CN108681305A - 一种便携代步器紧急制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种便携代步器紧急制动系统，包括电源供给单元、信号采集单元、中央控制单元、人机交互单元、刹车制动单元；其中，所述电源供给单元用来提供稳定电源；所述信号采集单元用来采集距离信号和速度信号，并转换为数字信号传输到中央控制单元；所述中央控制单元输出控制信号至刹车制动单元，控制刹车制动单元动作；所述人机交互单元与中央控制单元之间双向信号传输，实现人机信息交互。本发明的一种便携代步器紧急制动系统，不仅保证了紧急制动系统的可靠性，还可以通过制动时的匀减速实现乘坐的安全性和舒适性，达到了代步器对于紧急制动系统的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及楼道攀爬器械辅助控制系统，具体地说，涉及一种便携代步器紧急制动系统。
背景技术
我国现在存在很多的老旧小区，这些老旧小区，楼层低矮，在建造时没有设置电梯；我国人口老龄化加重，在没有电梯的老旧小区中，老年人出行十分困难。因此在老旧小区内安装电梯非常必要。但是，老旧小区的墙体结构设置不合理，想要在现有老旧小区内加装轿厢式电梯，会对老旧小区的墙体结构造成破坏；同时，老旧小区内也没有预留安装轿厢式电梯的空间。而便携代步器则不需要专门的安装空间，便携代步器只要将导轨沿着楼道设置，导轨上安装一个运载平台，该运载平台沿着导轨滑动便可以实现载人，且不会破坏墙壁结构。
便携代步器虽然具有诸多方便性和优越性，但是便携代步器在运行过程中也存在着诸多隐患。由于便携代步器的使用者大多为老年人，当便携代步器在运行过程中遇到障碍物或者紧急突发情况，如果此时便携代步器没有紧急制动系统或者紧急制动系统设计不合理，极易发生安全事故，造成不必要的经济损失和乘员伤害，设计合理的便携代步器紧急制动系统已经成为当下迫切的市场需求。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种便携代步器紧急制动系统，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种便携代步器紧急制动系统，所述便携代步器紧急制动系统包括电源供给单元、信号采集单元、中央控制单元、人机交互单元和刹车制动单元；其中，电源供给单元通过三条供电线路分别与信号采集单元、中央控制单元和人机交互单元电连接，用于提供稳压电源；中央控制单元包括PLC子模块Ⅰ、PLC子模块Ⅱ和PLC子模块Ⅲ；其中，信号采集单元通过两个信号端口与PLC子模块Ⅰ电连接和信号连接，且信号采集单元采集代步器与障碍物之间的距离信号和代步器移动的速度信号，并输出到PLC子模块Ⅰ中进行信号处理；PLC子模块Ⅰ分别与PLC子模块Ⅱ和PLC子模块Ⅲ电连接和信号连接；PLC子模块Ⅱ与人机交互单元双向信号连接，PLC子模块Ⅱ输出显示信号和报警信号到人机交互单元，以及接收和处理人机交互单元的命令信号，且PLC子模块Ⅱ与PLC子模块Ⅲ电连接和信号连接；PLC子模块Ⅲ与刹车制动单元电连接和信号连接，且PLC子模块Ⅲ输出控制信号至刹车制动单元，用于控制刹车制动单元紧急制动。
通过上述技术方案，本发明利用三个PLC子模块组成中央控制单元，并分别与信号采集单元、人机交互单元和刹车制动单元连接，既可以实现系统自动紧急制动，也可以实现乘坐人员手动紧急制动，保证了自动紧急制动与手动紧急制动的信号传输不受影响。
作为对本发明所述的便携代步器紧急制动系统的进一步说明，优选地，所述信号采集单元包括距离信号采集器、距离信号处理器、A\D转换电路Ⅰ、信号输出端口Ⅰ、速度信号采集器、速度信号处理器、A\D转换电路Ⅱ和信号输出端口Ⅱ；其中，距离信号采集器与距离信号处理器电连接和信号连接，距离信号处理器与A\D转换电路Ⅰ电连接，A\D转换电路Ⅰ与信号输出端口Ⅰ电连接，用于实现代步器与障碍物之间的距离信号的传输和处理；速度信号采集器与速度信号处理器电连接和信号连接，速度信号处理器与A\D转换电路Ⅱ电连接，A\D转换电路Ⅱ与信号输出端口Ⅱ电连接，用于实现代步器的速度信号的传输和处理；信号输出端口Ⅰ和信号输出端口Ⅱ与PLC子模块Ⅰ电连接和信号连接。
