电动轮椅及其手柄控制方法、手柄系统技术方案

本发明专利技术提供一种电动轮椅及其手柄控制方法、手柄系统，所述控制方法只允许操纵手柄使能时有手柄信号输出，主动控制误碰手柄造成电动轮椅行驶或转向的风险；能够自动检测操纵手柄短路、断路等故障，操纵手柄故障时无动作输出；当超过手柄正常操纵力时自动控制电动轮椅不输出危险行驶信号，从而提升电动轮椅的操控安全性，避免引起轮椅使用者的恐慌，甚至会带来电动轮椅失控的风险。由于电动轮椅行驶安全是依靠控制器设定的控制算法完成的，硬件成本低，能够主动防止操纵风险，使用者操作简单，易于推广。于推广。于推广。

【技术实现步骤摘要】
电动轮椅及其手柄控制方法、手柄系统


[0001]本专利技术涉及自动控制
，具体为一种电动轮椅及其手柄控制方法、手柄系统。

技术介绍

[0002]电动轮椅是在传统手动轮椅的基础上，叠加高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件，改造升级而成的，是行动不便人员出行的重要辅助工具。电动轮椅。现有技术电动轮椅的行驶和转向，是通过操控电控手柄在某一方向实现的。操纵手柄内安装电位计，操纵时改变电位计的阻值测量出手柄动作的百分比，百分比越大，转向角度或/和行驶车速越大。
[0003]现有技术存在三种风险：第一是因为轮椅使用者不是希望操纵轮椅时的误碰操纵手柄，造成操控手柄的操纵百分比变化，非主观意识的行驶或转向；二是在使用者操纵时肢体协调不好、紧张、操纵错误、遇到危险等情况下，操作者容易把手柄推到一个方向的极限，而且越紧张越用力；三是一旦操纵手柄短路或断路，控制器获取的操纵百分比为0或者100％，使电动轮椅向一个操纵以最大值运动。以上三种非主观意识的危险操纵，会引起轮椅使用者的恐慌，甚至会带来电动轮椅失控的风险。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术旨在提供一种电动轮椅及其手柄控制方法、手柄系统，通过在操纵手柄上进行操纵力分级、行程限位的方法，利用控制器分析电动轮椅的操纵意图和行驶风险，控制驱动电机避免电动轮椅非主观意识的危险操纵。
[0005]技术方案：本专利技术电动轮椅的手柄控制方法，包括以下步骤：
[0006](1)电动轮椅通电后，首先判断手柄使能开关是否有效：当手柄使能开关有效时，此时手柄输出有效，否则手柄实际输出信号k＝0，电动轮椅无行驶动作；
[0007](2)在使能开关有效时，读取手柄操纵百分比α，α为0～100％(例如，α＝0表示左转向则α＝100％表示为右转向，α＝50％时手柄在中位，不输出信号)，如果超过限位极限设定值范围α
min0
～α
max0
，则判断为手柄故障，输出故障报警信息，同时k＝0，电动轮椅无行驶动作，其中，α
max0
为限位极限设定的最大值，α
min0
为限位极限设定的最小值；
[0008]在使能开关有效时，读取手柄操纵百分比α，如果α超出有效操纵范围α
min
～α
max
，但未达到限位极限设定值，则k＝0，电动轮椅无行驶动作，其中，α
min
为最小有效操纵值，α
max
为最大有效操纵值；
[0009](3)手柄操纵百分比α不在有效操纵范围和限位极限设定值范围内，如果50％-Δα≤α≤50％+Δα，则手柄在死区，则k＝0，手柄无输出，其中，Δα中位死区偏差；
[0010](4)当手柄操纵百分比α均不在有效操纵范围、限位极限设定值范围及死区内，手柄按操纵方向成比例输出，控制电动轮椅行驶动作。
[0011]所述手柄按操纵方向成比例输出的算法为：
[0012](2)如果α
min
＜α＜50％-Δα，操纵手柄正向输出，实际输出百分比
[0013]k＝2.5
×
(50％-Δα-α)；
[0014](2)如果50％+Δα＜α＜α
max
，操纵手柄负向输出，实际输出百分比
[0015]k＝2.5
×
(α50％-Δα)。
[0016]所述α
min0
＜α＜α
min
或α
max
＜α＜α
max0
，手柄操纵百分比α超出有效操纵范围但未达到限位极限设定值，记为临界区，在该区域内手柄活动阻力增加。
[0017]所述手柄可以采用的信号输出形式为电流型操纵手柄、电压型操纵手柄或总线型操纵手柄。
[0018]所述手柄控制的电动轮椅行驶动作，至少包括以下任一种或他们的组合：
[0019](1)行驶控制，包括向前或向后行驶的方向、行驶速度的大小；
[0020](2)转向控制，包括向左转向或向右转向、转向角度的大小。
[0021]本专利技术的电动轮椅的手柄系统，所述手柄系统设于电动轮椅上，包括壳体以及推杆，所述推杆包括运动端和操纵端，运动端设于壳体内，操纵端伸出壳体，其特征在于：
