CN106214434A - 智能轮式助行平台及其控制策略方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能轮式助行平台及其控制策略方法，包括支撑架主体、驱动装置、集成模块、以及电源，驱动装置包括电机、传动装置、以及检测电机转速的编码器，集成模块包括雷达、主控制器、以及检测助行平台倾斜程度的陀螺仪，扶手上设置有行走控制面板；其控制策略方法包括：1)动态补偿助行控制策略，2)安全防摔策略。本发明智能轮式助行平台实现了自主助行，易于操作、省力简单，使用者能够根据自身情况对助行平台的移动速度进行自主掌控，刹车方便，使用安全性好；其控制策略方法提供了不同移动情况下的控制方案，能保证使用者在不同移动情况下安全使用助行平台。

Description

智能轮式助行平台及其控制策略方法

技术领域

本发明涉及一种助行装置，特别涉及一种能自主助行的助行装置及其控制策略方法。

背景技术

随着人口老龄化的增加，如何改善老年人生活的方便性具有重要的社会意义。

助行器是一种常见的行动辅具，其能帮助老年人以及行走有障碍的人行走，可以起到助行的作用，在改善老年人生活方面具有突出效果。

但是现有的轮式助行器的功能单一，还不能实现智能化自主助行，需要使用者施加动力才能实现助行功能，使用起来较为费劲。

因此，设计一种操作简单、带驱动的智能轮式助行器是极为必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供智能轮式助行平台及其控制策略方法，以解决现有轮式助行器不能实现自主助行的技术问题。

本发明智能轮式助行平台，包括支撑架主体、驱动装置、集成模块、以及向驱动装置和集成模块供电的电源，所述支撑架主体包括左支架、右支架和连接左支架与右支架的横杆，所述左支架和右支架的下部均分别设置有前轮和后轮，所述左支架和右支架的上部设置有扶手；

所述驱动装置包括设置在支架主体上的电机、连接电机转子轴与后轮的传动装置、以及检测电机转速的编码器；

所述集成模块设置在横杆上，所述集成模块包括用以检测路障以及助行平台与人距离的雷达、为助行平台提供实时行走方案的主控制器、以及检测助行平台状态的传感器，所述传感器包括陀螺仪和加速度计；

所述扶手上设置有行走控制面板,所述行走控制面板包括电源开关、刹车按钮和交互显示屏。

进一步，所述左支架和右支架结构相同，且左支架和右支架均包括底架、竖直固定在底架上的外套管、以可上下伸缩调节的方式设置在外套管内的伸缩杆、以及用于固定外套管和伸缩杆的调节旋钮，所述前轮和后轮设置在底架上，所述扶手设置在伸缩杆上。

进一步，所述扶手上还设置有检测心率、血氧以及体温的传感器模块。

进一步，所述集成模块还包括娱乐模块，所述扶手上还设置有娱乐控制面板。

进一步，所述娱乐控制面板包括蓝牙音箱、收音机和MP3播放器的切换按钮，以及音量加减按钮和曲目选择按钮。

进一步，所述集成模块还包括语音模块。

本发明还公开了一种智能轮式助行平台的控制策略方法，包括：

1)动态补偿助行控制策略，通过检测助行平台状态的传感器检测助行平台姿态，使用动态补偿策略克服不同环境下的阻尼：

a.行驶在上坡路段，对助行平台提供相应的上坡动力，避免助行平台在上坡路段下滑，抵消助行平台自身向下滑动的阻尼以及给使用者一定的上坡助力；

b.行驶在下坡路段，对助行平台提供相应的下坡阻力，避免助行平台在下坡路段快速下滑，保证使用者安全缓慢下坡；

c.行驶在复杂不平路段，对助行平台左右两边车轮提供不同动力，保证使用者平稳前进；

2)安全防摔策略，通过多传感器数据融合处理判断出危险情况，并根据不同情况执行不同安全应对策：

a.助行平台出现加速度突变，助行平台发出警报，并通过改变后轮的扭矩控制平台平稳；

b.助行平台雷达检测到前方有障碍物，助行平台发出警报提示，并进入紧急预刹车状态，如果距离障碍物过近，就马上启动刹车程序；

c.助行平台雷达时刻检测使用者与助行平台的距离情况，根据不同的距离调整后轮的扭矩，保证使用者与助行平台保持在安全使用距离之内；

d.通过扶手上传感器检测在使用者是否握着扶手，在没有握着扶手的时候，控制助行平台处于锁死状态。

本发明的有益效果：

1、本发明智能轮式助行平台，其后轮设置有驱动装置，位于电机底的编码器能实时检测助行器的速度，并将检测信息反馈到主控装置，主控装置能根据检测信息提供实时移动方案；本发明智能轮式助行平台实现了自主助行，易于操作、省力简单，使用者能够根据自身情况对助行平台的移动速度进行自主掌控，刹车方便，使用安全性好。

