CN103932847B - 一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法。其技术方案是1）系统初始化；检测各个轮毂电机的故障状态，确定相应的驱动模式，如果四个轮毂电机所在模块均正常工作，则进入四轮驱动模式；如果前轮某个轮毂电机所在模块发生故障而后轮两个轮毂电机所在模块正常工作，则进入后轮驱动模式；如果后轮某个轮毂电机所在模块发生故障而两个前轮轮毂电机所在模块正常工作，则进入前轮驱动模式；3）直行、转向、制动等驾驶控制；本发明的有益效果是：采用线控技术，操纵机构与执行机构之间采用导线连接，代替常规的机械连接，结构简化，部件布置灵活，控制快速灵活，实现轮椅车智能化行驶，提高有行动障碍的老年人、病人的室内和户外活动能力。

Description

一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能轮椅车及控制方法，特别涉及一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法。

背景技术

随着中国社会老龄化水平的增加和交通事故、疾病等造成的行动障碍人群数量的增加，对于轮椅车数量和质量的要求也在增加。电动轮椅车能实现行动障碍人士在一定范围内行驶的要求，一定程度上改善了他们的生活自理能力。

已经有一些电动轮椅车结构、控制方法等方面的专利。例如，已经公布的专利《全向智能电动轮椅》（中国专利公开号：CN202568664U）比常规的两轮后驱电动轮椅具有横向、斜向等全向移动能力、更大的运动灵活性；通过超声波传感器和红外传感器检测轮椅周围的环境，实现自动避障或制动，提高轮椅使用安全性。但是，没有提出驱动模式的切换。本发明专利则提出了每个车轮各安装一个轮毂电机的轮椅车结构，并根据各个轮毂电机的运行正常与否的状况进行轮椅车四轮驱动模式、前轮驱动模式、后轮驱动模式等驱动模式的切换，提高轮椅车的行驶安全性。

已经公布的专利《电动轮椅车直流无刷驱动轮结构》（中国专利公开号：CN203278542U）提出了一种电动轮椅车直流无刷驱动轮结构,包括直流无刷电机、一级行星减速装置和二级行星减速装置等，传动效率高，节能效果好，运行效率高，结构简单。但是，没有涉及利用不同驱动轮的差速转向。本发明专利则提出了在相应的驱动模式下，控制左右两个驱动轮的驱动力矩大小，利用左右两个驱动轮的驱动力矩不同引起的转向力矩实现轮椅车电子差速转向，不需附加转向机构，结构简单。

已经公布的专利《基于运动想象控制的残疾人轮椅车》（中国专利公开号：CN101953737A）直接用大脑运动想象控制轮椅运动，不需要肢体参与控制，控制信号产生速度较快，有效辅助轮椅车使用者提高自身独立运动能力。但是，没有与物联网的接口，不利于轮椅车使用者与外界的联系。本发明专利则在轮椅车安装与物联网的接口，护理机构等管理人员可实时掌握轮椅车使用者的行驶动态；在轮椅车使用者按下求救按钮时，及时做出救助安排，有效保护了轮椅车使用者的人身安全。

已经公布的专利《双模式电动轮椅车及其使用方法》（中国专利公开号：CN102670360A）提供了一种既能自驾又能他驾的双模式电动轮椅车及其使用方法,解决了现有的电动轮椅车驾驶模式单一导致的通用性差、给护理工作带来不便的问题。采用设置在转向机构上、朝向驾驶人员的操作显示板，转向机构包括把手和转向柱。但是，轮椅车操纵模式比较单一。本发明专利则提供了液晶触摸屏和遥控器两种轮椅车操纵模式，既可以通过按液晶触摸屏的相应位置实现轮椅车的行驶，也可以利用遥控器的相应按键实现轮椅车的行驶，增加了轮椅车操纵模式的多样化。

