一种智能轮椅控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种智能轮椅控制系统。该系统主要采用模块化的设计思路，配以电机驱动模块、紧急制动模块、手操器模块、双陪护控制器、人机交互模块、微控制器、通信模块组成。在工作状态下，微控制器对手操器模块和双陪护控制器进行分析处理，来控制紧急制动模块、电机驱动模块和人机交互模块，并通过CAN通信模块实现无线通信。该系统可实现实现轮椅的自动感知、自动避障、灵敏控制、无线通信、双陪护等多种功能，具有功耗低、安全性强、功能全面、性价比高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种智能轮椅控制系统
本技术涉及智能轮椅领域，具体是一种智能轮椅控制系统。
技术介绍
随着物联网技术和医疗技术的快速发展，为了更好的服务于老年人和体弱病残者，帮助他们回归正常生活，减少心理压力和家庭负担，也为了最大限度地节约制造成本，各国积极研发智能轮椅。目前，智能轮椅代替了手摇式轮椅，大程度解决了活动范围小，自主性低等问题，在日常生活中扮演着越来越重要的角色。然而，国内对电动轮椅的研究技术依然远远落后于国外，这导致市场上智能轮椅售价昂贵，普通家庭承受不起。因此，积极研究实惠可靠智能轮椅，对于代替进口和引领国内技术研发具有重要作用。本文所设计的智能轮椅控制系统，以STM32和M68HC12系列为控制核心，集合物联网和自动化技术，实现轮椅的可操控性、自动感知、可靠控制、无线通信等多种功能，使轮椅具备较好的自主性、适应性。根据智能轮椅自身的特点，采用多种人机交互方式在同一控制系统中共存，达到灵活便捷的操作目的。系统加入了紧急刹车和紧急避障功能，优化控制方式实现智能轮椅在复杂环境中的避障控制。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种智能轮椅控制系统，该系统基于STM32和M68HC12系列为主控芯片，主要采用模块化的设计思路，以无刷直流电机作为执行器，配以先进低功耗控制芯片、CAN通信模块、紧急制动模块，双陪护控制器，实现轮椅的自动感知、自动避障、灵敏控制、无线通信、双陪护等多种功能。本技术的目的通过以下技术方案实现：一种智能轮椅控制系统，主要由电机驱动模块、紧急制动模块、手操器模块、双陪护控制器、人机交互模块、微控制器、通信模块组成，电路分为摄像头采样电路、CAN通信模块的接口电路、驱动控制器驱动电路和显示电路，其有多样化的操控方式，由主控芯片对手操器模块和双陪护控制器的输入量进行相应的分析处理，来控制电机驱动模块，进行轮椅运动的控制，系统的三大模块通过CAN通信模块可实现轮椅和使用者之间近距离的并排陪护功能以及和监护者之间长距离的WIFI无线通信；在紧急的情况下，智能轮椅能够实现紧急刹车，在轮椅发生跌倒时，立刻紧急制动的同时还发送紧急制动信号到监护者手机端。所述微控制器为主控芯片，主控芯片选用STM32F103RBT6和MC9S12DG128产品，具有低功耗，高效处理大量信息的能力，拥有充足的存储空间的完整硬件性能的控制芯片系统。所述手操器模块，手操器主要按键功能有电源开关按键，速度加减按键，喇叭按键，紧急制动按键，按键锁定指示，陪护指示，故障指示，其模块主要分为摄像头模块，CAN通信模块。进一步地，所述摄像头模块作为图像传感器，辅助以相应的紧急避障功能，从而保证在紧急的情况下，智能轮椅能够实现紧急刹车的功能。在这个模块中，摄像头的作用是采集道路上信息，一旦检测到障碍物，则立即传递信息给微控制器，再通过相应的紧急控制功能实现。进一步地，所述CAN模块用有线传输数据的CAN总线控制器采用了LVTTL逻辑电平，选择了一款需要3.3V电压供电的8脚CAN收发器SN65HVD230。进一步地，所述采用CAN有线和WIFI无线两种通信方式并存的办法，作为整个控制系统的通信方式，有线无线相互配合，以此达到信息传输的可靠和便捷。进一步地，所述电机驱动模块将直流无刷电机用作执行器的智能轮椅的控制器，其具有效率高、寿命长、电磁干扰小和结构简单小巧等优点，良好满足市场供不应求的需要。驱动控制器是在接收信息完成后输出PWM波，以此达到对左右两个电机进行控制的目的，故驱动控制器的电机驱动电路需使用IR2184驱动芯片和IR1404相互配合，搭建恰当的驱动电路，来实现对左右电机的驱动。进一步地，所述双陪护控制器，其作为一个独立的、且需要对电机驱动控制器进行实时准确控制的完整的功能控制器，具备以下硬件结构，包括电源供应模块、信号采集模块、按键电路、WIFI无线通信模块以及显示电路，硬件结构为双陪护控制器与电动驱动控制器之间的信息传递提供硬件支持。进一步地，所述人机交互模式包括操纵摇杆和按键控制、语音控制、肌电控制，多种人机交互方式在同一控制系统中共存，可以达到灵活便捷的操作目的。