多姿态调整的电动轮椅车控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块、控制器模块、差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其中：手操器模块用于对轮椅进行操作控制；手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；控制器模块控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行以及控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行姿态调整；电源模块用于给手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块供电。通过本发明专利技术，能够解决电动轮椅车操纵杆分区控制、电动轮椅车多姿态调整和电机位置信息反馈监测的问题，使之更具有功能多样性、加减速平稳性，转弯运行舒适性和安全性、闭环柔滑的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动轮椅车控制系统，用于控制电动轮椅车的姿态调整和轮椅车双电机差速运行。
技术介绍
我国老龄化社会正在加速发展，截止到2014年底，我国80岁以上的老年人达2400多万，失能、半失能老人近4000万人；残疾人8000多万左右，肢体残疾人约877万人。这些失能、半失能老人和肢体残疾人的行走和康复是面临最大的问题。轮椅车作为老年人和残疾人最主要代步工具，方便失能老人和肢体残疾人的行走。但普通手动轮椅和电动轮椅都没有姿态调整转换功能，长期以一个姿态乘坐轮椅车，容易导致使用者的皮肤褥疮发生。现在国内外对轮椅车控制器研究很多，但大多停留在无刷电机的控制驱动研究。根据电动轮椅车控制器国家标准GB/T 18029.14《电动轮椅车动力和控制系统--要求和测试方法》标准要求，电动轮椅车控制器需带有电子刹车的制动器，而且由于电动轮椅车启动和运行速度偏低，有刷电机在低速具有较好的稳定性。加之电动轮椅车控制器缺少姿态调整的控制功能，不能很好的实现轮椅车姿态转换的人体骨肌系统和血液循环系统力学变化，导致使用者长期坐姿容易形成褥疮问题。本产品研制出的多姿态调整的轮椅控制系统，能够实现低速的车速0～12km/h(五级别速度可调)、具有双CPU分离，CAN总线通信可靠、方便扩展，具备姿态坐到躺、躺到站和坐到站的柔性转换和双电机差速运行的功能，通过多种故障检测反馈功能保障产品安全性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一款双CPU模式，带有电压电流等故障检测和姿态调整的电动轮椅车控制系统。本产品解决了电动轮椅车操纵杆分区控制、电动轮椅车多姿态调整和电机位置信息反馈监测的问题，使之更具有闭环柔滑，控制驱动带电子刹车的有刷直流电机差速运行，驱动两个电动推杆的姿态调整，实现电动轮椅车坐、卧、躺、站等康复功能，促进轮椅车乘坐者骨肌系统和血液循环系统有效锻炼，很好的防止长期坐式的皮肤褥疮问题。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：本文专利技术提出双CPU模式，采用双ARM控制器，分别用于手操器和控制器开发，包括手操器模块、CAN通讯模块、控制器模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块，电源模块。这些部件的连接方式是：手操器模块和控制器模块之间采用CAN通讯模块进行通信。控制器模块的输出两路控制方法，一路驱动直流有刷电机差速运行，一路驱动电动推杆电机姿态调整。电源模块给手操器模块和控制器模块供电，为24V电池电源。为实现本专利技术之目的，采用以下技术方案予以实现：一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块，控制器模块，差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其中：手操器模块用于采集轮椅的操作控制信号，并将操作控制信号传输给控制器模块；手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；控制器模块用于根据接收到的操作控制信号控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行，或者用于控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行轮椅姿态调整；电源模块用于为手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块供电。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：手操器模块包括以下部件：手操器控制器、开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅姿态调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口；上述手操器模块各部件的连接方式是：开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口均与手操器控制器连接，操纵杆与手操器控制器进行单向A/D采样通信，按键采用I/O直接读写，CAN总线接口与手操器控制器为双向通信。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：控制器模块包括控制器、左右电机驱动器、左右刹车控制器、位置反馈装置、故障检测器、电动推杆驱动器和CAN总线接口；其中控制器用于同时产生4路的PWM输出，用于驱动左右电机驱动器和电动推杆驱动器；位置反馈装置用于采集左右电机的转速，通过A/D转换输入到控制器，用于调整PWM脉宽；故障检测器用于通过对采样点进行电压信号的A/D采样以进行故障检测。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：操纵杆用于输出两路与操纵杆位置相关的电压信号X0、Y0，手操器模块用于通过两路A/D采样模块分别采集X0、Y0信号，并计算得到分别代表轮椅车X轴和Y轴上的方向和速度信号的计算值X、Y，将采集值X、Y通过通讯模块发送给控制器模块。