;
[0156]步驟S609，重啟霍爾控制器；
[0157]步驟S610，爬樓模式。
[0158]具體地，需要通過爬樓開關(guān)子模塊51或自動(dòng)爬樓子模塊14進(jìn)行切換運(yùn)行模式，自動(dòng)識(shí)別切換也需要超聲測距子模塊11實(shí)現(xiàn)距離的判定，將安全距離設(shè)置為50cm。
[0159]在上面的基礎(chǔ)上，識(shí)別障礙物或樓梯過程中，如圖7，優(yōu)選的步驟包括:
[0160]步驟701，平地運(yùn)行模式。處于平地運(yùn)行模式中，需要判別障礙物或第一個(gè)臺(tái)階。
[0161]步驟702，控制霍爾控制桿。霍爾控制桿進(jìn)行控制信號(hào)輸入，同時(shí)進(jìn)行左右前后的超聲波測距，判別第一距離。
[0162]步驟703，小于50cm且向前撥動(dòng)霍爾控制桿;執(zhí)行步驟708 ；
[0163]步驟704，小于50cm且向后撥動(dòng)霍爾控制桿;執(zhí)行步驟709 ；
[0164]步驟705，小于50cm且向左撥動(dòng)霍爾控制桿;執(zhí)行步驟710;
[0165]步驟706，小于50cm且向右撥動(dòng)霍爾控制桿;執(zhí)行步驟711;
[0166]步驟707，霍爾控制桿控制輪子電機(jī)自由轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0167]當(dāng)前后左右安全距離大于50cm時(shí)，就能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，否則只能操控霍爾控制桿去往安全距離大于50cm的方向。
[0168]步驟708，霍爾控制桿向前撥動(dòng)視為無效動(dòng)作；
[0169]步驟709，霍爾控制桿向后撥動(dòng)視為無效動(dòng)作；
[0170]步驟710，霍爾控制桿向左撥動(dòng)視為無效動(dòng)作；
[0171 ]步驟711，霍爾控制桿向右撥動(dòng)視為無效動(dòng)作；
[0172]以上通過超聲避障模塊10及其子模塊實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)爬樓輪椅的前進(jìn)速度和方向可以由用戶通過操作霍爾控制桿來實(shí)現(xiàn)?；魻柨刂茥U輸出兩路相互垂直的模擬信號(hào)，本實(shí)施例子中，超聲波傳感器應(yīng)用了HC_SR04超聲波模塊。HC_SR04超聲波模塊的使用方法:控制端給與1us以上的高電平，然后在接受端就能采集到相對(duì)應(yīng)的高電平輸入，通過記錄的高電平的時(shí)間繼而推算出距離。
[0173]對(duì)于輪子電機(jī)和履帶電機(jī)，由于需要適配的直流無刷電機(jī)，使用MC33035和MC33039傳感器相位比較來控制三相電機(jī)，有多種可以用來建立傳感器信號(hào)相對(duì)相位的常規(guī)方法。而對(duì)于六階驅(qū)動(dòng)方式，一個(gè)輸入信號(hào)必須每隔60°就改變一次，因此相應(yīng)的信號(hào)相位取決于機(jī)械傳感器放置。在MC33035中，當(dāng)配置60°的傳感器相位時(shí)，馬達(dá)可以以60°或300°的相位運(yùn)作，只是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向相反。同樣，當(dāng)配置為120°時(shí)，馬達(dá)可以以120°/240°的相位運(yùn)作。常用的電機(jī)控制是通過PWM來進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，通過控制芯片的GP1管腳來選擇電機(jī)的正反轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)。對(duì)于轉(zhuǎn)子位置的檢測，MC33035專門有一個(gè)60°/120°可選管腳來接受傳感器的檢測信號(hào)，解調(diào)器以每60°角度來檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。MC33035的管腳中的一個(gè)是電機(jī)的完成開關(guān)轉(zhuǎn)換的使能端口。該管腳懸空時(shí)，芯片內(nèi)部有25μΑ電流源使高速和低速驅(qū)動(dòng)輸出排序;而當(dāng)該管腳接地時(shí)，高速驅(qū)動(dòng)輸出會(huì)被關(guān)閉，低速驅(qū)動(dòng)則會(huì)被強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為低電平，最終電機(jī)慣性滑行，F(xiàn)ault輸出激活。
[0174]動(dòng)態(tài)電機(jī)制動(dòng)過程中會(huì)在產(chǎn)品引入安全邊緣。為完成電機(jī)制動(dòng)，可以把芯片的輸入管腳配置為相對(duì)應(yīng)的高電平。在電機(jī)的制動(dòng)過程中會(huì)設(shè)置關(guān)閉高速驅(qū)動(dòng)輸出，打開低速驅(qū)動(dòng)輸出，進(jìn)而減少電機(jī)產(chǎn)生的反向EMF。制動(dòng)輸入無條件的優(yōu)先于其他所有的輸入。在電機(jī)的制動(dòng)電路中會(huì)用到一個(gè)四輸入的或非門用來作為監(jiān)視制動(dòng)輸入，并且將輸入信號(hào)輸入到三個(gè)高速驅(qū)動(dòng)輸出晶體管，使得高速驅(qū)動(dòng)輸出無效進(jìn)而達(dá)到制動(dòng)效果，并且可以有效的解決下級(jí)和上級(jí)電源的導(dǎo)通問題。
[0175]在電動(dòng)輪椅的乘坐體驗(yàn)中，會(huì)出現(xiàn)由于誤操作而撞擊到墻面或者撞擊到行人的事件。為了避免這種情況發(fā)送，就需要超聲波測距傳感器來檢測電動(dòng)輪椅四周的環(huán)境并反饋給控制器，以避免不必要的損害發(fā)生。
