一种基于体姿变换的多功能可控平台制造技术

本实用新型专利技术为一种基于体姿变换的多功能可控平台，通过在轮子上安放底板，搭建成一个驱动平台。从原理角度分析，该系统主要包括人体姿态变换角度信号的采集、角度信号识别分析与预处理、卡尔曼滤波、角度信号阈值划分、步进电机控制和直流电机控制模块六部分。该系统可对人体姿态变换角度信号进行采集、分析和预处理，进而将在动态环境下准确输出人体当前姿态，通过蓝牙无线传输将得到的角度信号打包发送给主控芯片，通过设计编写相应程序使单片机能够针对采集到的信息对一个(或多个)驱动轮进行控制，以实现驱动轮的转向、前进以及停止，进而控制整个平台运作，以达到帮助残障人士、残障护理人士实现自主行动和自主取物等多种功能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于体姿变换的多功能可控平台
康复类残障辅助医疗领域。本技术涉及身体姿态变换角度信号采集、分析、处理技术，具体为一种基于体姿变换的多功能可控平台。
技术介绍
根据第六次全国人口普查及第二次全国残障人抽样调查，归纳得出各类残障人的人数分别为：视力残障1263万人；听力残障2054万人；言语残障130万人；肢体残障2472万人；智力残障568万人；精神残障629万人；多重残障1386万人。由此可见肢体残障在残障人中的占有率约为1/3，这也大大刺激了残障康复仪器以及辅助治疗仪器的市场，本申请就是为肢体残障的人士设计的一款可以利用身体各部位的姿态变换来弥补残障部位功能的多功能可控平台。
技术实现思路
基于现今很多残障辅助设备多是人力驱动式或固定式仪器，本技术所要解决的问题是：提供一种可电力驱动出行、适用于更广泛人群等功能的多功能可控平台。两个前方转向轮、两个后方驱动轮再配合一个底座，这便是本技术的简单外设。再通过MPU6050传感器采集人体姿态角度变化量并结合主控制器MSP430f5529经过相应的数据分析处理便可实现对车轮转向和转速的控制，进而控制整个平台的运动。本技术创新之处：(1)本技术功能强大，可替代多种电子产品，具有更为强大的应用价值。若在该可控平台底座上若安放单人座椅，此时本技术便摇身转变为电动轮椅。若在该可控平台底座上要安放双人(或四人)座椅，对于运行熟练的残障人士亦可以作为“司机”带着家人出行，甚至为家庭提供一份收入。授人以鱼不如授人以渔，本技术可以做到帮助残障人士实现真正的独立甚至可以造福社会，从根本上减轻家庭和社会负担！此外，医护人员也可以用来远程取物等，能更好地提高医护效率！(2)本技术适用于更广泛的人群，具有更广阔的市场前景。以在该可控平台上安放单人座椅为例，此时，本技术便成为了“电动轮椅”，由于采用MPU6050传感器，这使得该“电动轮椅”冲破了传统电动轮椅手摇式、按键式等此类需要双手健全方能正常使用的束缚。失去双手的人可以将传感器固定在腿部、脚部来实现对“电动轮椅”的控制；而对于既失去双手又失去双脚的人依旧可以将传感器安放在头部来实现对“电动轮椅”的控制等。本技术面向的人群更为广阔，达到了使即使失去双手双脚的人仍能自由出行的目的！(3)本技术采用电力驱动、无线传输，克服了传统的手力驱动和有线连接，这使得本技术外形更为简洁美观，操作更为省力简单，可以实现残障人士独立出行、取物等，不需要专业人士陪同，方便、可靠，更能满足患者的不同需求。(4)使用者佩戴的辅助部件亦是本技术创新中的一大亮点。将高精度的六轴陀螺加速度计MPU6050信号采集预处理模块封装于盒内，并将其固定在拍拍尺手环上，手环选择能自动卷曲的腕带形式，只要轻轻受力，手环便会卷起，从而达到让使用者能够独立、方便、快捷佩戴的效果！综上，本技术以电力驱动代替手动驱动轮，并将传统意义上的手柄控制、按键控制，设计成利用MPU6050芯片制成的传感器感知人体姿态角度变化量，并将数据进行处理、分析。经处理的数据进行阈值划分后便可对驱动轮的方向和转速进行控制。这个设计解决了那些腿部残障并且上肢活动不便的人在生活中遇到的难题，使得他们可以利用身体其他灵活部位来实现对车轮的控制，进而驱动平台完成行走功能。本申请将这些可控的轮子独立分离成4个单独的个体，并于其上安置一个坚固底板，打造成为一可控平台，使之不单单局限于轮椅，而可以承载各种物体，达到除了让肢体活动不便的人士能够自由出行外，并能帮助医护及残障辅助人员实现远程操控等等的目的。本技术的技术方案是：一种基于体姿变换的多功能可控平台，其特征为，该平台包括六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块、蓝牙模块、主控制器、电机驱动器、电机模块、按键和电源模块；上述六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块包括信号采集模块和蓝牙发送模块；上述蓝牙模块为蓝牙接收模块，与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块中的蓝牙发送模块二者无线配对连接；上述电机驱动器包含直流电机驱动器和步进电机驱动器；上述电机模块包含直流电机模块和步进电机模块；上述电源模块分为三个子模块，第一电源子模块与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块相连；第二电源子模块与直流电机驱动器相连；第三电源子模块与步进电机驱动器相连；上述步进电机模块和直流电机模块分别与步进电机驱动器和直流电机驱动器相连；蓝牙接收模块、直流电机驱动器、步进电机驱动器分别与主控制器相连。