总之，以往专利中大多数轮椅车的操纵机构与执行机构之间存在机械连接，很少关于采用线控技术的智能轮椅车及控制方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法，轮椅车的操纵机构与执行机构之间采用导线连接，代替常规的机械连接。每个车轮各安装一个轮毂电机，利用左右两个驱动轮差速转向，通过驱动模式切换以提高轮椅车的行驶安全性，方便行动障碍人士操纵轮椅车自行行驶，大大提高日常生活的舒适方便程度。

1、其技术方案是一种基于线控技术的智能轮椅车，其特征是：包括太阳能电池板（1），液晶显示屏（2），操纵界面（3），座椅（4），右前轮（5），蓄电池（6）， 右后轮（7），框架（8），靠背（9），太阳能最大功率跟踪器（10），主控制器（11），扶手（12）， 左后轮（13），左前轮（14），左前轮毂电机（15），霍尔位置传感器（16,17,20,21），右前轮毂电机（18），右后轮毂电机（19），左后轮毂电机（22），左后轮毂电机驱动电路（23）， 左后轮毂电机控制用单片机（24）， 右后轮毂电机驱动电路（25），右后轮毂电机控制用单片机（26），左前轮毂电机控制用单片机（27），左前轮毂电机驱动电路（28），右前轮毂电机控制用单片机（29），右前轮毂电机驱动电路（30）；

太阳能电池板（1）安装在轮椅车的顶板上，座椅（4）、扶手（12）安装在框架（8）上，主控制器（11）安装在框架（8）中扶手（12）下方的空间，蓄电池（6）安装在框架（8）中车轮上方的空间，液晶显示屏（2），操纵界面（3）安装在框架（8）上扶手（12）的前方，操纵界面（3）与主控制器（11）以电线连接，操纵界面（3）的操纵信号传递到主控制器（11），液晶显示屏（2）与主控制器（11）以电线连接，主控制器（11）发出的信号传递到液晶显示屏（2），主控制器（11）与左后轮毂电机控制用单片机（24）， 右后轮毂电机控制用单片机（26），左前轮毂电机控制用单片机（27 ），右前轮毂电机控制用单片机（29）均以FlexRay总线连接，主控制器（11）发出的控制信号分别传递到上述4个单片机；

太阳能电池板（1）与太阳能最大功率跟踪器（10） 以电线连接，太阳能最大功率跟踪器（10）与 蓄电池（6）以电线连接，蓄电池（6）与左后轮毂电机驱动电路（23）、右后轮毂电机驱动电路（25）、 左前轮毂电机驱动电路（28）、右前轮毂电机驱动电路（30）均以电线连接，蓄电池（6）分别给左后轮毂电机驱动电路（23）、右后轮毂电机驱动电路（25）、左前轮毂电机驱动电路（28）、右前轮毂电机驱动电路（30）供电；

太阳能最大功率跟踪器（10）与左后轮毂电机驱动电路（23）、右后轮毂电机驱动电路（25）、左前轮毂电机驱动电路（28）、右前轮毂电机驱动电路（30）均以电线连接，太阳能电池板（1）通过太阳能最大功率跟踪器（10）分别给左后轮毂电机驱动电路（23）、右后轮毂电机驱动电路（25）、左前轮毂电机驱动电路（28）、右前轮毂电机驱动电路（30）供电；

霍尔位置传感器（16）安装在左前轮毂电机（15）上检测左前轮毂电机（15）的转子位置信号，霍尔位置传感器（17）安装在右前轮毂电机（18）上检测右前轮毂电机（18）的转子位置信号，霍尔位置传感器（20）安装在右后轮毂电机（19）上检测右后轮毂电机（19）的转子位置信号，霍尔位置传感器（21）安装在左后轮毂电机（22）上检测左后轮毂电机（22）的转子位置信号，这些传感器均与控制器（11）连接，将信号输入到主控制器（11）；

轮毂电机采用带霍尔位置传感器的外转子式无刷直流永磁电动机，安装于车轮轮毂，其中，左前轮毂电机（15）安装在左前轮（14）内，左前轮毂电机（15）输出的力矩实现左前轮（14）的驱动；右前轮毂电机（18）安装在右前轮（5）内，右前轮毂电机（18）输出的力矩实现右前轮（5）的驱动；左后轮毂电机（22）安装在左后轮（13）内，左后轮毂电机（22）输出的力矩实现左后轮（13）的驱动；右后轮毂电机（19）安装在右后轮（7）内，右后轮毂电机（19）输出的力矩实现右后轮（7）的驱动；

