【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗辅助设备，特别涉及一种多轮可独立升降的动平衡轮椅及其控制方法、介质。
技术介绍
1、目前，市面上的电动轮椅基本只有摇杆控制来实现底盘运动的功能。一些高端的轮椅在减震、越障及便携性等方面做了一些优化及设计，然而受限于轮椅本体结构的原因，使用者在操作过程中，整体的重心通常比较高，故车身稳定性很差，底盘只能低速运动，在路面不平整和上下坡路面很容易发生侧翻或者前后倾倒。轮椅可靠性和安全性很差会导致使用者在使用轮椅过程中比较谨慎，必须要保持一定的体姿尽量减少倾倒的可能性。
2、目前针对上下坡等特殊路况下轮椅前后左右倾倒的问题，市面上有一些轮椅厂家在前后轮支架添加了支撑杆。当轮椅倾倒时，前后支撑杆会和地面接触支撑轮椅，保证了轮椅不会彻底倾倒。然而，这种方式并没有从根本上解决问题，当轮椅倾角超过一定阈值时仍然会发生侧翻，而且对于上下坡路面，为了尽量减少侧翻，使用者需要自行调整重心的位置，这导致使用舒适度、体验感大大降低。
技术实现思路
1、为了实现本专利技术的上述目的和其他优点，本专利技术的第一目的是提供一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，包括以下步骤：
2、获取当前轮椅控制指令；
3、若当前轮椅控制指令为动平衡控制指令，则获取轮椅绕惯性传感器坐标系xyz三轴倾斜角度；其中，所述惯性传感器坐标系的x轴方向、y轴方向分别与轮椅的两个动平衡方向重合，所述动平衡方向根据控制轮毂独立升降的升降模块确定；
4、通过惯性传感器坐标系x方向
5、通过所述x方向角度误差和所述y方向角度误差以及pid控制器中的比例调节系数计算x方向目标速度和y方向目标速度；
6、通过所述x方向目标速度、所述y方向目标速度分别设置所对应的动平衡方向中的升降模块的目标速度，实现轮椅的动态平衡。
7、进一步地，所述通过惯性传感器坐标系x方向、y方向的目标角度和实际角度分别计算x方向角度误差和y方向角度误差的公式为：
8、ex=ptar_x-pcur_x，
9、ey=ptar_y-pcur_y，
10、其中，ex为x方向角度误差，ey为y方向角度误差，ptar_x为x方向的目标角度，ptar_y为y方向的目标角度，pcur_x为轮椅绕惯性传感器坐标系x轴倾斜角度，pcur_y为轮椅绕惯性传感器坐标系y轴倾斜角度；
11、所述通过所述x方向角度误差和所述y方向角度误差以及pid控制器中的比例调节系数计算x方向目标速度和y方向目标速度的公式为：
12、vtar_x= kp×ex，
13、vtar_y= kp×ey，
14、其中，vtar_x为x方向目标速度，vtar_y为y方向目标速度，kp为比例调节系数。
15、进一步地，所述升降模块的数量为四个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前后轮所形成的对角线重合；
16、所述通过所述x方向目标速度、所述y方向目标速度分别设置所对应的动平衡方向中的升降模块的目标速度包括以下步骤：
17、按所述惯性传感器坐标系中x轴方向的设置，将目标速度vtar_x、-vtar_x设置为所对应的动平衡方向中升降模块的目标速度；
18、按所述惯性传感器坐标系中y轴方向的设置，将目标速度vtar_y、-vtar_y设置为所对应的动平衡方向中升降模块的目标速度。
19、进一步地，所述升降模块的数量为三个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前轮前行方向、后轮左右行驶方向重合；
20、所述通过所述x方向目标速度、所述y方向目标速度分别设置所对应的动平衡方向中的升降模块的目标速度包括以下步骤：
21、按所述惯性传感器坐标系中x轴方向的设置，将目标速度vtar_x设置为前轮对应的升降模块的目标速度；
22、按所述惯性传感器坐标系中y轴方向的设置，将目标速度vtar_y-vtar_x、-vtar_y-vtar_x设置为后轮对应的升降模块的目标速度。
23、进一步地，若当前轮椅控制指令为自主越障指令，则还包括以下步骤：
24、获取测距模块测量的轮椅与障碍物之间的距离；其中，所述轮椅与障碍物之间的距离包括右侧距离、中间距离、左侧距离；
25、判断所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离是否均大于第一距离阈值；
26、若所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离均大于第一距离阈值，则继续保持当前的运动指令；
27、若所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离非均大于第一距离阈值，则判断所述右侧距离、所述左侧距离是否均大于所述第一距离阈值且所述中间距离是否小于所述第一距离阈值；
28、若否，则由使用者介入避开障碍物；
29、若是，则控制所述升降模块升高，并持续获取所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离，直至所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离均大于所述第一距离阈值，保持直行通过障碍物；
30、响应于降低底盘高度指令，将底盘降低至预设高度，继续保持直行；
31、判断是否接收到关闭越障功能指令；
32、若接收到关闭越障功能指令，则结束程序；
33、若未接收到关闭越障功能指令，则返回所述获取测距模块测量的轮椅与障碍物之间的距离步骤继续执行。
34、进一步地，还包括以下步骤：
35、将所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离与第二距离阈值进行比较并根据比较结果记录测距状态；其中，所述第二距离阈值大于所述第一距离阈值；
36、若所述测距状态为右侧检测到障碍物、左侧检测到障碍物、右侧及中间检测到障碍物或左侧及中间检测到障碍物，则执行底盘差速调节，并实时监测当前测距状态，若当前测距状态为仅中间检测到障碍物，则完成底盘差速调节，保持左右两轮的速度相同，实现越障。
37、进一步地，所述执行底盘差速调节包括以下步骤：
38、若所述测距状态为右侧检测到障碍物或右侧及中间检测到障碍物，则将左轮速度调整为轮椅当前速度和左右两轮的差值之差，将右轮速度调整为轮椅当前速度和左右两轮的差值之和，以实现底盘差速调节；
39、若所述测距状态为左侧检测到障碍物或左侧及中间检测到障碍物，则将左轮速度调整为轮椅当前速度和左右两轮的差值之和，将右轮速度调整为轮椅当前速度和左右两轮的差值之差，以实现底盘差速调节。
40、进一步地，若当前轮椅控制指令为底盘高度调节指令，则还包括以下步骤：
41、当接收到上升指令时，控制所述升降模块同时运动，以提高底盘高度，直至接收到停止指令或到达预设最大高度值；
42、当接收到下降指令时，控制所述升降模块同时运动，以降低底盘高度至预设高度；
43、若接收到结束底盘高度调节指令，则退出底盘高度调节程序。...
