一种太阳能智能轮椅及其控制方法技术

本发明专利技术涉及医用器具领域，尤其涉及一种太阳能智能轮椅及其控制方法。包括座椅、移动装置、太阳能装置、按摩装置以及触控面板。本发明专利技术将太阳能装置收集的太阳能转化成的电能存储在位于座椅下方的超级电容里。当太阳能电池不足以供电时，可利用储存在超级电容中的电给轮椅进行供电。本发明专利技术提供可控制轮椅运动方向的操纵杆，可控制轮椅的速度变化。本发明专利技术提供可移动按摩装置，包括腰部按摩装置和颈部按摩装置，缓解使用者久坐不适的问题。本发明专利技术提供一种控制按摩装置以及薄膜太阳能电池板伸缩的控制面板，可以旋转折叠至左扶手内侧，方便存放。本发明专利技术利用MPPT方法进行太阳能供电部分的控制，用PID控制策略控制操纵杆控制部分。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能智能轮椅及其控制方法
本专利技术涉及医用器具领域，尤其涉及一种太阳能智能轮椅及其控制方法。
技术介绍
随着社会的发展和科技水平的进步，人们特别是残疾人愈来愈需要利用先进的科学技术来提高生活质量和生活自由度。轮椅作为代步工具解决了腿部不灵便人群的日常出行问题。传统轮椅只能通过手动转动转轮或者依靠人工推行才能移动，而且由于长时间坐在轮椅上，会造成腰背颈椎的不适感。并且随着社会的发展，传统矿石能源储存逐渐减少，对新能源的利用也正在被各国政府所重视。因此，出于对环境的保护和传统轮椅的改造，解决上述问题的太阳能智能轮椅有其重要性所在。
技术实现思路
本专利技术提供的是一种太阳能智能轮椅，包括车体移动组件、设置在车体移动组件上的供电组件和按摩组件；所述车体移动组件包括轮椅本体，所述轮椅本体包括座椅、设置在座椅下方后部通过支撑架连接的主动轮组以及驱动主动轮组的驱动机构、设置在座椅下方前部通过支撑架连接的万向轮组通过操纵杆组件操控、设置在座椅后方的靠背、以及设置在座椅两侧的扶手组件；所述供电组件包括设置在轮椅本体上的薄膜太阳能电池组件、单晶硅太阳能电池组件以及与薄膜太阳能电池组件和单晶硅太阳能电池组件连接的超级电容，所述超级电容与驱动机构以及触摸控制组件连接；按摩组件包括设置在靠背上的腰部按摩组件和颈部按摩组件，所述腰部按摩组件和颈部按摩组件与触摸控制组件连接。在上述的一种太阳能智能轮椅，所述主动轮组包括左主动轮和右主动轮，分别通过左轮电机和右轮电机驱动前进；所述左轮电机和右轮电机分别位于左主动轮和右主动轮内侧轴心上方；万向轮组包括左万向轮和右万向轮，左万向轮、右万向轮分别位于左主动轮和右主动轮前方；操纵杆组件包括操纵杆，操纵杆位于右扶手的正前方，通过操纵杆控制轮椅的前进方向、加速度以及刹车，其向前倾斜程度大小决定轮椅的速度快慢，向前倾斜幅度越大轮椅加速度越快；当操纵杆向后倾斜时，可以起到刹车的作用，使轮椅的速度减慢。在上述的一种太阳能智能轮椅，还包括一个踏板，踏板位于左万向轮、右万向轮内侧前方用于放置双脚；所述位于座椅下方还设有一个储物盒，扶手组件包括左把手和右把手，左把手和右把手分别位于座椅背部左上角和右上角的位置。在上述的一种太阳能智能轮椅，供电部分的薄膜太阳能电池组件包括顶部薄膜太阳能电池、转轴、左支撑杆、右支撑杆、左把手、右把手、背部单晶硅太阳能电池板、左侧薄膜太阳能电池、右侧薄膜太阳能电池、以及电源管理模块，所有的薄膜太阳能电池均通过电源管理模块与触摸控制组件连接；所述触摸控制组件包括触控面板转轴、触控面板；所述转轴位于座椅背部顶端，所述顶部薄膜太阳能电池由转轴与座椅背部顶端衔接，左支撑杆和右支撑杆的底部固定在左把手和右把手的内部，当左支撑杆和右支撑杆收缩时可隐藏左把手和右把手内部；左支撑杆和右支撑杆的顶部分别与顶部薄膜太阳能电池的左上角和右上角衔接固定，转轴的转动带动顶部薄膜太阳能电池转出，左支撑杆和右支撑杆伸缩速度与转轴的转速相同，起到带动与支撑顶部薄膜太阳能电池的作用；所述触控面板通过触控面板转轴与左扶手衔接，并可以折叠至左扶手内侧；触控面板可控制转轴的转动、左支撑杆和右支撑杆的伸缩；转轴的转动带动薄膜太阳能电池向前伸展同时左支撑杆和右支撑杆以相同的速度向前伸展对薄膜太阳能电池起支撑作用；所述顶部薄膜太阳能电池、背部单晶硅太阳能电池板、左侧薄膜太阳能电池、右侧薄膜太阳能电池将吸收的太阳能通过电路转换成电能存贮在超级电容内。