CN106075746A - 多姿态调整的电动轮椅车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块、控制器模块、差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其中：手操器模块用于对轮椅进行操作控制；手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；控制器模块控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行以及控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行姿态调整；电源模块用于给手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块供电。通过本发明，能够解决电动轮椅车操纵杆分区控制、电动轮椅车多姿态调整和电机位置信息反馈监测的问题，使之更具有功能多样性、加减速平稳性，转弯运行舒适性和安全性、闭环柔滑的特性。

Description

多姿态调整的电动轮椅车控制系统

技术领域

本发明涉及电动轮椅车控制系统，用于控制电动轮椅车的姿态调整和轮椅车双电机差速运行。

背景技术

我国老龄化社会正在加速发展，截止到2014年底，我国80岁以上的老年人达2400多万，失能、半失能老人近4000万人；残疾人8000多万左右，肢体残疾人约877万人。这些失能、半失能老人和肢体残疾人的行走和康复是面临最大的问题。轮椅车作为老年人和残疾人最主要代步工具，方便失能老人和肢体残疾人的行走。但普通手动轮椅和电动轮椅都没有姿态调整转换功能，长期以一个姿态乘坐轮椅车，容易导致使用者的皮肤褥疮发生。

现在国内外对轮椅车控制器研究很多，但大多停留在无刷电机的控制驱动研究。根据电动轮椅车控制器国家标准GB/T 18029.14《电动轮椅车动力和控制系统--要求和测试方法》标准要求，电动轮椅车控制器需带有电子刹车的制动器，而且由于电动轮椅车启动和运行速度偏低，有刷电机在低速具有较好的稳定性。加之电动轮椅车控制器缺少姿态调整的控制功能，不能很好的实现轮椅车姿态转换的人体骨肌系统和血液循环系统力学变化，导致使用者长期坐姿容易形成褥疮问题。

本产品研制出的多姿态调整的轮椅控制系统，能够实现低速的车速0～12km/h(五级别速度可调)、具有双CPU分离，CAN总线通信可靠、方便扩展，具备姿态坐到躺、躺到站和坐到站的柔性转换和双电机差速运行的功能，通过多种故障检测反馈功能保障产品安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一款双CPU模式，带有电压电流等故障检测和姿态调整的电动轮椅车控制系统。本产品解决了电动轮椅车操纵杆分区控制、电动轮椅车多姿态调整和电机位置信息反馈监测的问题，使之更具有闭环柔滑，控制驱动带电子刹车的有刷直流电机差速运行，驱动两个电动推杆的姿态调整，实现电动轮椅车坐、卧、躺、站等康复功能，促进轮椅车乘坐者骨肌系统和血液循环系统有效锻炼，很好的防止长期坐式的皮肤褥疮问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：本文发明提出双CPU模式，采用双ARM控制器，分别用于手操器和控制器开发，包括手操器模块、CAN通讯模块、控制器模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块，电源模块。这些部件的连接方式是：手操器模块和控制器模块之间采用CAN通讯模块进行通信。控制器模块的输出两路控制方法，一路驱动直流有刷电机差速运行，一路驱动电动推杆电机姿态调整。电源模块给手操器模块和控制器模块供电，为24V电池电源。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块，控制器模块，差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其中：

手操器模块用于采集轮椅的操作控制信号，并将操作控制信号传输给控制器模块；

手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；

控制器模块用于根据接收到的操作控制信号控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行，或者用于控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行轮椅姿态调整；

电源模块用于为手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块供电。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

手操器模块包括以下部件：手操器控制器、开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅姿态调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口；

上述手操器模块各部件的连接方式是：开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口均与手操器控制器连接，操纵杆与手操器控制器进行单向A/D采样通信，按键采用I/O直接读写，CAN总线接口与手操器控制器为双向通信。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

控制器模块包括控制器、左右电机驱动器、左右刹车控制器、位置反馈装置、故障检测器、电动推杆驱动器和CAN总线接口；

其中控制器用于同时产生4路的PWM输出，用于驱动左右电机驱动器和电动推杆驱动器；

位置反馈装置用于采集左右电机的转速，通过A/D转换输入到控制器，用于调整PWM脉宽；

故障检测器用于通过对采样点进行电压信号的A/D采样以进行故障检测。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