左后轮毂电机控制用单片机（24）与左后轮毂电机驱动电路（23）以电线连接，左后轮毂电机驱动电路（23）与左后轮毂电机（22）以电线连接。左后轮毂电机控制用单片机（24）向左后轮毂电机驱动电路（23）发出控制信号，左后轮毂电机驱动电路（23）驱动左后轮毂电机（22）。

本发明提到的基于线控技术的智能轮椅车的控制方法，主要包括如下步骤：

1、系统初始化，包括主控制器（11）、左后轮毂电机控制用单片机（24）、右后轮毂电机控制用单片机（26）、左前轮毂电机控制用单片机（27）、右前轮毂电机控制用单片机（29）定时器初始化；

2、检测各个轮毂电机的故障状态，确定相应的驱动模式，如果左前轮毂电机（15）、右前轮毂电机（18）、右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块均正常工作，则进入四轮驱动模式；如果左前轮毂电机（15）或右前轮毂电机（18）所在模块发生故障而右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块正常工作，则进入后轮驱动模式；如果右后轮毂电机（19）或左后轮毂电机（22）所在模块发生故障而左前轮轮毂电机（15）、右前轮轮毂电机（18）所在模块正常工作，则进入前轮驱动模式；

3、直行、转向、制动的驾驶控制。

上述的步骤3）中，若为四轮驱动模式，首先进行操纵界面（3）信号获取，如果要前进，通过主控制器（11）的前进控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的驱动；

如果要后退，通过主控制器（11）的后退控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的反向驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的反向驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的反向驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的反向驱动；

如果要向左转向，通过主控制器（11）的转向控制上层控制，根据阿克曼转向原理，前轮与后轮反向差速转向，转向半径较小，得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的驱动；

如果要制动，通过主控制器（11）的制动控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的制动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的制动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的制动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的制动。

本发明的有益效果是：轮椅车采用线控技术，操纵机构与执行机构之间采用导线连接，代替常规的机械连接，结构简化，部件布置灵活，控制快速灵活，实现轮椅车智能化行驶，提高有行动障碍的老年人、病人的室内和户外活动能力，减轻病人护理人员的负担。智能轮椅车操纵界面采用传统按键、液晶触摸屏、遥控器等多样化操纵界面，方便病人操作，实现轮椅车的行走。

采用物联网的射频识别系统RFID技术，在智能轮椅车操纵界面左下角贴有射频识别系统RFID的电子标签，里面有智能轮椅车或智能轮椅车使用者的相关信息。相关医疗机构、智能轮椅车租赁公司等可随时掌握智能轮椅车或智能轮椅车使用者的相关信息。

轮毂电机比传统电机体积小，控制简单。采用安装四个轮毂电机直接驱动车轮的结构，省去了减速器等传动部分，传动效率高，节约电能，根据轮毂电机的运行正常与否的状况进行四轮驱动模式、前轮驱动模式、后轮驱动模式等驱动模式的切换，提高轮椅车的行驶安全性。在相应的驱动模式下，控制左右两个驱动轮的驱动力矩大小，利用左右两个驱动轮的驱动力矩不同引起的转向力矩实现轮椅车转向，不需附加的转向机构，结构简单。

