CN108508767B - 轮椅智能刹车方法和系统 - Google Patents

轮椅智能刹车方法和系统 Download PDF

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    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
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Abstract

本发明公开了一种轮椅智能刹车方法和系统，在接收到刹车指令后，控制刹车装置启动刹车制动，并判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度，若是，以设定刹车频率执行间歇性刹车制动。在轮椅上安装惯性测量装置来测量轮椅加速度，在轮椅轮子上安装里程计来测量轮椅轮子加速度，当用户操作刹车控件发出刹车指令后，刹车控制模块则控制刹车装置执行刹车，并判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度，若是，则说明轮子减速快而轮椅本身减速慢，这种情况下最容易发生滑移，则通过以设定刹车频率执行间歇性刹车制动的方式控制刹车力度而不抱死车轮，避免发生滑移，避免了危险的发生，解决了现有轮椅刹车系统刹车过程中存在滑移隐患的技术问题。

Description

轮椅智能刹车方法和系统
技术领域
本发明属于轮椅技术领域，具体地说，是涉及一种轮椅智能刹车方法和系统。
背景技术
轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的行动不便人士的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。
普通轮椅一般由轮椅架、车轮、刹车装置及座靠四部分组成，而当前的轮椅的刹车系统大多是使用手动控制，当乘坐者想制动时，需要手拉刹车手刹完成整车的制动，但在雨天雪天等道路情况恶劣的情况下，轮椅的手动刹车往往不能达到使用者的需求，容易因刹车抱死发生滑移现象，带来不安全隐患。
发明内容
本申请提供了一种轮椅智能刹车方法和系统，解决现有轮椅刹车系统刹车过程中存在滑移隐患的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
提出一种轮椅智能刹车方法，包括：判断是否接收到刹车指令；若是，控制刹车装置启动刹车制动；判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度；若是，以设定刹车频率执行间歇性刹车制动。
进一步的，所述轮椅加速度获取方法包括：接收惯性测量装置检测的轮椅前进方向加速度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；根据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
得到所述轮椅加速度；其中，轮椅前进方向与轮椅平移方向相互垂直；所述惯性测量装置安装于所述轮椅的轮椅车身上；所述轮椅轮子加速度获取方法包括：接收里程计检测的左轮刹车时间
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
；根据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
得到所述轮椅轮子加速度；其中，所述里程计安装于所述轮椅的左、右后轮上。
进一步的，在以设定刹车频率启动间歇性刹车制动之后，所述方法还包括：判断所述轮椅平移方向加速度
Figure 29550DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值；若是，根据所述轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向；提高与所述侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率。
提出一种轮椅智能刹车系统，包括用于产生刹车指令的刹车控件和安装于轮椅轮子上的刹车装置，还包括刹车判断模块、刹车控制模块、加速度判断模块和间歇性刹车制动控制模块；所述刹车判断模块，用于判断是否接收到由所述刹车控件产生的刹车指令；所述刹车控制模块，用于在所述刹车判断模块判断接收到了刹车指令后，控制所述刹车装置启动刹车制动；所述加速度判断模块，用于判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度；若是，则所述间歇性刹车制动控制模块，用于以设定刹车频率控制所述刹车控制模块执行间歇性刹车制动。
进一步的，所述系统还包括惯性测量装置和里程计；所述惯性测量装置，安装于所述轮椅的轮椅车身上，用于检测轮椅前进方向加速度
Figure 459395DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 763337DEST_PATH_IMAGE004