所述的主控制器为MSP430系列、STM32系列单片机；信号采集模块可选型号为MPU6000、MPU6050或MPU9250，蓝牙模块可选择HC-05、HC-06、BT08B、DX-BT18、DX-BT20、JDY-19蓝牙模块，电源模块根据所选用的直流电机和步进电机中额定电压较大的那个电机要求选择对应的可充电蓄电池或锂电池，可以为36V或48V可充电蓄电池或锂电池。该平台还包括底座及安装在底座上的两个前方转向轮和两个后方驱动轮。所述底座上装有单人、双人或四人座椅。所述底座上安放一个摄像头并安装有机械臂。所述六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块佩戴在人体的腿部、脚部、手臂、手腕或者头部。一种六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块，六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块封装于盒内，并将该盒固定在拍拍尺手环上。使用时，所述的高精度的六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块安放在使用者身上，可以固定在上肢、腿部以及脚部等部位，可根据使用者身体状况选择安放位置。本技术平台利用六轴陀螺仪加速度计制成的传感器感知人体姿态角度变化量，并将数据进行处理、分析。经处理的数据进行阈值划分后便可对驱动轮的转向和转速进行控制。此外，本技术基于体姿变换的多功能可控平台的操作方式简单，可以实现残障人士独立出行，不需要专业人士陪同，方便、可靠，更能满足患者的不同需求。附图说明图1为本技术基于体姿变换的多功能可控平台的一种实施例1系统控制框图；图2为本技术基于体姿变换的多功能可控平台的一种实施例1简单外设立体图，包含2-1舵机、2-2前方转向轮、2-3机身底座、2-4直流电机、2-5后方驱动轮；图3为本技术基于体姿变换的多功能可控平台的一种实施例的使用者佩戴的辅助部件立体结构示意图，包含3-1六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块、3-2拍拍尺手环(受力后自动卷起，更方便佩戴)。具体实施方式下面结合实施例及附图详细叙述本技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限制。本技术基于体姿变换的多功能可控平台，该系统包括高精度的六轴陀螺加速度计MPU6050信号采集预处理模块(如图3中3-1所示)、蓝牙模块、主控制器、电机驱动器(包含直流电机驱动器和步进电机驱动器)、电机模块(包含直流电机模块和步进电机模块)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于体姿变换的多功能可控平台，其特征为，该平台包括六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块、蓝牙模块、主控制器、电机驱动器、电机模块、按键和电源模块；/n上述六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块包括信号采集模块和蓝牙发送模块；/n上述蓝牙模块为蓝牙接收模块，与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块中的蓝牙发送模块二者无线配对连接；/n上述电机驱动器包含直流电机驱动器和步进电机驱动器；/n上述电机模块包含直流电机模块和步进电机模块；/n上述电源模块分为三个子模块，第一电源子模块与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块相连；第二电源子模块与直流电机驱动器相连；第三电源子模块与步进电机驱动器相连；/n上述步进电机模块和直流电机模块分别与步进电机驱动器和直流电机驱动器相连；蓝牙接收模块、直流电机驱动器、步进电机驱动器分别与主控制器相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于体姿变换的多功能可控平台，其特征为，该平台包括六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块、蓝牙模块、主控制器、电机驱动器、电机模块、按键和电源模块；
上述六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块包括信号采集模块和蓝牙发送模块；
上述蓝牙模块为蓝牙接收模块，与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块中的蓝牙发送模块二者无线配对连接；
上述电机驱动器包含直流电机驱动器和步进电机驱动器；
上述电机模块包含直流电机模块和步进电机模块；
上述电源模块分为三个子模块，第一电源子模块与六轴陀螺加速度计信号采集预处理模块相连；第二电源子模块与直流电机驱动器相连；第三电源子模块与步进电机驱动器相连；
上述步进电机模块和直流电机模块分别与步进电机驱动器和直流电机驱动器相连；蓝牙接收模块、直流电机驱动器、步进电机驱动器分别与主控制器相连。


2.如权利要求1所述的基于体姿变换的多功能可控平台，其特征为：所述的主控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：司广祥，王磊，陆艺，骆霆谚，卢宽，于释欣，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12