操纵杆用于输出两路与操纵杆位置相关的电压信号X₀、Y₀，手操器模块用于通过两路A/D采样模块分别采集X₀、Y₀信号，并计算得到分别代表轮椅车X轴和Y轴上的方向和速度信号的计算值X、Y，将采集值X、Y通过通讯模块发送给控制器模块。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

当手操器模块采集操纵杆的左右横坐标时，判断所述操纵杆电压信号X₀是否大于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为X＝X₀-2.5，否则将采集的信号转化为X＝2.5-X₀；

当手操器模块采集操纵杆的前后纵坐标时，判断所述操纵杆Y₀电压信号是否大于等于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为Y＝Y₀-2.5，否则将采集的信号转化为Y＝2.5-Y₀。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

控制器模块把操纵杆圆形操控分为8个区间，控制器模块按如下方式对轮椅的方向和速度进行控制：

(1)当X₀＞2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＜Y时，在区间1内，电动轮椅车前进；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

(2)当X₀＞2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＞Y时，在区间2内，电动轮椅车向前右转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

(3)当X₀＞2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＞Y时，在区间3内，电动轮椅车向后右转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(4)当X₀＞2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＜Y时，在区间4内，电动轮椅车向后退；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(5)当X₀＜2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＜Y时，在区间5内，电动轮椅车向后退；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y+V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

(6)当X₀＜2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＞Y时，在区间6内，电动轮椅车向后左转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

(7)当X₀＜2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＞Y时，在区间7内，电动轮椅车向前左转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(8)当X₀＜2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＜Y时，在区间8内，电动轮椅车前进。

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

其中，Kv为速度比例，V_L是轮椅车左后轮驱动电机转速，V_R是轮椅车右后轮驱动电机转速，V_X是操纵杆X坐标值对于的X方向的速度参考值，V_Y是操纵杆Y坐标值对于的Y方向的速度参考值。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

控制器模块按下式控制轮椅车的运行速度和方向：

$\left[\begin{array}{c}V\\ \mathrm{\Ω}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\φ}-\frac{d}{M}sin\mathrm{\φ}& cos\mathrm{\φ}+\frac{d}{M}sin\mathrm{\φ}\\ \sin \mathrm{\φ}+\frac{d}{M}cos\mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}-\frac{d}{M}cos\mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_r\\ V_l\end{array}\right]$

其中V表示轮椅车的速度，Ω表示轮椅车的行进角度速度，d表示操纵杆到轮椅车后轮中心线的直线距离，M表示轮椅车后轮中心线到轮椅车中心线之间的直线距离。

所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，优选的：

控制器模块按如下方式对电动推杆进行驱动以完成轮椅车姿态调整：

控制器模块输出SD3A信号实现使能开关，高电平为使能开启，SD3A信号使能变化实现三极管Q11、场效应管Q9和Q10的截止和导通，当SD3A为高电平时，Q11导通，输出高电平，Q9和Q10则导通，当SD3A为低电平时，Q11截止，输出低电平，Q9和Q10则截止；当SD3A使能开启，PWM1输出脉冲高电平，PWM3输出脉冲低电平，则电流方向路线顺序为Vbus、Q1、M1a、Q9、电动推杆、Q10、M2a，Q6、GND，实现电动推杆的正转；反之，PWM1输出脉冲低电平，PWM3输出脉冲高电平，电路方向路线顺序为Vbus、Q5、M2a、Q10、电动推杆、Q9、M1a、Q2、GND，实现电动推杆的反转。

附图说明

图1是多姿态调整的电动轮椅车控制系统的构成示意框图；

图2是手操器模块的构成示意框图；

图3是控制器模块的构成示意框图；

图4是手操器分区调制控制方法图；

图5是轮椅车行进示意图；

图6是本产品双模式控制驱动流程图；

图7a和7b是差速电机驱动电路图；

图8是电动推杆驱动电路图。

图中，附图标记对应的技术特征如下：

1.手操器模块，2.控制器模块，3.CAN通信模块，4.电源模块，5.差速电机驱动模块，6.电动推杆驱动模块；

101.手操器ARM控制器，102.操纵杆，103.速度调整按键及指示灯模块，104.座椅姿态调整按键和指示灯模块，105.扬声器，106.开关按键和电源指示灯模块，107.CAN总线接口；