2、本发明智能轮式助行平台的控制策略方法，其提供了不同移动情况下的控制方案，能保证使用者在不同移动情况下安全使用助行平台。

附图说明

图1为本发明智能轮式助行平台的立体结构示意图；

图2为本发明智能轮式助行平台的控制原理示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图所示，本发明智能轮式助行平台，包括支撑架主体、驱动装置1、集成模块2、以及向驱动装置和集成模块供电的电源，所述支撑架主体包括左支架、右支架和连接左支架与右支架的横杆3，所述左支架和右支架的下部均分别设置有前轮4和后轮5，所述左支架和右支架的上部设置有扶手6；

所述驱动装置包括设置在支架主体上的电机、连接电机转子轴与后轮的传动装置、以及检测电机转速的编码器；本实施例中的传动装置为传动带，当然在不同实施例中，传动装置还可为带轮与传动带的组合，或者为链轮与链条的组合，或者为主动齿轮与从动齿轮的组合；

所述集成模块设置在横杆上，所述集成模块包括用以检测路障以及助行平台与人距离的雷达、为助行平台提供实时行走方案的主控制器、以及检测助行平台状态的传感器，所述传感器包括陀螺仪和加速度计；

所述扶手上设置有行走控制面板7,所述行走控制面板包括电源开关、刹车按钮和交互显示屏。

本实施例智能轮式助行平台，其后轮设置有驱动装置，位于电机底的编码器能实时检测助行器的速度，并将检测信息反馈到主控装置，主控装置能根据检测信息提供实时移动方案；本实施例智能轮式助行平台实现了自主助行，易于操作、省力简单，使用者能够根据自身情况对助行平台的移动速度进行自主掌控，刹车方便，使用安全性好。

作为对本实施例的改进，所述左支架和右支架结构相同，且左支架和右支架均包括底架8、竖直固定在底架上的外套管9、以可上下伸缩调节的方式设置在外套管内的伸缩杆10、以及用于固定外套管和伸缩杆的调节旋钮11，所述前轮和后轮设置在底架上，所述扶手设置在伸缩杆上。本改进通过上下调节伸缩杆的位置，满足不同身高使用中的使用要求，通用性好。

作为对本实施例的改进，所述扶手上还设置有检测心率、血氧以及体温的传感器模块13，本改进使得通过助行平台还能实时监测使用者的身体健康状况。

作为对本实施例的改进，所述集成模块2还包括娱乐模块，娱乐模块包括收音机、MP3播放器、音箱等，所述扶手上还设置有娱乐控制面板12，在行走过程中使用者可以通过娱乐控制面板控制娱乐模块，播放音乐等。

本实施例中，所述娱乐控制面板包括蓝牙音箱、收音机和MP3播放器的切换按钮，以及音量加减按钮和曲目选择按钮，娱乐模块操作方便简单。

作为对本实施例的改进，所述集成模块2还包括语音模块，语音模块用于在出现非正常移动情况时向使用者发出语音警示，如当雷达检测到人与助行平台的距离值到某一最大限定值时，或当雷达检测到有障碍物时，或当传感器模块检测到心率、血氧以及体温不正常时，主控制器发出刹车指令，同时主控制器向语音模块发出指令，使语音模块向使用者发出相应的警示语音提示，提高了本助行平台的使用安全性。