；所述里程计，安装于所述轮椅的左、右后轮上，用于检测的左轮刹车时间
Figure 38461DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 681932DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 583809DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 312731DEST_PATH_IMAGE014
；所述加速度判断模块包括轮椅加速度计算单元和轮椅轮子加速度计算单元；所述轮椅加速度计算单元，用于接收所述惯性测量装置检测的轮椅前进方向加速度
Figure 453862DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 951840DEST_PATH_IMAGE004
，根据
Figure 723487DEST_PATH_IMAGE006
得到所述轮椅加速度；其中，轮椅前进方向与轮椅平移方向相互垂直；所述轮椅轮子加速度计算单元，用于接收里程计检测的左轮刹车时间
Figure 736442DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 618948DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 971431DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 976297DEST_PATH_IMAGE014
，根据
Figure 414231DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 834848DEST_PATH_IMAGE018
得到所述轮椅轮子加速度。
进一步的，所述间歇性刹车制动控制模块包括侧滑判断单元、侧滑方向判断单元和防侧滑控制单元；所述侧滑判断单元，用于判断所述轮椅平移方向加速度
Figure 871200DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值；若是，所述侧滑方向判断单元，根据所述轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向；则所述防侧滑控制单元，用于提高与所述侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率，使得所述间歇性刹车制动控制模块以提高的刹车频率控制所述刹车控制模块对与所述侧滑方向反向的轮椅轮子执行间歇性刹车制动。
进一步的，所述刹车装置包括刹车电机、刹车传动线、刹车定滑轮、刹车压动杆和弹簧；所述刹车传动线一端通过所述刹车定滑轮连接所述刹车电机，所述刹车传动线另一端连接所述刹车压动杆；所述刹车压动杆抵接在所述轮椅轮子上；所述弹簧一端固定在轮椅上，所述弹簧的另一端固定在所述刹车压动杆上。
与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的轮椅智能刹车方法和系统中，在轮椅上安装惯性测量装置来测量轮椅加速度，在轮椅轮子上安装里程计来测量轮椅轮子加速度，当用户操作刹车控件发出刹车指令后，刹车控制模块则控制刹车装置执行刹车，并判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度，若是，则说明轮子减速快而轮椅本身减速慢，这种情况下最容易发生滑移，则通过以设定刹车频率执行间歇性刹车制动的方式控制刹车力度而不抱死车轮，避免发生滑移，避免了危险的发生，解决了现有轮椅刹车系统刹车过程中存在滑移隐患的技术问题。
结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1 为本申请提出的轮椅智能刹车方法的方法流程图；
图2为本申请提出的轮椅智能刹车系统的系统组成图；
图3为本申请提出的轮椅智能刹车系统中轮椅加速度方向示意图；
图4为本申请提出的轮椅智能刹车系统的系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。
本申请提出的轮椅智能刹车系统中，如图2所示，在轮椅上安装有刹车控制模块、刹车装置、安装在轮椅车身上的惯性测量装置8（图示中安装于左右后轮之间的位置上）和分别安装于轮椅左右后轮上的两个里程计7；刹车装置包括刹车电机2、刹车传动线5、刹车定滑轮6、刹车压动杆4和弹簧3；刹车传动线5一端通过刹车定滑轮6连接刹车电机2，刹车传动线5另一端连接刹车压动杆4；刹车压动杆4抵接在轮椅轮子上；弹簧3一端固定在轮椅上，弹簧3的另一端固定在刹车压动杆4上；本申请实施例中，针对轮椅左右两个后轮分别设置上述的刹车装置。
基于上述的轮椅智能刹车系统，本申请提出的轮椅智能刹车方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11:判断是否接收到刹车指令。
