电动轮椅的上下楼控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电动轮椅的上下楼控制装置及方法，轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器、第三测距传感器，第二测距传感器用于感测后轮下方的楼梯，第三测距传感器用于感测后轮后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。基于测距传感器可检测轮椅所处的四种不同状态，轮椅由下层缓台开始上楼梯，至轮椅完全离开下层缓台，轮椅由楼梯开始进入上层缓台，至轮椅完全离开楼梯位于上层缓台之上，轮椅由上层缓台开始下楼梯，至完全离开上层缓台，轮椅由楼梯开始进入下层缓台，直至轮椅完全离开楼梯位于下层缓台之上。

Control device and method of the upstairs and downstairs of electric wheelchair

【技术实现步骤摘要】
电动轮椅的上下楼控制装置及方法
本专利技术涉及一种电动轮椅的上下楼控制装置及方法。
技术介绍
现有电动轮椅(轮椅机器人)通过主控单元控制相应驱动电机，可实现履带的升降、后轮的旋起旋下，实现电动轮椅的上楼或下楼，存在的不足之处在于，不能够准确地判断对楼梯进行检测，使得上下楼时电动轮椅工作的可靠性不高。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种电动轮椅的上下楼控制装置及方法，能够对楼梯进行准确检测，从而有效提高上下楼时电动轮椅的工作可靠性。基于同一专利技术构思，本专利技术具有两个独立的技术方案：1、一种电动轮椅的上下楼控制装置，轮椅本体下方设有前轮、后轮，轮椅本体下方的两侧设有履带，具有第一驱动电机、第二驱动电机，第一驱动电机用于控制前轮抬起或放下和用于控制履带的升降，第二驱动电机用于控制后轮的旋起或旋下，还设有主控单元，主控单元输出端接第一驱动电机控制单元输入端、第二驱动电机控制单元输入端，其特征在于：轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器、第三测距传感器，第三测距传感器位于第二测距传感器的后侧，第二测距传感器用于感测后轮下方的楼梯，第三测距传感器用于感测后轮后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。第一测距传感器、第二测距传感器向前倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度，二者向前倾斜的角度相同；第三测距传感器向后倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度。第一测距传感器、第二测距传感器的安装角度需满足的条件为，当轮椅爬楼时，第一测距传感器、第二测距传感器与水平面的夹角为直角。2、一种利用上述装置的控制方法，其特征在于：其特征在于：轮椅由下层缓台开始上楼梯，至轮椅完全离开下层缓台的过程中，当第三测距传感器测得后轮到达楼梯时，降下履带，旋起后轮，履带驱动轮椅由下层缓台开始上楼梯，当第一测距传感器检测到楼梯时，主控单元判断此时轮椅完全离开下层缓台。轮椅由楼梯开始进入上层缓台，至轮椅完全离开楼梯位于上层缓台之上的过程中，当第三测距传感器检测的距离大于设定的阈值时，判断此时轮椅达到最后一阶楼梯，履带继续行进，当达到后轮可以旋下的高度时，停止履带，将后轮旋下后再开启履带，第一测距传感器检测到轮椅完全脱离楼梯时，轮椅进入平地运行模式。轮椅由上层缓台开始下楼梯，至完全离开上层缓台的过程中，抬起前轮，履带及后轮同步前进，当第一测距传感器感测到下楼的第二阶台阶时，停止履带，旋起后轮，再开启履带，当第二测距传感器检测到楼梯时，主控单元判断轮椅完全离开上层缓台。轮椅由楼梯开始进入下层缓台，直至轮椅完全离开楼梯位于下层缓台之上的过程中，当第二测距传感器连续两次检测到楼梯变化，而第一测距传感器并未检测到楼梯变化时，主控单元判断轮椅此时处于下楼时最后一阶楼梯，将后轮旋下，同时履带继续行走，当第二测距传感器再次检测到楼梯时，主控单元判断轮椅已完全离开楼梯，此时将前轮放下，轮椅进入平地运行模式。通过如下方法判断后轮是否达到可以旋下的高度，当时，后轮达到可以旋下的高度，式中，a为第二测距传感器探测的距离，e为轨迹圆的半径，轨迹圆是指后轮旋下的运行轨迹形成的圆，f为轨迹圆的圆心到轮椅本体底部的距离，d为轨迹圆圆心到第二测距传感器的距离，A为楼梯的倾斜角，C为第二测距传感器的安装角度。本专利技术具有的有益效果：本专利技术轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器、第三测距传感器，第三测距传感器位于第二测距传感器的后侧，第二测距传感器用于感测后轮下方的楼梯，第三测距传感器用于感测后轮后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。本专利技术通过第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器可准确地检测轮椅前轮下方楼梯、轮椅后轮下方楼梯，以及轮椅后轮后方的楼梯或缓台，从而实现对楼梯的准确检测，进而有效提高上下楼时电动轮椅的工作可靠性。本专利技术第一测距传感器、第二测距传感器向前倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度，二者向前倾斜的角度相同；第三测距传感器向后倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度。本专利技术第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器倾斜角度的设置，可进一步提高楼梯检测的准确性。本专利技术第一测距传感器、第二传感器的安装角度需满足的条件为，当轮椅爬楼时，第一测距传感器、第二测距传感器垂直于水平面，由此当测距传感器通过楼梯台阶时，会产生测量距离的跳变，以此来检测楼梯上位置的变化，进一步保证对楼梯检测的准确性。本专利技术基于第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器可有效检测轮椅所处的四种不同状态，即轮椅由下层缓台开始上楼梯，至轮椅完全离开下层缓台状态，轮椅由楼梯开始进入上层缓台，至轮椅完全离开楼梯位于上层缓台之上状态，轮椅由上层缓台开始下楼梯，至完全离开上层缓台状态，轮椅由楼梯开始进入下层缓台，直至轮椅完全离开楼梯位于下层缓台之上状态，从而有效保证了上下楼时电动轮椅控制的可靠性。本专利技术进一步给出了判断后轮是否达到可以旋下高度的方法，进一步提高了上下楼时电动轮椅控制的精准性和可靠性。附图说明图1为本专利技术的电路原理框图；图2为本专利技术测距传感器安装位置示意图；图3为本专利技术估测楼梯倾斜角时的示意图；图4为本专利技术判断后轮是否达到可以旋下的高度时的示意图。具体实施方式如图2所示，轮椅本体1下方设有前轮2、后轮3，前轮2为万向轮，椅本体1下方的两侧设有履带，如图1所示，具有第一驱动电机、第二驱动电机，第一驱动电机用于控制前轮抬起或放下和控制履带的升降，履带升起时前轮同步放下，履带降下时前轮同步抬起，第二驱动电机用于控制后轮的旋起或旋下，还设有主控单元，主控单元输出端接第一驱动电机控制单元输入端、第二驱动电机控制单元输入端，还设有第四驱动电机，用于驱动后轮在平地运行模式下运动，还设有第五驱动电机，用于驱动履带爬楼模式下运动，主控单元接第四驱动电机控制单元、第五驱动电机控制单元，上述为现有技术。如图2、图1所示，轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器4，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器5、第三测距传感器6，第三测距传感器6位于第二测距传感器5的后侧，第二测距传感器5用于感测后轮3下方的楼梯，第三测距传感器6用于感测后轮3后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。第一测距传感器4、第二测距传感器5向前倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度，二者向前倾斜的角度相同；第三测距传感器6向后倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度。图2中，虚线表示测距传感器超声波射出的方向，∠C为第一测距传感器、第二测距传感器安装角，∠H为第三测距传感器安装角。第一测距传感器4、第二测距传感器5的安装角度需满足的条件为，当轮椅爬楼时，第一测距传感器4、第二测距传感器5垂直于水平面。基于第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器，本专利技术可对上下楼时电动轮椅的四种状态进行准确检测，进而实现有效控制。轮椅由下层缓台开始上楼梯，至轮椅完全离开下层缓台的过程中，当第三测距传感器测得后轮到达楼梯时，降下履带，旋起后轮，保证后轮不会阻挡履带的行进，则开启履带进入轮椅爬楼模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动轮椅的上下楼控制装置，轮椅本体下方设有前轮、后轮，轮椅本体下方的两侧设有履带，具有第一驱动电机、第二驱动电机，第一驱动电机用于控制前轮抬起或放下和用于控制履带的升降，第二驱动电机用于控制后轮的旋起或旋下，还设有主控单元，主控单元输出端接第一驱动电机控制单元输入端、第二驱动电机控制单元输入端，其特征在于：轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器、第三测距传感器，第三测距传感器位于第二测距传感器的后侧，第二测距传感器用于感测后轮下方的楼梯，第三测距传感器用于感测后轮后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。