本实施例中智能轮式助行平台的控制策略方法，包括：

1)动态补偿助行控制策略，通过检测助行平台状态的传感器检测助行平台姿态，使用动态补偿策略克服不同环境下的阻力：

a.行驶在上坡路段，对助行平台提供相应的上坡动力，避免助行平台在上坡路段下滑，抵消助行平台自身向下滑动的阻尼以及给使用者一定的上坡助力；

b.行驶在下坡路段，对助行平台提供相应的下坡阻力，避免助行平台在下坡路段快速下滑，保证使用者安全缓慢下坡；

c.行驶在复杂不平路段，对助行平台左右两边车轮提供不同动力，保证使用者平稳前进；

2)安全防摔策略，通过多传感器数据融合处理判断出危险情况，并根据不同情况执行不同安全应对策：

a.助行平台出现加速度突变，助行平台发出警报，并通过改变后轮的扭矩控制平台平稳；

b.助行平台雷达检测到前方有障碍物，助行平台发出警报提示，并进入紧急预刹车状态，如果距离障碍物过近，就马上启动刹车程序；

c.助行平台雷达时刻检测使用者与助行平台的距离情况，根据不同的距离调整后轮的扭矩，保证使用者与助行平台保持在安全使用距离之内；

d.通过扶手上传感器检测在使用者是否握着扶手，在没有握着扶手的时候，控制助行平台处于锁死状态。

本实施例控制智能轮式助行平台的控制策略方法，在1)动态补偿助行控制策略中，通过公式F_阻＝mgsinθ+f来确定助行平台行走过程中的阻力，其中mg为助行平台的重力，θ为陀螺仪检测到的路面倾斜角度，f为助行平台行走中的摩擦力，主控制器通过控制驱动后轮的电机的工作电流，调节助行平台提供的助力，实现在不同环境下抵消助行平台行走阻力，并保证平稳的助行推力。

当然，在移动过程中，使用者还可以根据需求通过行走控制面板的刹车按钮主动控制电机制动，使助行平台停止。

本实施例智能轮式助行平台的控制策略方法，其提供了不同移动情况下的助行平台控制方案，能保证使用者在不同移动情况下安全使用助行平台。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.智能轮式助行平台，其特征在于：包括支撑架主体、驱动装置、集成模块、以及向驱动装置和集成模块供电的电源，所述支撑架主体包括左支架、右支架和连接左支架与右支架的横杆，所述左支架和右支架的下部均分别设置有前轮和后轮，所述左支架和右支架的上部设置有扶手；

所述驱动装置包括设置在支架主体上的电机、连接电机转子轴与后轮的传动装置、以及检测电机转速的编码器；

所述集成模块设置在横杆上，所述集成模块包括用以检测路障以及助行平台与人距离的雷达、为助行平台提供实时行走方案的主控制器、以及检测助行平台状态的传感器，所述检测助行平台状态的传感器包括陀螺仪和加速度计；

所述扶手上设置有行走控制面板,所述行走控制面板包括电源开关、刹车按钮和交互显示屏。

2.根据权利要求1所述的智能轮式助行平台，其特征在于：所述左支架和右支架结构相同，且左支架和右支架均包括底架、竖直固定在底架上的外套管、以可上下伸缩调节的方式设置在外套管内的伸缩杆、以及用于固定外套管和伸缩杆的调节旋钮，所述前轮和后轮设置在底架上，所述扶手设置在伸缩杆上。

3.根据权利要求1所述的智能轮式助行平台，其特征在于：所述扶手上还设置有检测心率、血氧以及体温的传感器模块。

4.根据权利要求1所述的智能轮式助行平台，其特征在于：所述集成模块还包括娱乐模块，所述扶手上还设置有娱乐控制面板。

5.根据权利要求4所述的智能轮式助行平台，其特征在于：所述娱乐控制面板包括蓝牙音箱、收音机和MP3播放器的切换按钮，以及音量加减按钮和曲目选择按钮。

6.根据权利要求1-5中任一所述的智能轮式助行平台，其特征在于：所述集成模块还包括语音模块。

7.一种权利要求6所述智能轮式助行平台的控制策略方法，其特征在于：包括：

1)动态补偿助行控制策略，通过检测助行平台状态的传感器检测助行平台姿态，使用动态补偿策略克服不同环境下的阻尼：

a.行驶在上坡路段，对助行平台提供相应的上坡动力，避免助行平台在上坡路段下滑，抵消助行平台自身向下滑动的阻尼以及给使用者一定的上坡助力；

b.行驶在下坡路段，对助行平台提供相应的下坡阻力，避免助行平台在下坡路段快速下滑，保证使用者安全缓慢下坡；

c.行驶在复杂不平路段，对助行平台左右两边车轮提供不同动力，保证使用者平稳前进；

2)安全防摔策略，通过多传感器数据融合处理判断出危险情况，并根据不同情况执行不同安全应对策：

a.助行平台出现加速度突变，助行平台发出警报，并通过改变后轮的扭矩控制平台平稳；

b.助行平台雷达检测到前方有障碍物，助行平台发出警报提示，并进入紧急预刹车状态，如果距离障碍物过近，就马上启动刹车程序；

c.助行平台雷达时刻检测使用者与助行平台的距离情况，根据不同的距离调整后轮的扭矩，保证使用者与助行平台保持在安全使用距离之内；

d.通过扶手上传感器检测在使用者是否握着扶手，在没有握着扶手的时候，控制助行平台处于锁死状态。