基于超聲測(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于超聲測(cè)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)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(jiǎn)易便捷的控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于超聲測(cè)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(cè)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(lái)越高，但這對(duì)于老年人和肢體殘疾人來(lái)說(shuō)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(shì)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(guó)家提倡關(guān)愛(ài)弱勢(shì)群體，創(chuàng)建和諧社會(huì)的背景下開(kāi)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(jiàn)的電動(dòng)爬樓輪椅，其爬樓過(guò)程還需護(hù)理人員輔助，并沒(méi)做到真正的自動(dòng)爬樓，而且爬樓過(guò)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(jiǎn)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(wú)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(guó)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(méi)有專(zhuān)人照看，他們只能常年呆在家中以避免給家人帶來(lái)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(wú)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(wèn)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(méi)有那么完善，單單靠普通輪椅是無(wú)法解決老年人和殘疾人的出行問(wèn)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(shì)必會(huì)有廣闊的市場(chǎng)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(guó)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(lèi):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(guò)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(jiàn)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(jiǎn)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(guò)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(chēng)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(guò)控制兩條機(jī)器腿的升降來(lái)爬樓，座椅底部安裝有平衡測(cè)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(lái)，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(jiǎn)易控制方式。同時(shí)，該機(jī)器人的還有承載能力過(guò)低，行進(jìn)速度過(guò)慢的缺陷。步行式爬樓裝置在爬樓過(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(chǎng)和經(jīng)濟(jì)空間?，F(xiàn)有的輪椅的用戶(hù)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(lèi)人員的操作難度較大，不能讓輪椅更加方便、智能、簡(jiǎn)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(cè)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(cè)技術(shù)作為手段，通過(guò)對(duì)直流電機(jī)的控制來(lái)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(cè)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)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(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)距子模塊，用于周期性的發(fā)射超聲波來(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(guò)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(lái)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(cè)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(wú)效指令，當(dāng)檢測(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，所述超聲測(cè)距子模塊還用于:
[0024]探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(cè)距的過(guò)程中，所述超聲測(cè)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(cè)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(guò)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(kāi)關(guān)子模塊，用于在平地運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)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(cè)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(wú)刷電機(jī)。
[0037]本發(fā)明提供一種基于超聲測(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，包括:
[0038]通過(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0043]通過(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，所述通過(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)所述障礙物步驟還包括:
[0047]周期性的發(fā)射超聲波來(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0048]通過(guò)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(lái)使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)；
[0050]當(dāng)檢測(cè)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(wú)效指令，當(dāng)檢測(cè)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括:
[0052]探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0059]通過(guò)人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0060]所述通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)所述障礙物的步驟還包括:
[0063]當(dāng)檢測(cè)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(guò)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(cè)技術(shù)作為手段，通過(guò)對(duì)直流電機(jī)的控制來(lái)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(jiǎn)易便捷的控制。
【附圖說(shuō)明】
[0065]圖1是本發(fā)明基于超聲測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法第二實(shí)施例超聲測(cè)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(shuō)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(wèn)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(shuō)明，如圖1?圖2所示，本發(fā)明提供的一種基于超聲測(cè)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)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(cè)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(lái)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(cè)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(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(guò)串口與控制芯片進(jìn)行通信。在爬樓輪椅中控制桿可以簡(jiǎn)明扼要的將乘坐者的控制意愿?jìng)鬟_(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(cè)距子模塊11，用于周期性的發(fā)射超聲波來(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(guò)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(lái)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(cè)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(wú)效指令，當(dāng)檢測(cè)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(guò)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(lái)檢測(cè)前方是否有障礙物，如果有就測(cè)出第一距離然后將檢測(cè)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(lái)避免輪椅繼續(xù)向前行進(jìn)。
[0092]所述基于超聲測(cè)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(cè)定，實(shí)際應(yīng)用中，所述超聲測(cè)距子模塊11還用于:
[0093]探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(cè)距的過(guò)程中，所述超聲測(cè)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(cè)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(guò)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(kāi)關(guān)子模塊51，用于在平地運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)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(cè)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(wú)刷電機(jī)。
[0106]更進(jìn)一步地，為了使得本發(fā)明基于超聲測(cè)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(cè)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，還包括:
[0112]通過(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片；
[0117]步驟S502，通過(guò)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(lái)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(cè)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(wú)效指令；