在上述的一种太阳能智能轮椅，按摩部分包括颈部按摩器、腰部按摩器；所述颈部按摩器和腰部按摩器位于座椅背部，可根据使用者的需求进行位置调节；所述触控面板可以控制按摩器的开关以及力度大小。在上述的一种太阳能智能轮椅，所述电源管理模块包括PV太阳能阵列、Boost电路、双向DC-DC变换器；所述Boost电路是由太阳能阵列PV接电容C1、电感L1、以及开关管S0构成；所述双向DC-DC变换器是由所述Boost电路以及电容C3、电感L2、开关管S5、S6和二极管D2、D3连接而成；所述双向DC-DC变换器与超级电容并联构成储能供能环节；所述电机型号为DG-168A，额定功率200W，工作电压24V；电机正反转控制电路由开关管S1、S2、S3、S4和对应的二极管D4、D5、D6、D7组成的全桥电路构成。一种太阳能智能轮椅的供电控制方法，其特征在于，包括：步骤1：单周期采样：采用单周期MPPT跟踪策略替代连续MPPT策略，在不考虑绝对的高效和精度情况下，为减少控制核心单元的负荷，采取每间隔一定的时间tj进行一次占空比修正，tj为正常开关周期的整数倍，进行最大功率的跟踪，而在开关周期为Ts、间隔时间tj内，采用修正的占空比进行Boost电路控制，达到使太阳能电池板处于相对高功率输出状态，增大对太阳能的利用率，与此同时相对减少了控制芯片的计算负荷；tj＝x·TS(1)其中x为设定的大于1的整数；步骤2：延展单周期开关电流连续扫描采样：在对应的占空比修正周期内，适当延长开关管开关周期，以满足足够多的数据采样，从而获取足够数据进行局部范围内的最大功率点捕获；针对采样周期实行连续不间断采样，从中以固定单位时间间隔选取合适的采样的点进行计算；在正常开关周期采用周期为TS进行占空比控制，到达设定间隔的局部采样周期时，延长开关周期为TS′，使得TS′大于TS(以保证能够采样到足够多的点)，并在此周期内进行连续的扫描以连续采样，选取采样点电流从i1→in；步骤3：改进的纹波占空比计算：利用选取的采样电流进行太阳能电池板输出电流计算，避免传统直接采样的低相关性和干扰，保证了电流的紧密跟踪，同时也避免了不需要的计算滤波过程，进一步减少了误差的产生；分别采集开关管开通状态时对应电流in及对应时刻电容C电压vcn；根据节点电流有i0n＝iLn+iCn(2)其中又因为Pn＝i0n·vcn(4)所以根据公式(5)计算每个选取的采样点对应的功率Pn，比较n个采样点功率大小，选取其中数值最大点作为该周期内选取的最大功率；PMAX＝[P1，P2，P3…Pm,Pn](6)定义在此采样周期中，经过公式(6)计算比较得出最大功率为Pm，则该m点对应电容电压为选取的局部最优电压vm；假定采样周期之前经电路在周期TS条件下，Boost电路输出电压为Vout，根据Boost电路占空比D调制规则有由此，在对开关纹波采样的基础上，利用间隔单周期延迟采样，进行功率的计算和比较，选取该周期时刻内最大功率的占空比D。一种太阳能智能轮椅的行动控制方法，其特征在于，通过太阳能智能轮椅主控制器为中间媒介，可以利用操纵杆和触控面板来控制轮椅的运动、按摩器的开关和顶部太阳能薄膜电池板收缩，具体包括：步骤1、进行操纵杆、按摩器、顶部薄膜太阳能电池转轴的初始化，步骤2、包括电机转速采集与检测操作杆数据变化，其中电机转速采集包括设定的电机转速和判断速度与加速度乘积的正负值，若为速度与加速度乘积为正值，则电动轮加速运动；若为负值，则电动轮减速运动，无论是电动轮加速还是减速都会有速度的偏差error，会产生反馈量u，PID调节器会对反馈量u进行识别控制，更新占空比数据，再反馈到电机转速采集，形成一个循环；若没有检测到操纵杆数据则进行到步骤3；步骤3、电机转速采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能智能轮椅，其特征在于，包括车体移动组件、设置在车体移动组件上的供电组件和按摩组件；所述车体移动组件包括轮椅本体，所述轮椅本体包括座椅、设置在座椅下方后部通过支撑架连接的主动轮组以及驱动主动轮组的驱动机构、设置在座椅下方前部通过支撑架连接的万向轮组通过操纵杆组件操控、设置在座椅后方的靠背、以及设置在座椅两侧的扶手组件；所述供电组件包括设置在轮椅本体上的薄膜太阳能电池组件、单晶硅太阳能电池组件以及与薄膜太阳能电池组件和单晶硅太阳能电池组件连接的超级电容，所述超级电容与驱动机构以及触摸控制组件连接；按摩组件包括设置在靠背上的腰部按摩组件和颈部按摩组件，所述腰部按摩组件和颈部按摩组件与触摸控制组件连接。