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：当手操器模块采集操纵杆的左右横坐标时，判断所述操纵杆电压信号X0是否大于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为X＝X0-2.5，否则将采集的信号转化为X＝2.5-X0；当手操器模块采集操纵杆的前后纵坐标时，判断所述操纵杆Y0电压信号是否大于等于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为Y＝Y0-2.5，否则将采集的信号转化为Y＝2.5-Y0。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：控制器模块把操纵杆圆形操控分为8个区间，控制器模块按如下方式对轮椅的方向和速度进行控制：(1)当X0＞2.5V、Y0＞2.5V，而且X＜Y时，在区间1内，电动轮椅车前进；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VX+VY)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VY-VX)(2)当X0＞2.5V、Y0＞2.5V，而且X＞Y时，在区间2内，电动轮椅车向前右转；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VX+VY)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX-VY)(3)当X0＞2.5V、Y0＜2.5V，而且X＞Y时，在区间3内，电动轮椅车向后右转；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VX-VY)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX+VY)(4)当X0＞2.5V、Y0＜2.5V，而且X＜Y时，在区间4内，电动轮椅车向后退；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VY-VX)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX+VY)(5)当X0＜2.5V、Y0＜2.5V，而且X＜Y时，在区间5内，电动轮椅车向后退；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VY+VX)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VY-VX)(6)当X0＜2.5V、Y0＜2.5V，而且X＞Y时，在区间6内，电动轮椅车向后左转；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VX+VY)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX-VY)(7)当X0＜2.5V、Y0＞2.5V，而且X＞Y时，在区间7内，电动轮椅车向前左转；VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VX-VY)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX+VY)(8)当X0＜2.5V、Y0＞2.5V，而且X＜Y时，在区间8内，电动轮椅车前进。VR＝f1(VX，VY)＝Kv(VY-VX)VL＝f2(VX，VY)＝Kv(VX+VY)其中，Kv为速度比例，VL是轮椅车左后轮驱动电机转速，VR是轮椅车右后轮驱动电机转速，VX是操纵杆X坐标值对于的X方向的速度参考值，VY是操纵杆Y坐标值对于的Y方向的速度参考值。所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：控制器模块按下式控制轮椅车的运行速度和方向： V 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块，控制器模块，差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其特征在于：手操器模块用于采集轮椅车的操作控制信号，并将操作控制信号传输给控制器模块；手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；控制器模块用于根据接收到的操作控制信号控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行，或者用于控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行轮椅车姿态调整；电源模块用于为手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块，控制器模块，差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其特征在于：手操器模块用于采集轮椅车的操作控制信号，并将操作控制信号传输给控制器模块；手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；控制器模块用于根据接收到的操作控制信号控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行，或者用于控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行轮椅车姿态调整；电源模块用于为手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块供电。2.根据权利要求1所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：手操器模块包括以下部件：手操器控制器、开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅姿态调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口；上述手操器模块各部件的连接方式是：开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口均与手操器控制器连接，操纵杆与手操器控制器进行单向A/D采样通信，按键采用I/O直接读写，CAN总线接口与手操器控制器为双向通信。3.根据权利要求1所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：单新颖，闫和平，王喜太，田中林，马岩，王强，潘国新，杨荣，
申请(专利权)人：国家康复辅具研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11