进一步地，所述紧急制动模块在紧急的情况下，智能轮椅能够实现紧急刹车，在轮椅发生跌倒时，立刻紧急制动的同时还发送紧急制动信号到监护者手机端，立即发出警报提醒身边人。进一步地，所述摄像头采样电路、CAN通信模块的接口电路、驱动控制器驱动电路和显示电路为主控芯片提供最基本的工作电路。本技术与现有技术相比，具有以下有益效果：以抗干扰性强的低功耗微处理器STM32F103TBT6为控制核心，对数据进行安全可靠的处理，集合物联网和自动化技术，实现轮椅的可操控性、自动感知、可靠控制、无线通信等多种功能，使轮椅具备较好的自主性、适应性。根据智能轮椅自身的特点，采用多种人机交互方式在同一控制系统中共存，达到灵活便捷的操作目的。系统加入了紧急刹车和紧急避障功能，优化控制方式实现智能轮椅在复杂环境中的避障控制。附图说明图1为：本技术的总体结构框图图2为：本技术的结构示意图其中：1-座椅、2-扶手、3-手操器、4-车轮、5-脚踏车轮左侧、6-脚踏车轮右侧、7-直流无刷电机。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术主要由七个部分组成：电机驱动模块、紧急制动模块、手操器模块、双陪护控制器、人机交互模块、微控制器、通信模块部分组成。在工作过程中，手操器是使用者对智能轮椅进行直接控制的关键部件，它采集操纵杆的位置信息，并通过A/D转换后实时传送给驱动控制器。而驱动控制器对其左右两个电机进行实时差速控制，则是通过手操器对采集到的速度档位控制信息、操纵杆位置信息及其紧急刹车按键是否发生动作等相关信息来进行的；双陪护控制器是为了让轮椅使用者和其看护者更好的交流而设计的，在智能轮椅行驶过程中，将操纵摇杆置于合适位置后，按下速度锁定按键，驱动控制器对此时的操纵摇杆位置、速度等信息进行记忆后，智能轮椅便可自行控制运动，方便交流；人机交互模块包括操纵摇杆和按键控制、语音控制、肌电控制，多种人机交互方式在同一控制系统中共存，可以达到灵活便捷的操作目的；通信模块采用CAN有线和WIFI无线两种通信方式并存的办法，相互配合，以此达到信息传输的可靠和便捷。紧急制动模块有紧急刹车和紧急避障功能，优化控制方式实现智能轮椅在复杂环境中的避障控制。如图2所示，图中:1座椅、2扶手、3手操器、4车轮、5脚踏车轮左侧、6脚踏车轮右侧、7直流无刷电机。主控芯片和电路安装在座椅1底部，组成主控芯片的最小电路；电机驱动模块安装在车轮4两侧，用来驱动左右轮电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能轮椅控制系统，其特征在于：主要由电机驱动模块、紧急制动模块、手操器模块、双陪护控制器、人机交互模块、微控制器、通信模块组成，由微控制器对手操器模块和双陪护控制器进行分析处理并控制紧急制动模块、电机驱动模块和人机交互模块，且通过CAN通信模块实现无线通信；该智能轮椅控制系统中的电路分为摄像头采样电路、CAN通信模块的接口电路、驱动控制器驱动电路和显示电路，从而可实现轮椅的自动感知、自动避障、灵敏控制、无线通信、双陪护等多种功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能轮椅控制系统，其特征在于：主要由电机驱动模块、紧急制动模块、手操器模块、双陪护控制器、人机交互模块、微控制器、通信模块组成，由微控制器对手操器模块和双陪护控制器进行分析处理并控制紧急制动模块、电机驱动模块和人机交互模块，且通过CAN通信模块实现无线通信；该智能轮椅控制系统中的电路分为摄像头采样电路、CAN通信模块的接口电路、驱动控制器驱动电路和显示电路，从而可实现轮椅的自动感知、自动避障、灵敏控制、无线通信、双陪护等多种功能。


2.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述微控制器为主控芯片，所述主控芯片为STM32F103RBT6和MC9S12DG128产品，该智能轮椅控制系统中的电路均与主控芯片相连，主控芯片对其进行数据处理和控制。


3.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的手操器模块，主要由摄像头模块和CAN通信模块组成，所述手操器模块安装于手操器内，所述手操器的主要按键功能有电源开关按键，速度加减按键，喇叭按键，紧急制动按键，按键锁定指示，陪护指示，故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋欣雨，赵博洋，杨翠萍，陈悦，胡绮文，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34