一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)。
[0002] 本發(fā)明還設(shè)及移動小車的控制方法，尤其設(shè)及一種基于二維霍爾搖桿的智能電動 輪椅控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著電子技術(shù)及能源技術(shù)的發(fā)展，電動車技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，并大規(guī)模的應(yīng) 用到我們的日常生活中，各類電動車奔馳在大街小巷上。電動輪椅車，對于一些老年人群 或有殘疾的人群來說，被認(rèn)為是現(xiàn)在最理想的代步工具，尤其是日益嚴(yán)重的老齡化使電動 輪椅成為老年人的生活必需品。對于手部功能弱，不能使用普通機(jī)械輪椅，或者雖然能夠使 用，但遠(yuǎn)距離運(yùn)動時(shí)體力不能負(fù)擔(dān)的，并隨著傷殘者對回歸社會及獨(dú)立生活渴望的增長，促 使輪椅不斷完善提高性能和質(zhì)量，電動輪椅車應(yīng)運(yùn)而生。在歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，老年人， 殘疾人專用的手動輪椅已逐漸被淘汰，取而代之的是性能優(yōu)越，操作簡便，行駛更安全可靠 的智能型電動輪椅。由于我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和人民生活水平在不斷的提高，我國對電動輪 椅也有了十分旺盛的需求。由于智能電動輪椅主要面向的是老年人、行動不便人±，對其操 控性和安全性提出更高的要求。
[0004] 基于霍爾效應(yīng)的二維霍爾搖桿操作方便、線性度好、工作穩(wěn)定性高，逐漸成為電動 車輪椅手柄搖桿中的主流設(shè)備。電動輪椅一般采用雙電機(jī)驅(qū)動兩輪隨動的結(jié)構(gòu)方式，而建 立相匹配的穩(wěn)定可靠的控制方法就變成了產(chǎn)品成功的重要因素了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種高效便捷的基于二維霍爾搖桿的智能電 動輪椅控制系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明還需要解決的技術(shù)問題是提供一種高效便捷的基于二維霍爾搖桿的智能 電動輪椅控制方法。建立電動輪椅運(yùn)動模型，建立最優(yōu)電動輪椅速度控制輸出指令，提高電 動車操控舒適性，行駛安全性。
[0007] 為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)，它包括AVR單片機(jī)處理器、二 維霍爾搖桿、雷達(dá)測距傳感器、控制開關(guān)、電池供電、電子剎車及配套的電機(jī)驅(qū)動器;AVR單 片機(jī)處理器作為電動輪椅控制處理單元，其用于讀取霍爾搖桿信號、雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)、 輸出控制開關(guān)指令、電子剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令。
[0009] 所述AVR單片機(jī)處理器為8位微控制器。其外設(shè)豐富，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高。
[0010] 一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制方法，二維霍爾搖桿作為智能輪椅運(yùn) 動控制方向手柄，根據(jù)二維霍爾搖桿輸出信號（x，y)建立電動輪椅車運(yùn)動模型函數(shù)，速度V =n(X，y)，方向 0 =f2 (X，y);
[0011] 智能電動輪椅前端和后端分別布置兩個(gè)雷達(dá)測距傳感器，設(shè)定電動車行駛安全距 離S=f(V)，當(dāng)測量到安全距離內(nèi)有障礙物時(shí)，控制電機(jī)驅(qū)動器及電子剎車進(jìn)行緊急制動， 最后輸出控制開關(guān)指令；
[0012] 控制開關(guān)指令包括啟停、加減速或卿趴。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：基于霍爾效應(yīng)的二維霍爾搖桿操作方便、線性度好、工作穩(wěn)定 性高，AVR單片機(jī)處理器讀取霍爾搖桿信號、雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)、輸出控制開關(guān)指令、電子 剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令，當(dāng)測量到安全距離內(nèi)有障礙物時(shí)，控制電機(jī)驅(qū)動器及電子剎車進(jìn) 行緊急制動，反應(yīng)快，安全性高。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明智能電動輪椅控制系統(tǒng)框圖。
[0015] 圖2為本發(fā)明霍爾搖桿輸出信號示意圖。
[0016] 圖3a為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（向前右轉(zhuǎn)的情況）。
[0017] 圖3b為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（向前左轉(zhuǎn)的情況）。
[001引圖3c為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（向后右轉(zhuǎn)的情況）。
[0019] 圖3d為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（向后左轉(zhuǎn)的情況）。
[0020] 圖3e為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（原地右轉(zhuǎn)的情況）。
[0021] 圖3f為本發(fā)明搖桿位置與電動車控制運(yùn)行方向示意圖（原地左轉(zhuǎn)的情況）。
[0022] 圖4為本發(fā)明前輪驅(qū)動式電動車運(yùn)動模型。
[0023] 圖5為本發(fā)明雷達(dá)測距傳感器信號圖。
[0024] 其中，UAVR單片機(jī)處理器，2、二維霍爾搖桿，3、雷達(dá)測距傳感器，4、控制開關(guān)，5、 電池供電，6、電子剎車，7、電機(jī)驅(qū)動器。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。W下實(shí)施例僅用于說明本發(fā) 明，不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[00%] 圖1所示，本發(fā)明的一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)，它包括AVR單片機(jī)處理器1、二維霍爾搖桿2、雷達(dá)測距傳感器3、控制開關(guān)4、電池供電5、電子剎車6及 配套的電機(jī)驅(qū)動器7 ;AVR單片機(jī)處理器1作為電動輪椅控制處理單元，其用于讀取霍爾搖 桿信號、雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)、輸出控制開關(guān)指令、電子剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令。