在轮椅上安装有刹车控件9，例如刹车手柄、刹车按钮等等，使用者在希望轮椅制动时，操作刹车控件产生刹车指令。系统在判断接收到刹车指令后，
步骤S12：控制刹车装置启动刹车制动。
刹车控制模块在接收到刹车控件产生的刹车指令后，启动刹车电机2，刹车电机2驱动刹车传动线5，刹车传动线5拉下刹车压动杆4，刹车压动杆4（包括有与轮子抵接的刹车片结构）抵接住轮椅轮子，实现轮椅的刹车，而此时弹簧3被压短。当然，若使用者松开刹车控件，则刹车控制模块控制刹车电机反向驱动刹车传动线5，刹车传动线5放送后，弹簧4恢复形变，带动刹车压动杆4脱离轮椅轮子，使得刹车制动结束。
步骤S13：判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度。
在刹车控制装置启动刹车装置实施刹车之后，计算出轮椅本身的轮椅加速度，以及计算出轮椅轮子的轮椅轮子加速度，并比较二者的大小关系，根据二者的比较关系来决定是否启动间歇性刹车制动，以避免轮椅发生滑移。
这是因为，当轮椅加速度与轮椅轮子加速度一致时，说明轮椅轮子与轮椅进行相同的减速，说明轮椅刹车成功，不需要启动间歇性刹车制动，继续执行刹车制动即可；当轮椅加速度大于轮椅轮子加速度时，说明轮椅轮子减速慢，而轮椅减速快，说明轮椅轮子发生了原地打滑现象，不能启动间歇性刹车制动；而若轮椅加速度小于轮椅轮子加速度时，说明轮椅轮子减速快，而轮椅减速慢，说明轮椅发生了滑移，则需要启动间歇性刹车制动，以实现控制刹车力度而不抱死车轮，避免轮椅发生滑移。
具体的，轮椅加速度可以通过以下手段获取：接收由惯性测量装置8检测的轮椅前进方向加速度
Figure 984649DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 972197DEST_PATH_IMAGE004
，进而根据
Figure 196505DEST_PATH_IMAGE006
得到轮椅加速度；其中，如图3所示，轮椅前进方向x与轮椅平移方向y相互垂直；x轴正方向与轮椅前进方向一致，y轴正方向指向轮椅左后轮。
轮椅轮子加速度获取可以通过以下手段获取：接收里程计7检测的左轮刹车时间
Figure 258002DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 604669DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 17196DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 45195DEST_PATH_IMAGE014
，根据
Figure 289094DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 478767DEST_PATH_IMAGE018
得到轮椅轮子加速度。
当然，本申请实施例不限定轮椅加速度和轮椅轮子加速度的具体获取方式，以加速度传感器直接输出或其他计算方式获得均可。
步骤S14：以设定刹车频率执行间歇性刹车制动。
当判断轮椅加速度小于轮椅轮子加速度后，以一个设定刹车频率执行间歇性刹车制动，也即控制刹车装置以设定刹车频率执行刹车，实现间歇性刹车制动。
在以设定刹车频率启动间歇性刹车制动之后，本申请实施例提出的轮椅智能刹车方法还根据轮椅在平移方向上的加速度的大小和方向进行判断，实现对轮椅左右后轮间歇性刹车制动的频率控制，起到对轮椅左右后轮自适应刹车的作用，防止轮椅的侧滑。具体的：
步骤S15：判断轮椅平移方向加速度
Figure 939442DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值。
这里的设定阈值针对轮椅平移方向加速度大小设定，例如0，若轮椅在平移方向加速度大于0，则说明轮椅发生了侧滑，若为0则说明没有发生侧滑。若发生了侧滑，
步骤S16：根据轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向。
根据轮椅平移方向加速度的方向确定发生侧滑的侧滑方向，轮椅平移方向加速度的方向即为发生侧滑的侧滑方向。
步骤S17：提高与侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率。
在轮椅没有发生侧滑时，控制以设定刹车频率执行间歇性刹车制动即可，若轮椅发生侧滑，则控制提高与侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率，起到防止侧滑的作用。
例如，如图3所示，y轴正方向指向轮椅左后轮，也即轮椅平移方向指向轮椅左后轮，若轮椅平移方向加速度
Figure 505553DEST_PATH_IMAGE004
大于零，则说明轮椅向左侧发生侧滑，则提高对轮椅右后轮的刹车频率，以消除轮椅右侧向左前方滑移；若轮椅平移方向加速度
Figure 807221DEST_PATH_IMAGE004
小于零，则说明轮椅向右侧发生侧滑，则提高对轮椅左后轮的刹车频率，以消除轮椅左侧向右前方滑移。