利用不用轮椅车的时间采用太阳能电池板将太阳能转换为电能，储存在蓄电池中；行驶中蓄电池给轮毂电机供电，实现轮椅车的行驶，节能环保。

附图说明

附图1是本发明专利一种基于线控技术的智能轮椅车及控制方法的结构示意图；

附图2为轮椅车的电动轮模块结构；

附图3为基于线控技术的智能轮椅车使用者操纵界面；

附图4为基于线控技术的智能轮椅车遥控器界面；

附图5为基于线控技术的智能轮椅车显示界面；

附图6为基于线控技术的智能轮椅车工作原理；

附图7为基于线控技术的智能轮椅车控制流程；

附图8为基于线控技术的智能轮椅车四轮驱动模式下的行驶控制流程；

附图9为向左转向时的四轮驱动模式车轮状态；

附图10为基于线控技术的智能轮椅车后轮驱动模式下的行驶控制流程；

附图11为向左转向时的后轮驱动模式车轮状态；

附图12为基于线控技术的智能轮椅车前轮驱动模式下的行驶控制流程；

附图13为向左转向时的前轮驱动模式车轮状态；

上图中：1 太阳能电池板， 2 液晶显示屏，3 操纵界面，4 座椅，5 右前轮，6 蓄电池，7 右后轮，8 框架，9 靠背，10 太阳能最大功率跟踪器，11 主控制器，12 扶手，13 左后轮， 14 左前轮，15 左前轮毂电机，16,17,20,21 霍尔位置传感器，18右前轮毂电机，19 右后轮毂电机，22 左后轮毂电机，23 左后轮毂电机驱动电路，24 左后轮毂电机控制用单片机，25 右后轮毂电机驱动电路，26 右后轮毂电机控制用单片机，27 左前轮毂电机控制用单片机，28 左前轮毂电机驱动电路，29 右前轮毂电机控制用单片机，30右前轮毂电机驱动电路。

具体实施方式

结合附图1-13，对本发明作进一步的描述：

图1为本发明专利一种基于线控技术的智能轮椅车的结构。其中，太阳能电池板1与蓄电池6并联。太阳能电池板1安装在轮椅车的顶板上，将太阳能转变为电能，同时也起到遮阳的作用。太阳能电池板1与太阳能最大功率跟踪器10 以电线连接，太阳能最大功率跟踪器10与 蓄电池6以电线连接，蓄电池6与左后轮毂电机驱动电路23、右后轮毂电机驱动电路25 、 左前轮毂电机驱动电路28、右前轮毂电机驱动电路30均以电线连接，蓄电池6分别给左后轮毂电机驱动电路23、右后轮毂电机驱动电路25 、 左前轮毂电机驱动电路28、右前轮毂电机驱动电路30供电。

太阳能最大功率跟踪器10与左后轮毂电机驱动电路23、右后轮毂电机驱动电路25、 左前轮毂电机驱动电路28、右前轮毂电机驱动电路30均以电线连接，太阳能电池板1通过太阳能最大功率跟踪器10分别给左后轮毂电机驱动电路23、右后轮毂电机驱动电路25 、左前轮毂电机驱动电路28、右前轮毂电机驱动电路30供电。

座椅4、扶手12安装在框架8上，主控制器11安装在框架8中扶手12下方的空间。蓄电池10安装在框架8中车轮上方的空间。 液晶显示屏2 ，操纵界面3安装在框架8上扶手12的前方。操纵界面3与主控制器11以电线连接，操纵界面3的操纵信号传递到主控制器11。液晶显示屏2与主控制器11以电线连接，主控制器11发出的信号传递到液晶显示屏2。主控制器11与左后轮毂电机控制用单片机24， 右后轮毂电机控制用单片机26，左前轮毂电机控制用单片机27， 右前轮毂电机控制用单片机29均以FlexRay总线连接，主控制器11发出的控制信号分别传递到上述四个单片机。

图2为轮椅车的电动轮模块结构。轮毂电机采用外转子式无刷直流永磁电动机，带霍尔位置传感器，安装于车轮轮毂。其中，左前轮毂电机15安装在左前轮14 内，左前轮毂电机15输出的力矩实现左前轮14的驱动；右前轮毂电机18安装在右前轮5内，右前轮毂电机18输出的力矩实现右前轮5的驱动；左后轮毂电机22安装在左后轮13内，左后轮毂电机22输出的力矩实现左后轮13的驱动；右后轮毂电机19安装在右后轮7内，右后轮毂电机19输出的力矩实现右后轮7的驱动。