201.控制器ARM，202.左右电机驱动器，203.位置反馈装置，204.故障检测器，205.电动推杆驱动器，206.左右刹车控制器，207.CAN总线接口。

具体实施方式

如图1所示，多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块1，CAN通讯模块3、控制器模块2、差速电机驱动模块5，电动推杆驱动模块6，电源模块4。

其中，手操器模块1和控制器模块2之间通过CAN通讯模块3进行通信，控制器模块2输出两路控制信号，一路信号驱动直流有刷电机差速运行，一路信号驱动电动推杆电机进行轮椅车姿态调整。电源模块4用于给手操器模块1和控制器模块2供电，为24V电池电源。

如图2所示，手操器模块1，包括手操器ARM控制器101、开关按键和电源指示灯模块106、操纵杆102、速度调整按键及指示灯模块103、座椅姿态调整按键和指示灯模块104、扬声器105、CAN总线接口107。上述手操器模块的各部件连接方式是：开关按键和电源指示灯模块106、操纵杆102、速度调整按键及指示灯模块103、座椅调整按键和指示灯模块104、扬声器105、CAN总线接口107均与手操器ARM控制器101连接，操纵杆102与手操器ARM控制器101进行单向A/D采样通信，CAN总线接口为双向通信。

如图3所示，控制器模块2，包括控制器ARM 201、左右电机驱动器202、左右刹车控制器206、位置反馈装置203、故障检测器204、电动推杆驱动器205和CAN总线接口207。其中控制器ARM 201采用STM32芯片，STM32自带有通用定时器，每个通用定时器能同时产生多达4路的PWM输出。本发明使用定时器TIM3输出4路PWM信号，用于驱动左右电机驱动器202，位置反馈装置203采集左右电机的转速，通过A/D转换输入到控制器ARM 201，用于调整PWM脉宽，故障检测器204通过对采样点进行电压信号的A/D采样以检测电池故障、电机故障、驱动故障、刹车故障、通讯故障等。例如，当A/D采样信号为0V时，说明发生断开故障，当A/D采样信号为5V时，说明发生短路故障。因为是有刷电机，控制器ARM 201的一路I/O信号输出用于控制器左右电子刹车器206，实现电动轮椅车的制动性；两路PWM信号发送给电动推杆驱动器206，实现轮椅车姿态转换。

通过按键的选择，可以选择不同的驱动模式，此时控制器ARM 201输出的所述PWM信号的作用也不同。按键选择方式、指示灯、驱动模式的对照表如下：

序号	按键选择方式	驱动模式
			1	电源指示灯和速度指示灯显示	双差速电机驱动模式
2	电源指示灯和姿态模式灯显示	电动推杆驱动姿态调整模式

本发明按如下方式实现对多姿态电动轮椅车的控制：

首先开启开关按键，启动电源，电源指示灯显示，表示系统已经启动，其数码指示灯指示电池的电量，通过AD采样显示电池的电量等级，电量越高，发光的指示灯越多。而后通过按键选择驱动模式，当电源指示灯和速度指示灯显示时，控制器模块2选择双差速电机驱动模式，使用者通过操纵操纵杆和手操器速度档位按键共同完成速度和大小的设定。操纵杆优选的是两轴霍尔操纵杆，其输出两路与操纵杆位置成正比例关系的而且正交的电压信号(每一路信号的范围均为0～5V)，当控制器模块2处于双差速电机驱动模式时，手操器模块1采集操纵杆102输出的X₀、Y₀两路信号，操纵杆摆动方向表示轮椅的运行方向，摆动的幅度大小表示轮椅的运行速度。当操控操纵杆时，操纵杆输出X₀、Y₀两路信号，其X₀、Y₀的值在0～5V之间，2.5V是操纵杆处于中间位置时X₀、Y₀的值，则以此为中心位置的阈值。