直至通过轮椅加速度检测到轮椅已经制动成功后，停止间歇性刹车控制。
基于上述提出的轮椅智能刹车方法，本申请还提出的轮椅智能刹车系统，如图4所示，包括用于产生刹车指令的刹车控件9和安装于轮椅轮子上的刹车装置41，以及还包括刹车判断模块42、刹车控制模块43、加速度判断模块44和间歇性刹车制动控制模块45。
刹车判断模块42用于判断是否接收到由刹车控件9产生的刹车指令；刹车控制模块43用于在刹车判断模块42判断接收到了刹车指令后，控制刹车装置41启动刹车制动；加速度判断模块44用于判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度；若是，则间歇性刹车制动控制模块45用于以设定刹车频率控制刹车控制模块43执行间歇性刹车制动。
该轮椅智能刹车系统还包括惯性测量装置8和里程计7；惯性测量装置8安装于轮椅的轮椅车身上，用于检测轮椅前进方向加速度
Figure 230112DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 617231DEST_PATH_IMAGE004
；里程计7安装于轮椅的左、右后轮上，用于检测的左轮刹车时间和左轮转动量
Figure 939945DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 737000DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 408153DEST_PATH_IMAGE014
；加速度判断模块44包括轮椅加速度计算单元441和轮椅轮子加速度计算单元442；轮椅加速度计算单元441用于接收惯性测量装置8检测的轮椅前进方向加速度
Figure 581645DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 592326DEST_PATH_IMAGE004
，根据
Figure 124064DEST_PATH_IMAGE006
得到轮椅加速度；其中，轮椅前进方向与轮椅平移方向相互垂直；轮椅轮子加速度计算单元442用于接收里程计检测的左轮刹车时间
Figure 220196DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 994117DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 593726DEST_PATH_IMAGE012
和左轮转动量
Figure 732583DEST_PATH_IMAGE014
，根据
Figure 643907DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 893623DEST_PATH_IMAGE018
得到轮椅轮子加速度。
间歇性刹车制动控制模块45包括侧滑判断单元451、侧滑方向判断单元452和防侧滑控制单元453；侧滑判断单元451用于判断轮椅平移方向加速度
Figure 878896DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值；若是，侧滑方向判断单元452根据轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向；则防侧滑控制单元453用于提高与侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率，使得间歇性刹车制动控制模块以提高的刹车频率控制刹车控制模块对与侧滑方向反向的轮椅轮子执行间歇性刹车制动。
具体的轮椅智能刹车系统的刹车制动方式已经在上述的轮椅智能刹车方法中详述，此处不予赘述。
上述本申请提出的轮椅智能刹车方法和系统，在轮椅上安装惯性测量装置来测量轮椅加速度，在轮椅轮子上安装里程计来测量轮椅轮子加速度，当用户操作刹车控件发出刹车指令后，刹车控制模块则控制刹车装置执行刹车，并判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度，若是，则说明轮子减速快而轮椅本身减速慢，这种情况下最容易发生滑移，则通过以设定刹车频率执行间歇性刹车制动的方式控制刹车力度而不抱死车轮，避免发生滑移，避免了危险的发生，解决了现有轮椅刹车系统刹车过程中存在滑移隐患的技术问题。在执行间歇性刹车制动后，进一步通过对轮椅水平移动方向加速度的判断，在轮椅发生侧滑时采用提高对发生侧滑方向反向的轮子的刹车频率的方式来避免轮椅发生侧滑，达到最优的刹车效果，最大化的减少滑移、侧滑，保障轮椅乘坐人的安全。
应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.轮椅智能刹车方法，其特征在于，包括：
判断是否接收到刹车指令；若是，
控制刹车装置启动刹车制动；
判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度；若是，
以设定刹车频率执行间歇性刹车制动；
所述轮椅加速度获取方法包括：