[0022]所述推杆的运动端四周与壳体内壁之间设有过行程加载机构和手柄限位机构；所述推杆连接信号检测单位，所述信号检测单位用于检测十字形轴推杆运动幅度、方向，并将信号传输至控制器；
[0023]过行程加载机构，用于增加操纵力量；在控制器的作用下，当电动轮椅使用者推动十字形轴推杆超过最小有效操纵值α
min
与最大有效操纵值α
max
后，仍然操纵手柄继续向极限值运动，此时，过行程加载机构起作用；优选采用弹簧、橡胶等带有弹性和阻力的材质，也可以为其他材质或组合结构。
[0024]手柄限位机构，用于限制手柄的运动超过限位极限设定值范围，为任何硬性材质而形成的机械限位结构，也可以为其他限制推杆运动范围的传动结构等。
[0025]控制器，用于完成所述的对推杆、过行程加载机构以及手柄限位机构的控制过程。
[0026]所述推杆的运动端为十字形或者球形。
[0027]还包括使能开关，手柄使能开关为机械开关或电容式触摸开关。使能开关可设于手柄上，也可以设于电动轮椅的其他位置，与其他按键集成在一起并通过线路连接手柄。
[0028]所述运动端连接复位机构，所述复位机构设于运动端与壳体之间，用于控制推杆自动回中位。
[0029]本专利技术的电动轮椅，包括所述手柄控制方法以及手柄。
[0030]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0031](1)本专利技术提供的一种操纵手柄控制方法、操纵手柄及电动轮椅，只能操纵手柄使能时才允许手柄信号输出，主动控制误碰手柄造成电动轮椅行驶或转向的风险；能够自动检测操纵手柄短路、断路等故障，操纵手柄故障时无动作输出；当超过手柄正常操纵力时自动控制电动轮椅不输出危险行驶信号，从而提升电动轮椅的操控安全性，避免引起轮椅使用者的恐慌，甚至会带来电动轮椅失控的风险。
[0032](2)由于本专利技术提供的一种电动轮椅行驶控制系统中操纵手柄、控制器、驱动电机等硬件都是电动轮椅的最基本配置，操纵手柄在现有机构基础上进一步完善功能，电动轮椅行驶安全是依靠控制器设定的控制算法完成的，硬件成本低，能够主动防止操纵风险，使用者操作简单，易于推广。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的电动轮椅操纵手柄结构示意图；
[0034]图2是本专利技术的电动轮椅的手柄控制方法程序主流程图。
[0035]附图标记说明：
[0036]1：十字形轴推杆；2：壳体；3：过行程加载弹簧；4：机械限位块；5：手柄控制电路板；6：插接件；7：霍尔传感器；8：复位弹簧支架；9：复位弹簧；10：微动开关。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动轮椅的手柄控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)电动轮椅通电后，首先判断手柄使能开关是否有效：当手柄使能开关有效时，此时手柄输出有效，否则手柄实际输出信号k＝0，电动轮椅无行驶动作；(2)在使能开关有效时，读取手柄操纵百分比α，α为0～100％，如果超过限位极限设定值范围α
min0
～α
max0
，则判断为手柄故障，输出故障报警信息，同时k＝0，电动轮椅无行驶动作，其中，α
max0
为限位极限设定的最大值，α
min0
为限位极限设定的最小值；在使能开关有效时，读取手柄操纵百分比α，如果α超出有效操纵范围α
min
～α
max
，但未达到限位极限设定值，则k＝0，电动轮椅无行驶动作，其中，α
min
为最小有效操纵值，α
max
为最大有效操纵值；(3)手柄操纵百分比α不在有效操纵范围和限位极限设定值范围内，如果50％-Δα≤α≤50％+Δα，则手柄在死区，则k＝0，手柄无输出，其中，Δα中位死区偏差；(4)当手柄操纵百分比α均不在有效操纵范围、限位极限设定值范围及死区内，手柄按操纵方向成比例输出，控制电动轮椅行驶动作。2.根据权利要求1所述的电动轮椅的手柄控制方法，其特征在于，所述手柄按操纵方向成比例输出的算法为：(1)如果α
min
＜α＜50％-Δα，操纵手柄正向输出，实际输出百分比k＝2.5
×
(50％-Δα-α)；(2)如果50％+Δα＜α＜α
max
，操纵手柄负向输出，实际输出百分比k＝2.5
×
(α50％-Δα)。3.根据权利要求1所述的电动轮椅的手柄控制方法，其特征在于，所述α
min0
＜α＜α
min
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱长建，史金飞，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：