当手操器模块采集操纵杆的左右横坐标时，判断所述操纵杆X₀电压信号是否大于中心位置的阈值，如果是，则采集的模拟信号为X＝X₀-2.5，否则采集的模拟信号为X＝2.5-X₀；

当手操器模块采集操纵杆的前后纵坐标时，判断所述操纵杆Y₀电压信号是否大于等于中心位置的阈值，如果是，则采集的模拟信号为Y＝Y₀-2.5，否则采集的模拟信号为Y＝2.5-Y₀；

手操器模块根据X₀、Y₀两路信号是否大于中心位置阈值，计算轮椅车在X轴和Y轴上的方向信号的计算值X、Y并通过两路A/D采样模块采集操纵杆模拟信号X、Y，X、Y代表着轮椅车速度和方向。

同时确定操纵杆转弯方向，方向角度为X、Y转换成数字信号的值，通过CAN通信模块3发送给控制器模块2，电池施加电源于手操器模块、控制器模块和轮椅的电机。

手操器模块根据A/D采样的X、Y的数值，转换成数字信号值控制器模块根据adcX和adcY来设定PWM的脉宽，电压信号越高，adcX和adcY则越高，对应的速度参考信号为V_X，V_Y，则相应的V_X、V_Y速度数值越大(adcX和adcY与V_X、V_Y之间分别成正比例关系)。轮椅车左右电机速度(V_L，V_R)根据摇杆信号转换的数值建立函数。

V_R＝f1(V_X，V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)

控制器模块2接收到计算得到的X、Y的值，分析解剖X、Y的轨迹即操纵杆轨迹，统计出如图4所述，是一个圆形，为了更好的控制电动轮椅车，我们采用把操纵杆圆形轨迹操控分为8个区间控制。Kv为速度比例，共5个档位，分别为33.3％、55％、66.6％、83.3％、100％，可通过按压速度调整按键进行选择，控制器模块2的控制策略如下：

(1)当X₀＞2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＜Y时，在区间1内，电动轮椅车前进；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

(2)当X₀＞2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＞Y时，在区间2内，电动轮椅车向前右转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

(3)当X₀＞2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＞Y时，在区间3内，电动轮椅车向后右转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(4)当X₀＞2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＜Y时，在区间4内，电动轮椅车向后退；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(5)当X₀＜2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＜Y时，在区间5内，电动轮椅车向后退；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y+V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

(6)当X₀＜2.5V、Y₀＜2.5V，而且X＞Y时，在区间6内，电动轮椅车向后左转；

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

(7)当X₀＜2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＞Y时，在区间7内，电动轮椅车向前左转：

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_X-V_Y)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

(8)当X₀＜2.5V、Y₀＞2.5V，而且X＜Y时，在区间8内，电动轮椅车前进。

V_R＝f1(V_X，V_Y)＝Kv(V_Y-V_X)

V_L＝f2(V_X，V_Y)＝Kv(V_X+V_Y)

控制器模块按如下公式实现轮椅车的运行速度和方向的：

$\left[\begin{array}{c}V\\ \mathrm{\Ω}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\φ}-\frac{d}{M}sin\mathrm{\φ}& cos\mathrm{\φ}+\frac{d}{M}sin\mathrm{\φ}\\ \sin \mathrm{\φ}+\frac{d}{M}cos\mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}-\frac{d}{M}cos\mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_R\\ V_L\end{array}\right]$

其中V表示轮椅车的速度，Ω表示轮椅车的行进角度速度，d表示操纵杆到轮椅车后轮中心线的直线距离，M表示轮椅车后轮中心线到轮椅车中心线之间的直线距离。

安全策略：

根据电动轮椅车的安全要求，我们设置电动轮椅车的最大速度为12km/h，根据安全策略，设置每档位的前进最大速度分别为4km/h、6km/h、8km/h、10km/h、12km/h。倒车，转弯的最大速度不超过6km/h。

加速度变化不能超过1.5m²/s.