霍尔位置传感器16安装在左前轮毂电机15上检测左前轮毂电机15的转子位置信号，霍尔位置传感器17安装在右前轮毂电机18上检测右前轮毂电机18的转子位置信号，霍尔位置传感器20安装在右后轮毂电机19上检测右后轮毂电机19的转子位置信号，霍尔位置传感器21安装在左后轮毂电机22上检测左后轮毂电机22的转子位置信号。这些传感器均与控制器11连接，将信号输入到主控制器11。

左后轮毂电机控制用单片机24 与左后轮毂电机驱动电路23以电线连接， 左后轮毂电机驱动电路23与左后轮毂电机22以电线连接。左后轮毂电机控制用单片机24向左后轮毂电机驱动电路23发出控制信号，左后轮毂电机驱动电路23驱动左后轮毂电机22。

类似的，右后轮毂电机控制用单片机26 与右后轮毂电机驱动电路25以电线连接，右后轮毂电机驱动电路25与右后轮毂电机19以电线连接。右后轮毂电机控制用单片机26向右后轮毂电机驱动电路25发出控制信号，右后轮毂电机驱动电路25驱动右后轮毂电机19。

左前轮毂电机控制用单片机27 与左前轮毂电机驱动电路28以电线连接， 左前轮毂电机驱动电路27与左前轮毂电机28以电线连接。左前轮毂电机控制用单片机27向左前轮毂电机驱动电路28发出控制信号，左前轮毂电机驱动电路28驱动左前轮毂电机15。

右前轮毂电机控制用单片机29 与右前轮毂电机驱动电路30以电线连接， 右前轮毂电机驱动电路29与右前轮毂电机30以电线连接。右前轮毂电机控制用单片机29向右前轮毂电机驱动电路30发出控制信号，右前轮毂电机驱动电路30驱动右前轮毂电机18。

智能轮椅车共有两种操纵界面。其中，图3为基于线控技术的智能轮椅车使用者操纵界面，方便坐在轮椅车的使用者操纵，实现轮椅车的行走等的控制。操纵界面可采用传统按键或液晶触摸屏，方便病人操作，实现轮椅车的行走等。整个操纵界面分两大部分，操纵界面的上半部分为轮椅车行走操纵控制按钮部分，包括左转弯、右转弯、前进、后退、加速、行车制动、驻车等7个按钮，其中左转弯按钮实现轮椅车向左转弯曲线行驶、右转弯按钮实现轮椅车向右转弯曲线行驶、前进按钮实现轮椅车向前匀速行驶、后退按钮实现轮椅车向后匀速行驶、加速按钮实现轮椅车的加速、行车制动按钮实现轮椅车在行驶时实现制动、驻车按钮实现轮椅车稳定驻车不动；操纵界面的下半部分包括紧急情况按钮，用于智能轮椅车的使用者在感觉到身体不舒服，需要及时通知相关医疗机构或家人时按下该按钮，获得及时的帮助。采用物联网的射频识别系统RFID技术，在智能轮椅车操纵界面左下角贴有射频识别系统RFID的电子标签，里面有智能轮椅车或智能轮椅车使用者的相关信息。相关医疗机构、智能轮椅车租赁公司等可随时掌握智能轮椅车或智能轮椅车使用者的相关信息。

图4为基于线控技术的智能轮椅车遥控器界面，主要供照顾轮椅车使用者的人使用，当轮椅车使用者因为身体障碍，不能完成轮椅车的控制时，由照顾轮椅车使用者的人操纵遥控器控制轮椅车的行驶，避免需要亲自推动轮椅车行驶，减轻了体力负荷。也可以用于图2所示的基于线控技术的智能轮椅车使用者操纵界面发生故障时，遥控器代替图2所示的智能轮椅车使用者操纵界面，完成轮椅车的控制。与图3所示基于线控技术的智能轮椅车使用者操纵界面基本相同，少了射频识别系统RFID的电子标签。只要按遥控器的左转弯、右转弯、前进、后退、加速、行车制动、驻车等相关按键，可以实现轮椅车的左转弯、右转弯、前进、后退、加速、行车制动、驻车等行驶。