[0176]超聲波傳感器在測距的過程中，先由控制芯片stm32發(fā)出一個(gè)第一閾值為1us的高電平作為超聲波模塊的啟動(dòng)信號(hào)，超聲波模塊內(nèi)部會(huì)發(fā)出8個(gè)40KHz電平信號(hào)并檢測收到的信號(hào)，獲取時(shí)間差，然后將時(shí)間差以脈沖的形式發(fā)送給stm32，通過公式換算就可以計(jì)算出第一距離。
[0177]由于超聲波在測距過程中，需要檢測從障礙物反射回來的回波作為測距的反饋信號(hào)，當(dāng)超聲波檢測到的障礙物距離較近，而且與發(fā)射角度垂直時(shí)，從超聲波模塊發(fā)射出的超聲波經(jīng)過多次反射回來后任然有可能倍超聲波模塊作為回波信號(hào)接收。如果對(duì)此不作處理，當(dāng)所測距離較近且與超聲波模塊平行時(shí)，超聲波模塊所測到的距離就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)錯(cuò)誤。對(duì)于該問題，可以通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法，進(jìn)而精確所超聲波模塊所檢測到的距離數(shù)據(jù)。
[0178]在電動(dòng)爬樓輪椅的運(yùn)行過程中，HC_SR04超聲波模塊會(huì)時(shí)刻檢測前方障礙物到所述電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，并將所檢測到的距離數(shù)據(jù)以PWM(脈沖寬度調(diào)制，Pulse WidthModulat 1n)波形的方式傳送給控制芯片stm32，stm32通過計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的距離。當(dāng)檢測到第一距離小于安全距離，控制芯片就會(huì)發(fā)出輪椅停止前進(jìn)的控制信號(hào)并將該信號(hào)發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成相對(duì)應(yīng)的停轉(zhuǎn)，同時(shí)控制桿的向前撥動(dòng)也會(huì)被作為無效信號(hào)，直到檢測到第一距離大于安全距離，控制桿向前撥動(dòng)才會(huì)被識(shí)別為有效信號(hào)。
[0179]在平地運(yùn)行過程中，基于爬樓開關(guān)子模塊51的作用，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式:放下履帶，收起后輪。在沒有按下爬樓按鈕的狀態(tài)下，當(dāng)輪椅的超聲波傳感器檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)。
[0180]電動(dòng)爬樓輪椅需要時(shí)刻檢測周圍的環(huán)境并且有效的識(shí)別出樓梯、墻面障礙等以方便爬樓輪椅完成爬樓避障等功能。基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)需要完成以下標(biāo)準(zhǔn):直流電機(jī)對(duì)于霍爾控制桿的控制響應(yīng)時(shí)間需要小于1ms;壁障安全距離為500mm;座椅平衡電機(jī)對(duì)于平衡傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于10ms，并且座椅要始終保持水平(±5°);通過激光傳感器檢來判斷輪椅已經(jīng)完成最后一階樓梯的攀爬，同時(shí)完成攀爬到相對(duì)應(yīng)的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的響應(yīng)時(shí)間小于0.5s。
[0181]綜上所述，本發(fā)明具有電動(dòng)爬樓輪椅的控制系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)作為控制平臺(tái)，以傳感器檢測技術(shù)作為手段，通過對(duì)直流電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)爬樓輪椅的基本功能，通過控制界面簡單的按鈕切換并輔以控制搖桿來操控輪椅。借此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)爬樓輪椅的自動(dòng)化智能化，實(shí)現(xiàn)越障、自動(dòng)切換爬樓、簡易便捷的控制。
[0182]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 超聲避障模塊，用于通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物； 霍爾控制模塊，用于根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作； 第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行； 第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 所述霍爾控制模塊包括所述霍爾控制器，所述霍爾控制器設(shè)置有霍爾控制桿和控制芯片，通過所述霍爾控制桿將控制指令傳遞給所述控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控； 所述超聲避障模塊通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令； 所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、所述第二所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲避障模塊還包括: 