刹车距离，即减速度到电动轮椅车停止的距离不超过1m。

操纵杆用于控制轮椅的速度和方向。将操纵杆推得离中心位置越远，轮椅就行驶的越快。操纵杆左右移动时，轮椅转弯。当释放操纵杆时，X和Y路信号为0，控制器模块2输出高电平给驱动刹车电路将自动施加刹车。

速度调整按键每按一下按键速度增加或减少一个档位，共五个档位。该指示灯显示的轮椅的最大速度设置。有五档速度设置-第1档是最低的速度，第5档是最大速度，每按一次加速按键，档位自动增加1档，每按一次减速按键，档位自动减少1档。

座椅姿态调整按键每按一次按键，则座椅以一定的角度进行调整，共三个档位和2个指示灯，模式如下表。

指示灯	调整模式
		01	坐——躺 调整转换
10	躺——站 调整转换
		11	坐——站 调整转换

CAN通讯模块，用于收发手操器模块和控制器模块的数据。

如图6所示，电动轮椅车控制器模块的控制过程如下：当双差速电机驱动模式时，开关按键开启->操纵杆转动->速度调整按键驱动->A/D采集操纵杆计算出的X，Y信号->手操器ARM模块封装数据，转化为CAN总线通信协议数据进行CAN总线发送->控制器模块CAN总线接收->控制器模块根据速度档位和方向，并根据电机位置反馈信号比例调制，进行算法调整，产生4路PWM驱动信号->4路可调PWM信号驱动H桥电路实现差速电机的驱动。当电动推杆驱动姿态调整模式时，开关按键开启->操纵杆转动->姿态调整按键驱动->A/D采集操纵杆计算出的Y信号->手操器ARM模块封装数据，转化为CAN总线通信协议数据进行CAN总线发送->控制器模块CAN总线接收->控制器模块根据方向，产生2路定速PWM驱动信号->直接驱动电动推杆工作。

控制器模块通过如图7a和7b所示PWM控制的H桥的通断来实现差速电机运转：

电机驱动电路H桥解释：四路PWM分别是PWM1、PWM2、PWM3、PWM4，四路PWM分别驱动四个半桥功率放大芯片(U1-U4)。SD1A、SD1B、SD2A、SD2B为使能选择端口。输出端口为HO，LO，HO为输出PWM同向电压，LO为输出PWM反向电压。

场效应管Q1、Q2、Q3、Q4组成H桥，用于驱动右侧直流有刷电机，端子M1a、M1b分别接直流有刷电机的正负极。控制器模块通过改变PWM信号的脉宽，从而改变输出电压的大小来调节电机的转速，改变H桥输出方向来改变输出极性，从而控制电机的正反转的方向。所以控制了差速电机的速度和方向。

当PWM1输出高电平时，半桥功率放大芯片U1的HO输出高电平，LO输出低电平，驱动Q1导通，Q2截止；PWM2输出低电平时，半桥功率放大芯片U2的HO输出低电平，LO输出高电平，驱动Q4导通，Q3截止，因此电流从电源Vbus经过Q1，M1a、电机、M1b、Q4，到GND，驱动直流电机前进方向工作。相反当PWM1输出低电平时，半桥功率放大芯片U1的HO输出低电平，LO输出高电平，驱动Q2导通，Q1截止；PWM2输出高电平时，半桥功率放大芯片U2的HO输出高电平，LO输出低电平，驱动Q3导通，Q4截止，因此电流从电源Vbus经过Q3，M1b、电机、M1a、Q2，到GND，驱动直流电机相反方向工作，电机的转速则通过PWM输出的脉宽来控制，脉宽越大，导通时间越长，施加给电机电压越高，电机转速越大。同理，PWM3、PWM4、U3、U4、Q5、Q6、Q7、Q8控制左直流有刷电机速度和方向。

手操器模块中其速度调整按键和指示灯用于控制双差速电机驱动模式，其座椅姿态调整灯用于控制电动推杆驱动姿态调整模式，两模式不能同时工作，通过按键选择用于两模式切换。多姿态调整的工作如下：A/D采集Y一路信号，并设定恒定的PWM输出，当Y＞0时，电动推杆正转，当Y＜0时，电动推杆反转。电动推杆驱动一个电机运行实现坐到躺的姿态调整。当电动推杆驱动另一个电机运行时，实现躺到站的姿态调整；当驱动电动推杆二个电机同时运行，实现坐到站的一体化工作。