图5为基于线控技术的智能轮椅车显示界面。采用液晶屏显示，其中的“车速”后面的方框显示当前轮椅车的车速数值，“电池电量”后面的方框动态显示蓄电池剩余电量，“当前驾驶模式” 后面的方框显示轮椅车的当前驾驶模式，“轮椅车故障状态”后面的方框显示轮椅车关键电子元器件的故障状态，提醒轮椅车使用者或相关人员进行及时的报修。

图6为基于线控技术的智能轮椅车工作原理。太阳能电池板1通过太阳能最大功率跟踪器10输出电能，与蓄电池6组成并联的电源，给控制器11、左后轮毂电机驱动电路23、右后轮毂电机驱动电路25 、左前轮毂电机驱动电路28、右前轮毂电机驱动电路30供电。霍尔位置传感器16测量的左前轮毂电机15转子位置信号输入到左前轮毂电机控制用单片机27，并经过微分得到左前轮转速实际值；霍尔位置传感器17测量的右前轮毂电机18转子位置信号输入到右前轮毂电机控制用单片机29，并经过微分得到右前轮转速实际值；霍尔位置传感器21 测量的左后轮毂电机22转子位置信号输入到左后轮毂电机控制用单片机24，并经过微分得到左后轮转速实际值；霍尔位置传感器20测量的右后轮毂电机19转子位置信号输入到右后轮毂电机控制用单片机26，并经过微分得到右后轮转速实际值。

主控制器11根据液晶触摸操纵屏3的操纵信号、左前轮转速实际值、左后轮转速实际值、右前轮转速实际值、右后轮转速实际值得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29；得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24；得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26。

左前轮毂电机控制用单片机27根据左前轮转速目标值、左前轮毂电机15转子位置信号，向轮毂电机驱动电路28发出控制信号，轮毂电机驱动电路28驱动左前轮毂电机15转动，实现左前轮14的驱动；类似的，右前轮毂电机控制用单片机29根据右前轮转速目标值、右前轮毂电机转子位置信号，向轮毂电机驱动电路30发出控制信号，轮毂电机驱动电路驱动右前轮毂电机18转动，实现右前轮5的驱动；左后轮毂电机控制用单片机24根据左后轮转速目标值、左后轮毂电机22转子位置信号，向轮毂电机驱动电路23发出控制信号，轮毂电机驱动电路23驱动左后轮毂电机22转动，实现左后轮13的驱动；右后轮毂电机控制用单片机26根据右后轮转速目标值、右后轮毂电机19转子位置信号，向轮毂电机驱动电路25发出控制信号，轮毂电机驱动电路25驱动右后轮毂电机19转动，实现右后轮7的驱动。

图7为基于线控技术的智能轮椅车控制流程，主要包括以下步骤：

步骤1：系统初始化，包括控制器的单片机定时器等初始化；

步骤2：检测各个轮毂电机的故障状态，确定相应的驱动模式，如果左前轮毂电机（15）、右前轮毂电机（18）、右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块均正常工作，则进入四轮驱动模式；如果左前轮毂电机（15）或右前轮毂电机（18）所在模块发生故障而右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块正常工作，则进入后轮驱动模式；如果右后轮毂电机（19）或左后轮毂电机（22）所在模块发生故障而左前轮轮毂电机（15）、右前轮轮毂电机（18）所在模块正常工作，则进入前轮驱动模式；

步骤3：直行、转向、制动等驾驶控制，包括四轮驱动模式（见图8-9）、后轮驱动模式（见图10-11）、前轮驱动模式（见图12-13）三种模式。

图8为基于线控技术的智能轮椅车四轮驱动模式下的行驶控制流程。进行操纵界面3信号获取，如果要前进，通过主控制器11的前进控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的驱动。

如果要后退，通过主控制器11的后退控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的反向驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的反向驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的反向驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的反向驱动。

如果要向左转向，通过主控制器11的转向控制上层控制（根据阿克曼转向原理）得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的驱动。