超聲測距子模塊，用于周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片； 距離運(yùn)算子模塊，用于通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值； 路徑調(diào)整子模塊，用于根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)； 所述路徑調(diào)整子模塊還用于當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲測距子模塊還用于: 探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平； 獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)； 在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入； 檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差； 根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離； 在測距的過程中，所述超聲測距子模塊應(yīng)用了 HC_SR04超聲波模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 人機(jī)交互模塊，用于通過人機(jī)交互界面輸入控制指令； 所述人機(jī)交互模塊還包括: 爬樓開關(guān)子模塊，用于在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式； 所述超聲避障模塊還包括: 自動(dòng)爬樓子模塊，用于當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)； 所述輪子電機(jī)和所述履帶電機(jī)是直流無刷電機(jī)。6.一種基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，包括: 通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物； 根據(jù)霍爾控制器當(dāng)前輸入的控制指令，控制所述電動(dòng)爬樓輪椅的電機(jī)的運(yùn)作； 根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的輪子電機(jī)運(yùn)行； 根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)爬樓輪椅的履帶電機(jī)運(yùn)行。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，還包括: 通過霍爾控制桿將控制指令傳遞給控制芯片完成對(duì)所述電動(dòng)爬樓輪椅的操控；通過超聲波測量所述第一距離反饋給所述控制芯片，進(jìn)而輸出停止前進(jìn)的所述控制指令； 通過所述控制芯片給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的控制指令，繼而驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，所述通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物步驟還包括: 周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片； 通過降低超聲波發(fā)射頻率同時(shí)對(duì)所述控制芯片進(jìn)行濾波算法處理，確定所述第一距離的數(shù)值； 根據(jù)所述第一距離小于安全距離發(fā)送停轉(zhuǎn)指令調(diào)整相應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)； 當(dāng)檢測到所述第一距離小于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為無效指令，當(dāng)檢測到第一距離大于安全距離，所述霍爾控制桿的靠近障礙物的控制指令被識(shí)別為有效指令。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括: 探測障礙物時(shí)通過控制端給與第一時(shí)間閾值的高電平； 獲得高電平作為啟動(dòng)信號(hào)； 在接受端采集到相應(yīng)的高電平輸入； 檢測基準(zhǔn)信號(hào)與收到信號(hào)的時(shí)間差； 根據(jù)記錄的高電平的時(shí)間差推算出距離； 所述周期性的發(fā)射超聲波來檢測前方是否有所述障礙物，將測出所述第一距離傳遞給所述控制芯片的步驟應(yīng)用了 HC_SR04超聲波模塊。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于超聲測控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，還包括: 通過人機(jī)交互界面輸入控制指令； 所述通過人機(jī)交互界面輸入控制指令的步驟還包括: 在平地運(yùn)行過程中，通過按下人機(jī)交互界面的爬樓按鈕可以切換到爬樓模式； 所述通過超聲波檢測障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開所述障礙物的步驟還包括: 當(dāng)檢測到樓梯時(shí)候，自動(dòng)將輪椅切換到爬樓狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK106074026SQ201610473803
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】崔剛, 張學(xué)海
【申請(qǐng)人】張俊