接收惯性测量装置检测的轮椅前进方向加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE006
得到所述轮椅加速度；其中，轮椅前进方向与轮椅平移方向相互垂直；所述惯性测量装置安装于所述轮椅的轮椅车身上；
所述轮椅轮子加速度获取方法包括：
接收里程计检测的左轮刹车时间
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和右轮转动量
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure DEST_PATH_IMAGE018
得到所述轮椅轮子加速度；其中，所述里程计安装于所述轮椅的左、右后轮上。
2.根据权利要求1所述的轮椅智能刹车方法，其特征在于，在以设定刹车频率启动间歇性刹车制动之后，所述方法还包括：
判断所述轮椅平移方向加速度
Figure 942211DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值；若是，
根据所述轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向；
提高与所述侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率。
3.轮椅智能刹车系统，包括用于产生刹车指令的刹车控件和安装于轮椅轮子上的刹车装置，其特征在于，还包括刹车判断模块、刹车控制模块、加速度判断模块和间歇性刹车制动控制模块；
所述刹车判断模块，用于判断是否接收到由所述刹车控件产生的刹车指令；
所述刹车控制模块，用于在所述刹车判断模块判断接收到了刹车指令后，控制所述刹车装置启动刹车制动；
所述加速度判断模块，用于判断轮椅加速度是否小于轮椅轮子加速度；若是，则
所述间歇性刹车制动控制模块，用于以设定刹车频率控制所述刹车控制模块执行间歇性刹车制动；
所述系统还包括惯性测量装置和里程计；
所述惯性测量装置，安装于所述轮椅的轮椅车身上，用于检测轮椅前进方向加速度
Figure 265876DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 576772DEST_PATH_IMAGE004
；
所述里程计，安装于所述轮椅的左、右后轮上，用于检测左轮刹车时间
Figure 644085DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 989616DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 546499DEST_PATH_IMAGE012
和右轮转动量
Figure 485636DEST_PATH_IMAGE014
；
所述加速度判断模块包括轮椅加速度计算单元和轮椅轮子加速度计算单元；所述轮椅加速度计算单元，用于接收所述惯性测量装置检测的轮椅前进方向加速度
Figure 215695DEST_PATH_IMAGE002
和轮椅平移方向加速度
Figure 618994DEST_PATH_IMAGE004
，根据
Figure 15953DEST_PATH_IMAGE006
得到所述轮椅加速度；其中，轮椅前进方向与轮椅平移方向相互垂直；
所述轮椅轮子加速度计算单元，用于接收里程计检测的左轮刹车时间
Figure 567020DEST_PATH_IMAGE008
和左轮转动量
Figure 710557DEST_PATH_IMAGE010
，以及右轮刹车时间
Figure 968363DEST_PATH_IMAGE012
和右轮转动量
Figure 929366DEST_PATH_IMAGE014
，根据
Figure 843095DEST_PATH_IMAGE016
=
Figure 649377DEST_PATH_IMAGE018
得到所述轮椅轮子加速度。
4.根据权利要求3所述的轮椅智能刹车系统，其特征在于，所述间歇性刹车制动控制模块包括侧滑判断单元、侧滑方向判断单元和防侧滑控制单元；
所述侧滑判断单元，用于判断所述轮椅平移方向加速度
Figure 699372DEST_PATH_IMAGE004
是否大于设定阈值；若是，
所述侧滑方向判断单元，根据所述轮椅平移方向加速度的方向确定轮椅发生侧滑的侧滑方向；
则所述防侧滑控制单元，用于提高与所述侧滑方向反向的轮椅轮子的间歇性刹车制动的刹车频率，使得所述间歇性刹车制动控制模块以提高的刹车频率控制所述刹车控制模块对与所述侧滑方向反向的轮椅轮子执行间歇性刹车制动。
5.根据权利要求3所述的轮椅智能刹车系统，其特征在于，所述刹车装置包括刹车电机、刹车传动线、刹车定滑轮、刹车压动杆和弹簧；
所述刹车传动线一端通过所述刹车定滑轮连接所述刹车电机，所述刹车传动线另一端连接所述刹车压动杆；所述刹车压动杆抵接在所述轮椅轮子上；
所述弹簧一端固定在轮椅上，所述弹簧的另一端固定在所述刹车压动杆上。
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