附图9为向左转向时的四轮驱动模式车轮状态，左右车轮转速不同，实现电子差速转向。前轮与后轮反向差速转向，转向半径较小。向右转向与向左转向类似。

如果要制动，通过主控制器11的制动控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的制动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的制动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的制动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的制动。

图10为基于线控技术的智能轮椅车后轮驱动模式下的行驶控制流程。首先，进行操纵界面3信号获取。如果要前进，通过主控制器11的前进控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的驱动。

如果要后退，通过主控制器11的后退控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的反向驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的反向驱动。

如果要向左转向，通过主控制器11的转向控制上层控制（根据阿克曼转向原理）得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的驱动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的驱动。

附图11为向左转向时的后轮驱动模式车轮状态，根据阿克曼转向原理得到左后轮、右后轮的转角。左右车轮转速不同，实现电子差速转向。

如果要制动，通过主控制器11的制动控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机24，进行左后轮毂电机22调速控制，实现左后轮13的制动；类似的，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机26，进行右后轮毂电机19调速控制，实现右后轮7的制动。

图12为基于线控技术的智能轮椅车前轮驱动模式下的行驶控制流程。进行操纵界面3信号获取，如果要前进，通过主控制器11的前进控制上层控制得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的驱动。

如果要后退，通过主控制器11的后退控制上层控制得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的反向驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的反向驱动。

如果要向左转向，通过主控制器11的转向控制上层控制（根据阿克曼转向原理）得到得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的驱动。附图13为向左转向时的前轮驱动模式车轮状态，根据阿克曼转向原理得到左前轮、右前轮的转角。左右车轮转速不同，实现电子差速转向。

如果要制动，通过主控制器11的制动控制上层控制得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机27，进行左前轮毂电机15调速控制，实现左前轮14的制动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机29，进行右前轮毂电机18调速控制，实现右前轮5的制动。

Claims (1)

1.一种基于线控技术的智能轮椅车的控制方法，其特征是主要包括如下步骤：

1） 系统初始化，包括主控制器（11）、左后轮毂电机控制用单片机（24）、右后轮毂电机控制用单片机（26）、左前轮毂电机控制用单片机（27）、右前轮毂电机控制用单片机（29）定时器初始化；

2） 检测各个轮毂电机的故障状态，确定相应的驱动模式，如果左前轮毂电机（15）、右前轮毂电机（18）、右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块均正常工作，则进入四轮驱动模式；如果左前轮毂电机（15）或右前轮毂电机（18）所在模块发生故障而右后轮毂电机（19）、左后轮毂电机（22）所在模块正常工作，则进入后轮驱动模式；如果右后轮毂电机（19）或左后轮毂电机（22）所在模块发生故障而左前轮轮毂电机（15）、右前轮轮毂电机（18）所在模块正常工作，则进入前轮驱动模式；

3）直行、转向、制动的驾驶控制；

上述的步骤3）中，若为四轮驱动模式，首先进行操纵界面（3）信号获取，如果要前进，通过主控制器（11）的前进控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的驱动；

如果要后退，通过主控制器（11）的后退控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的反向驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的反向驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的反向驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的反向驱动；

如果要向左转向，通过主控制器（11）的转向控制上层控制，根据阿克曼转向原理，前轮与后轮反向差速转向，转向半径较小，得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的驱动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的驱动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的驱动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的驱动；

如果要制动，通过主控制器（11）的制动控制上层控制得到左后轮转速目标值，输入到左后轮毂电机控制用单片机（24），进行左后轮毂电机（22）调速控制，实现左后轮（13）的制动；同样，得到右后轮转速目标值，输入到右后轮毂电机控制用单片机（26），进行右后轮毂电机（19）调速控制，实现右后轮（7）的制动；得到左前轮转速目标值，输入到左前轮毂电机控制用单片机（27），进行左前轮毂电机（15）调速控制，实现左前轮（14）的制动；得到右前轮转速目标值，输入到右前轮毂电机控制用单片机（29），进行右前轮毂电机（18）调速控制，实现右前轮（5）的制动。