【技术特征摘要】
1.一种电动轮椅的上下楼控制装置，轮椅本体下方设有前轮、后轮，轮椅本体下方的两侧设有履带，具有第一驱动电机、第二驱动电机，第一驱动电机用于控制前轮抬起或放下和用于控制履带的升降，第二驱动电机用于控制后轮的旋起或旋下，还设有主控单元，主控单元输出端接第一驱动电机控制单元输入端、第二驱动电机控制单元输入端，其特征在于：轮椅本体下方的前端设有第一测距传感器，用于感测前轮下方的楼梯；轮椅本体下方的后端设有第二测距传感器、第三测距传感器，第三测距传感器位于第二测距传感器的后侧，第二测距传感器用于感测后轮下方的楼梯，第三测距传感器用于感测后轮后方的楼梯或缓台，第一测距传感器输出端、第二测距传感器输出端、第三测距传感器输出端接主控单元。2.根据权利要求1所述的电动轮椅的上下楼控制装置，其特征在于：第一测距传感器、第二测距传感器向前倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度，二者向前倾斜的角度相同；第三测距传感器向后倾斜安装，与水平方向呈倾斜角度。3.根据权利要求2所述的电动轮椅的上下楼控制装置，其特征在于：第一测距传感器、第二测距传感器的安装角度需满足的条件为，当轮椅爬楼时，第一测距传感器、第二测距传感器与水平面的夹角为直角。4.一种利用权利要求1所述装置的控制方法，其特征在于：轮椅由下层缓台开始上楼梯，至轮椅完全离开下层缓台的过程中，当第三测距传感器测得后轮到达楼梯时，降下履带，旋起后轮，履带驱动轮椅由下层缓台开始上楼梯，当第一测距传感器检测到楼梯时，主控单元判断此时轮椅完全离开下层缓台。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：周游，刘志伟，张铁君，孙名松，赵石磊，
申请(专利权)人：周广刚，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23