[0120]步驟S505，當(dāng)檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(lái)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(guò)內(nèi)置電池來(lái)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(xiě)，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(wèn)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(wèn)。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(wèn)?？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(wèn)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(guò)霍爾控制桿將控制意愿?jìng)鬟f給控制芯片完成對(duì)輪椅的操控。超聲波避障通過(guò)超聲波測(cè)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(guò)程中，通過(guò)平衡傳感器檢測(cè)座椅的傾斜角，并反饋給控制芯片繼而通過(guò)調(diào)節(jié)座椅電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向來(lái)保持座椅平穩(wěn)。在爬樓過(guò)程中，通過(guò)傳感器來(lái)探測(cè)輪椅履帶與樓梯之間的最大距離來(lái)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(lái)源，通過(guò)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(jiǎn)單。我們?cè)谠O(shè)計(jì)電動(dòng)爬樓輪椅的時(shí)候主要以控制搖桿來(lái)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(lái)進(jìn)行爬樓或者平地運(yùn)行的切換。同時(shí)也可以通過(guò)傳感器來(lái)檢測(cè)周?chē)沫h(huán)境，比如前面后面是否有樓梯，如果檢測(cè)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(mén)狗等部分，然后通過(guò)人機(jī)交互界面上的爬樓按鈕或者平地按鈕來(lái)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括:
[0126]探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法還包括:
[0141 ]通過(guò)人機(jī)交互界面輸入控制指令；
[0142]所述通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)所述障礙物的步驟還包括:
[0145]當(dāng)檢測(cè)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(guò)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(guò)渡到爬樓運(yùn)行時(shí)候，會(huì)經(jīng)過(guò)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(guò)程中電動(dòng)爬樓輪椅還需要有效的避開(kāi)障礙物，并且能檢測(cè)到前方是否是樓梯。
[0147]本實(shí)施例中，基于超聲測(cè)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(cè)距傳感器，6個(gè)超聲波測(cè)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(cè)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(cè)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(mén)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(cè)具有障礙物，需要避開(kāi)執(zhí)行步驟S605；
[0152]步驟S605輪子避障；
[0153]步驟S606，看門(mén)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(guò)爬樓開(kāi)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(cè)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(guò)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(cè)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(wú)效動(dòng)作；
[0169]步驟709，霍爾控制桿向后撥動(dòng)視為無(wú)效動(dòng)作；
[0170]步驟710，霍爾控制桿向左撥動(dòng)視為無(wú)效動(dòng)作；
[0171 ]步驟711，霍爾控制桿向右撥動(dòng)視為無(wú)效動(dòng)作；
[0172]以上通過(guò)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(hù)通過(guò)操作霍爾控制桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。霍爾控制桿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(guò)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(wú)刷電機(jī)，使用MC33035和MC33039傳感器相位比較來(lái)控制三相電機(jī)，有多種可以用來(lái)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(guò)PWM來(lái)進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，通過(guò)控制芯片的GP1管腳來(lái)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(cè)，MC33035專(zhuān)門(mén)有一個(gè)60°/120°可選管腳來(lái)接受傳感器的檢測(cè)信號(hào)，解調(diào)器以每60°角度來(lái)檢測(cè)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(kāi)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(guò)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(guò)程中會(huì)設(shè)置關(guān)閉高速驅(qū)動(dòng)輸出，打開(kāi)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(wú)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(mén)用來(lái)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(wú)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(wèn)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(cè)距傳感器來(lái)檢測(cè)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(cè)距的過(guò)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(cè)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(guò)公式換算就可以計(jì)算出第一距離。
[0177]由于超聲波在測(cè)距過(guò)程中，需要檢測(cè)從障礙物反射回來(lái)的回波作為測(cè)距的反饋信號(hào)，當(dāng)超聲波檢測(cè)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(guò)多次反射回來(lái)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(cè)距離較近且與超聲波模塊平行時(shí)，超聲波模塊所測(cè)到的距離就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)錯(cuò)誤。對(duì)于該問(wèn)題，可以通過(guò)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(cè)到的距離數(shù)據(jù)。
[0178]在電動(dòng)爬樓輪椅的運(yùn)行過(guò)程中，HC_SR04超聲波模塊會(huì)時(shí)刻檢測(cè)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(cè)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(guò)計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的距離。當(dāng)檢測(cè)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(wú)效信號(hào)，直到檢測(cè)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(guò)程中，基于爬樓開(kāi)關(guān)子模塊51的作用，通過(guò)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(méi)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(cè)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(cè)周?chē)沫h(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?；诔暅y(cè)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(guò)激光傳感器檢來(lái)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(cè)技術(shù)作為手段，通過(guò)對(duì)直流電機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)爬樓輪椅的基本功能，通過(guò)控制界面簡(jiǎn)單的按鈕切換并輔以控制搖桿來(lái)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(jiǎn)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(cè)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)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(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)距子模塊，用于周期性的發(fā)射超聲波來(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(guò)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(lái)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(cè)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(wú)效指令，當(dāng)檢測(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲測(cè)距子模塊還用于: 探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(cè)距的過(guò)程中，所述超聲測(cè)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(cè)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(guò)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(kāi)關(guān)子模塊，用于在平地運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)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(cè)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(wú)刷電機(jī)。6.一種基于超聲測(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，包括: 通過(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，還包括: 通過(guò)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(guò)超聲波測(cè)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(guò)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，所述通過(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)所述障礙物步驟還包括: 周期性的發(fā)射超聲波來(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片； 通過(guò)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(lái)使得所述電動(dòng)爬樓輪椅停止向前行進(jìn)； 當(dāng)檢測(cè)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(wú)效指令，當(dāng)檢測(cè)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)出所述第一距離傳遞給所述控制芯片步驟還包括: 探測(cè)障礙物時(shí)通過(guò)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(cè)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(lái)檢測(cè)前方是否有所述障礙物，將測(cè)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(cè)控的電動(dòng)爬樓輪椅控制方法，其特征在于，還包括: 通過(guò)人機(jī)交互界面輸入控制指令； 所述通過(guò)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(guò)程中，通過(guò)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(guò)超聲波檢測(cè)障礙物和/或樓梯到電動(dòng)爬樓輪椅的第一距離，避開(kāi)所述障礙物的步驟還包括: 當(dāng)檢測(cè)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(kāi)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