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能智能轮椅，其特征在于，包括车体移动组件、设置在车体移动组件上的供电组件和按摩组件；所述车体移动组件包括轮椅本体，所述轮椅本体包括座椅、设置在座椅下方后部通过支撑架连接的主动轮组以及驱动主动轮组的驱动机构、设置在座椅下方前部通过支撑架连接的万向轮组通过操纵杆组件操控、设置在座椅后方的靠背、以及设置在座椅两侧的扶手组件；所述供电组件包括设置在轮椅本体上的薄膜太阳能电池组件、单晶硅太阳能电池组件以及与薄膜太阳能电池组件和单晶硅太阳能电池组件连接的超级电容，所述超级电容与驱动机构以及触摸控制组件连接；按摩组件包括设置在靠背上的腰部按摩组件和颈部按摩组件，所述腰部按摩组件和颈部按摩组件与触摸控制组件连接。2.根据权利要求1所述的一种太阳能智能轮椅，其特征在于，所述主动轮组包括左主动轮和右主动轮，分别通过左轮电机和右轮电机驱动前进；所述左轮电机和右轮电机分别位于左主动轮和右主动轮内侧轴心上方；万向轮组包括左万向轮和右万向轮，左万向轮、右万向轮分别位于左主动轮和右主动轮前方；操纵杆组件包括操纵杆，操纵杆位于右扶手的正前方，通过操纵杆控制轮椅的前进方向、加速度以及刹车，其向前倾斜程度大小决定轮椅的速度快慢，向前倾斜幅度越大轮椅加速度越快；当操纵杆向后倾斜时，可以起到刹车的作用，使轮椅的速度减慢。3.根据权利要求1所述的一种太阳能智能轮椅，其特征在于，还包括一个踏板，踏板位于左万向轮、右万向轮内侧前方用于放置双脚；所述位于座椅下方还设有一个储物盒，扶手组件包括左把手和右把手，左把手和右把手分别位于座椅背部左上角和右上角的位置。4.根据权利要求1所述的一种太阳能智能轮椅，其特征在于，供电部分的薄膜太阳能电池组件包括顶部薄膜太阳能电池、转轴、左支撑杆、右支撑杆、左把手、右把手、背部单晶硅太阳能电池板、左侧薄膜太阳能电池、右侧薄膜太阳能电池、以及电源管理模块，所有的薄膜太阳能电池均通过电源管理模块与触摸控制组件连接；所述触摸控制组件包括触控面板转轴、触控面板；所述转轴位于座椅背部顶端，所述顶部薄膜太阳能电池由转轴与座椅背部顶端衔接，左支撑杆和右支撑杆的底部固定在左把手和右把手的内部，当左支撑杆和右支撑杆收缩时可隐藏左把手和右把手内部；左支撑杆和右支撑杆的顶部分别与顶部薄膜太阳能电池的左上角和右上角衔接固定，转轴的转动带动顶部薄膜太阳能电池转出，左支撑杆和右支撑杆伸缩速度与转轴的转速相同，起到带动与支撑顶部薄膜太阳能电池的作用；所述触控面板通过触控面板转轴与左扶手衔接，并可以折叠至左扶手内侧；触控面板可控制转轴的转动、左支撑杆和右支撑杆的伸缩；转轴的转动带动薄膜太阳能电池向前伸展同时左支撑杆和右支撑杆以相同的速度向前伸展对薄膜太阳能电池起支撑作用；所述顶部薄膜太阳能电池、背部单晶硅太阳能电池板、左侧薄膜太阳能电池、右侧薄膜太阳能电池将吸收的太阳能通过电路转换成电能存贮在超级电容内。5.根据权利要求4所述的一种太阳能智能轮椅，其特征在于，按摩部分包括颈部按摩器、腰部按摩器；所述颈部按摩器和腰部按摩器位于座椅背部，可根据使用者的需求进行位置调节；所述触控面板可以控制按摩器的开关以及力度大小。6.根据权利要求4所述的一种太阳能智能轮椅，其特征在于，所述电源管理模块包括PV太阳能阵列、Boost电路、双向DC-DC变换器；所述Boost电路是由太阳能阵列PV接电容C1、电感L1、以及开关管S0构成；所述双向DC-DC变换器是由所述Boost电路以及电容C3、电感L2、开关管S5、S6和二极管D2、D3连接而成；所述双向DC-DC变换器与超级电容并联构成储能供能环节；所述电机型号为DG-168A，额定功率200W，工作电压24V；电机正反转控制电路由开关管S1、S2、S3、S4和对应的二极管D4、D5、D6、D7组成的全桥电路构成。7.一种太阳能智能轮椅的供电控制方法，其特征在于，包括：步骤1：单周期采样：采用单周期MPPT跟踪策...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健，裴远阳，余志婷，要若天，刘天俊，李坤，熊梓威，李维，冯雨丝，熊亦舟，黎家成，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42