[0027] AVR單片機(jī)處理器1是一款8位微控制器。其外設(shè)豐富，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高。
[0028] 本發(fā)明的一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制方法，具體如下：
[0029] 1)智能電動輪椅供電電池一般采用24V或者48V鉛酸電池或者裡電池，而AVR單 片機(jī)處理器1、二維霍爾搖桿2、雷達(dá)測距傳感器3都是5V供電設(shè)備。采用URH4805P-6WR3 型DCDC電源模塊獲得穩(wěn)定的DC5V電源。
[0030] 2)二維霍爾搖桿2采用DC5V供電，兩個(gè)模擬量輸出端（0~5V)，輸出信號如圖2 所示，X軸表示搖桿左右方向，y軸表示前后方向。當(dāng)搖桿推到最左側(cè)時(shí)，X軸輸出為OV;當(dāng) 搖桿推到最右側(cè)時(shí)，X軸輸出為5v;當(dāng)搖桿推到最下側(cè)時(shí)，y軸輸出為Ov;當(dāng)搖桿推到最上 側(cè)時(shí)，y軸輸出為5V;當(dāng)搖桿處于中間時(shí)，X軸和y軸都為2. 5v。通過單片機(jī)AD端口直接 讀取運(yùn)兩個(gè)模擬量。如圖3a、圖3b、圖3c、圖3d、圖3e、圖3f所示，即為霍爾搖桿推向不同 位置時(shí)，電動輪椅實(shí)際運(yùn)行的方向示意圖。
[0031] 3)建立電動輪椅運(yùn)動模型
[0035] 其中N為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，i為電機(jī)減速比，R為車輪直徑，0為電動輪椅車轉(zhuǎn)向角 度，n為控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，當(dāng)搖桿向上是n為正，搖桿向下是n為負(fù)。
[0036] 4)根據(jù)圖4所示的電動車運(yùn)動模型，結(jié)合（1)似做公式得到兩驅(qū)式電動輪椅的 兩側(cè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速關(guān)系式
[0039] ni為左輪A1對應(yīng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，n2為左輪A2對應(yīng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速。
[0040] 5)圖5所示，AVR單片機(jī)處理器的IO端口讀取雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)，單片機(jī)輸出 一個(gè)tl(大于IOus)時(shí)長的高電平脈寬到雷達(dá)傳感器輸入端口TRIG后，讀取雷達(dá)輸出端口 EOlO的脈寬。測得障礙物距離
[0042] d單位為cm,。單位為US。
[0043] 6)安全距離
，其中a為驅(qū)動器加減速度，當(dāng)測得d<s時(shí)，單片機(jī)控制驅(qū)動 器自動減速，開啟電子剎車。
[0044] 運(yùn)種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制方法，先建立電動輪椅運(yùn)動模型，從 而建立最優(yōu)電動輪椅速度控制輸出指令，提高電動車操控舒適性，行駛安全性，操作方便、 工作穩(wěn)定性高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于：它包括AVR單片機(jī) 處理器、二維霍爾搖桿、雷達(dá)測距傳感器、控制開關(guān)、電池供電、電子剎車及配套的電機(jī)驅(qū)動 器；AVR單片機(jī)處理器作為電動輪椅控制處理單元，其用于讀取霍爾搖桿信號、雷達(dá)測距傳 感器數(shù)據(jù)、輸出控制開關(guān)指令、電子剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在 于：所述AVR單片機(jī)處理器為8位微控制器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制方法，其特征在 于：二維霍爾搖桿作為智能輪椅運(yùn)動控制方向手柄，根據(jù)二維霍爾搖桿輸出信號（X，y)建 立電動輪椅車運(yùn)動模型函數(shù)，速度^ = ：?1(1，7)，方向9=：^(1，7); 智能電動輪椅前端和后端分別布置兩個(gè)雷達(dá)測距傳感器，設(shè)定電動車行駛安全距離S=f(v)，當(dāng)測量到安全距離內(nèi)有障礙物時(shí)，控制電機(jī)驅(qū)動器及電子剎車進(jìn)行緊急制動，最后 輸出控制開關(guān)指令； 控制開關(guān)指令包括啟停、加減速或喇叭。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制系統(tǒng)，它包括AVR單片機(jī)處理器、二維霍爾搖桿、雷達(dá)測距傳感器、控制開關(guān)、電池供電、電子剎車及配套的電機(jī)驅(qū)動器；AVR單片機(jī)處理器作為電動輪椅控制處理單元，其用于讀取霍爾搖桿信號、雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)、輸出控制開關(guān)指令、電子剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令。本發(fā)明還公開了一種基于二維霍爾搖桿的智能電動輪椅控制方法。基于霍爾效應(yīng)的二維霍爾搖桿操作方便、線性度好、工作穩(wěn)定性高，AVR單片機(jī)處理器讀取霍爾搖桿信號、雷達(dá)測距傳感器數(shù)據(jù)、輸出控制開關(guān)指令、電子剎車及電機(jī)驅(qū)動器指令，當(dāng)測量到安全距離內(nèi)有障礙物時(shí)，控制電機(jī)驅(qū)動器及電子剎車進(jìn)行緊急制動，反應(yīng)快，安全性高。
【IPC分類】A61G5/10, A61G5/04
【公開號】CN105342772
【申請?zhí)枴緾N201510799447
【發(fā)明人】周繼強(qiáng), 王麗峰, 張孝勇, 倪林軒, 陳磊, 楊宛璐
【申請人】江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月19日