如图8所示，电动推杆电路图原理解释如下：控制器ARM模块I/O口输出SD3A实现使能开关，SD3A高低电平变化实现三极管Q11、场效应管Q9和Q10的截止和导通，当SD3A为高电平时，Q11导通，输出高电平，Q9和Q10则导通，当SD3A为低电平时，Q11截止，输出低电平，Q9和Q10则截止，所以SD3A是使能端口。当SD3A使能开启，PWM1输出脉冲高电平，PWM3输出脉冲低电平，则电流方向路线顺序为Vbus、Q1、M1a、Q9、电动推杆、Q10、M2a，Q6、GND，实现电动推杆的正转，反之，PWM1输出脉冲低电平，PWM3输出脉冲高电平，电路方向路线顺序为Vbus、Q5、M2a、Q10、电动推杆、Q9、M1a、Q2、GND，实现电动推杆的反转。同理：同样的方法实现另一个电动推杆的正转和反转。

通过本发明，能够解决电动轮椅车操纵杆分区控制、电动轮椅车多姿态调整和电机位置信息反馈监测的问题，使之更具有功能多样性、加减速平稳性，转弯运行舒适性和安全性、闭环柔滑的特性。

Claims (5)

1.一种多姿态调整的电动轮椅车控制系统，包括手操器模块，CAN通讯模块，控制器模块，差速电机驱动模块，电动推杆驱动模块，电源模块，其特征在于：

手操器模块用于采集轮椅车的操作控制信号，并将操作控制信号传输给控制器模块；

手操器模块和控制器模块之间通过CAN通讯模块进行通信；

控制器模块用于根据接收到的操作控制信号控制差速电机驱动模块驱动电机差速运行，或者用于控制电动推杆驱动模块驱动电动推杆进行轮椅车姿态调整；

电源模块用于为手操器模块、控制器模块、CAN通讯模块、差速电机驱动模块、电动推杆驱动模块供电。

2.根据权利要求1所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：

手操器模块包括以下部件：手操器控制器、开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅姿态调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口；

上述手操器模块各部件的连接方式是：开关按键和电源指示灯模块、操纵杆、速度调整按键及指示灯模块、座椅调整按键和指示灯模块、扬声器、CAN总线接口均与手操器控制器连接，操纵杆与手操器控制器进行单向A/D采样通信，按键采用I/O直接读写，CAN总线接口与手操器控制器为双向通信。

3.根据权利要求1所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：

控制器模块包括控制器、左右电机驱动器、左右刹车控制器、位置反馈装置、故障检测器、电动推杆驱动器和CAN总线接口；

其中控制器用于同时产生4路的PWM输出，用于驱动左右电机驱动器和电动推杆驱动器；

位置反馈装置用于采集左右电机的转速，通过A/D转换输入到控制器，用于调整PWM脉宽；

故障检测器用于通过对采样点进行电压信号的A/D采样以进行故障检测。

4.根据权利要求2所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：

操纵杆用于输出两路与操纵杆位置相关的电压信号X₀、Y₀，手操器模块用于通过两路A/D采样模块分别采集电压信号X₀、Y₀，并计算得到分别代表轮椅车X轴和Y轴上的方向和速度信号的计算值X、Y，将采集值X、Y通过通讯模块发送给控制器模块。

5.根据权利要求4所述的多姿态调整的电动轮椅车控制系统，其特征在于：

当手操器模块采集操纵杆的左右横坐标时，判断所述操纵杆电压信号X₀是否大于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为X＝X₀-2.5，否则将采集的信号转化为X＝2.5-X₀；

当手操器模块采集操纵杆的前后纵坐标时，判断所述操纵杆电压信号Y₀是否大于等于中心位置的阈值，如果是，将采集的信号转化为Y＝Y₀-2.5，否则将采集的信号转化为Y＝2.5-Y₀。