【技术保护点】
1.一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述通过惯性传感器坐标系X方向、Y方向的目标角度和实际角度分别计算X方向角度误差和Y方向角度误差的公式为：
3.如权利要求2所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述升降模块的数量为四个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前后轮所形成的对角线重合；
4.如权利要求2所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述升降模块的数量为三个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前轮前行方向、后轮左右行驶方向重合；
5.如权利要求1所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：若当前轮椅控制指令为自主越障指令，则还包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述执行底盘差速调节包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述当前轮椅控制指令根据用户所选择的功能生成，或者，所述当前轮椅控制指令被配置为默认下发动平衡控制指令，若判断出所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离非均大于第一距离阈值，则切换至自主越障功能模式，下发自主越障指令，若接收到用户点击高度调节按钮的信号，则进入底盘高度调节模式，下发底盘高度调节指令。
10.一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，应用如权利要求1~9任一项所述的方法，其特征在于：包括主控芯片、多个控制轮毂独立升降的升降模块、多个独立驱动的轮毂电机、显示模块、惯性传感器、运动控制模块、轮椅本体；
11.如权利要求10所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，其特征在于：还包括多个测距模块，所述测距模块安装在所述轮椅本体的座椅前面挡板下边缘处，所述测距模块与所述主控芯片通信连接，所述测距模块用于测量轮椅与障碍物之间的距离，所述主控芯片根据测量到的距离进行越障控制。
12.如权利要求10所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，其特征在于：所述升降模块包括基体、伺服电缸、伺服电缸驱动器，所述基体与所述轮椅本体固定连接，所述基体用于固定所述伺服电缸，所述主控芯片与所述伺服电缸驱动器通信连接，所述伺服电缸驱动器与所述伺服电缸连接，所述主控芯片通过所述伺服电缸驱动器控制所述伺服电缸的转动方向来改变所述伺服电缸的输出轴的长短，以控制轮毂电机距离底盘的高度。
13.如权利要求12所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，其特征在于：所述升降模块还包括滑动导轨，所述滑动导轨与所述基体固定连接，所述滑动导轨设置在所述伺服电缸的输出轴旁边，所述滑动导轨用于导向和承载轮毂电机倾覆力。
14.如权利要求12所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，其特征在于：还包括支撑件，所述轮毂电机通过所述支撑件与所述伺服电缸的输出轴末端固定连接。
15.如权利要求10所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，其特征在于：所述轮毂电机采用无刷轮毂电机，所述无刷轮毂电机通过霍尔传感器反馈当前位置速度以进行电机的闭环速度、位置及力矩控制。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现如权利要求1~9任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述通过惯性传感器坐标系x方向、y方向的目标角度和实际角度分别计算x方向角度误差和y方向角度误差的公式为：
3.如权利要求2所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述升降模块的数量为四个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前后轮所形成的对角线重合；
4.如权利要求2所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述升降模块的数量为三个；所述轮椅的两个动平衡方向分别与前轮前行方向、后轮左右行驶方向重合；
5.如权利要求1所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：若当前轮椅控制指令为自主越障指令，则还包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述执行底盘差速调节包括以下步骤：
8.如权利要求5所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：若当前轮椅控制指令为底盘高度调节指令，则还包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的一种多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法，其特征在于：所述当前轮椅控制指令根据用户所选择的功能生成，或者，所述当前轮椅控制指令被配置为默认下发动平衡控制指令，若判断出所述右侧距离、所述中间距离、所述左侧距离非均大于第一距离阈值，则切换至自主越障功能模式，下发自主越障指令，若接收到用户点击高度调节按钮的信号，则进入底盘高度调节模式，下发底盘高度调节指令。
10.一种多轮可独立升降的动平衡轮椅，应...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文彬，刘斌，沙连森，黄锟，姚兴亮，李云，李宏云，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。