通过上述技术方案，本发明利用信号采集单元采集代步器与障碍物的距离信号以及代步器的速度信号，并设置单独的两条信号传输线路，以保证距离信号和速度信号的传输和处理互不干扰，既可以在代步器移动遇到障碍物时进行紧急制动，也可以在代步器移动过程中进行紧急制动。
作为对本发明所述的便携代步器紧急制动系统的进一步说明，优选地，所述人机交互单元包括制动开关、显示子单元、命令输入子单元和报警显示子单元；其中，PLC子模块Ⅱ的输出端分别与显示子单元和报警显示子单元电连接和信号连接，分别输出显示信号和报警信号到显示子单元和报警显示子单元；制动开关与命令输入子单元电连接和信号连接，命令输入子单元与PLC子模块Ⅱ的输入端电连接，用于输出命令信号到中央控制单元。
通过上述技术方案，本发明利用人机交互单元与中央控制单元之间的双向信号传输，实现人机信息交互，在代步器移动过程中，遇到障碍物可以及时提醒乘坐人员，保证了乘坐人员乘坐的安全性和舒适性。
作为对本发明所述的便携代步器紧急制动系统的进一步说明，优选地，距离信号采集器采用超声波传感器，两个所述超声波传感器分别设置于代步器的安全踏板两侧且分别朝向楼梯上行方向和下行方向。
通过上述技术方案，本发明设置超声波传感器，无论是代步器在上楼移动还是下楼移动，都能够采集到与障碍物的距离信号，以保障代步器的移动安全。
作为对本发明所述的便携代步器紧急制动系统的进一步说明，优选地，速度信号采集器采用齿轮测速传感器，所述齿轮测速传感器与涡轮减速器电连接和信号连接，且所述齿轮测速传感器朝向行走齿轮设置。
通过上述技术方案，本发明设置齿轮测速传感器，以提高采集速度信号的精度。
作为对本发明所述的便携代步器紧急制动系统的进一步说明，优选地，中央控制单元与信号采集单元、人机交互单元和刹车制动单元通过CAN总线实现信号传输。
通过上述技术方案，本发明采用CAN总线实现各个单元之间的物理连接和信号传输，增强了信号传输的抗干扰能力。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用三个PLC子模块组成中央控制单元，并分别与信号采集单元、人机交互单元和刹车制动单元连接，既可以实现系统自动紧急制动，也可以实现乘坐人员手动紧急制动，且自动紧急制动与手动紧急制动的信号传输不受影响，保证了紧急制动系统的可靠性；
2、本发明利用信号采集单元采集代步器与障碍物的距离信号以及代步器的速度信号，并设置单独的两条信号传输线路，且距离信号和速度信号的传输和处理互不干扰，既可以在代步器移动遇到障碍物时进行紧急制动，也可以在代步器移动过程中进行紧急制动，保证了紧急制动系统的安全性；
3、本发明利用人机交互单元与中央控制单元之间的双向信号传输，实现人机信息交互，在代步器移动过程中，遇到障碍物可以及时提醒乘坐人员，保证了乘坐人员乘坐的安全性和舒适性，达到了代步器对于紧急制动系统的设计要求。
附图说明
图1为本发明的便携代步器紧急制动系统的结构示意图；
图2为本发明的信号采集单元的结构示意图；
图3为本发明的人机交互单元的结构示意图；
图4为本发明的便携代步器紧急制动系统适用的代步器的结构示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
实施例1：
如图1所示，图1为本发明的便携代步器紧急制动系统的结构框图。本发明提供一种便携代步器紧急制动系统，所述便携代步器紧急制动系统包括电源供给单元1、信号采集单元2、中央控制单元3、人机交互单元4和刹车制动单元5；其中，电源供给单元1通过三条供电线路分别向信号采集单元2、中央控制单元3和人机交互单元4提供稳压电源。中央控制单元3与信号采集单元2、人机交互单元4和刹车制动单元5通过CAN总线实现信号传输，以增强信号传输的抗干扰能力。
中央控制单元3包括PLC子模块Ⅰ31、PLC子模块Ⅱ32和PLC子模块Ⅲ33；其中，信号采集单元2采集代步器在移动过程中与障碍物之间的距离信号和代步器移动的速度信号，并转换为数字信号通过两个信号端口分别传输到中央控制单元3中的PLC子模块Ⅰ31进行信号处理。
PLC子模块Ⅰ31将处理的距离信号和速度信号输出至PLC子模块Ⅱ32和PLC子模块Ⅲ33，PLC子模块Ⅱ32与人机交互单元4双向信号连接，PLC子模块Ⅱ32用于输出显示信号和报警信号到人机交互单元4，以及接收和处理人机交互单元4的命令信号，且PLC子模块Ⅱ32与PLC子模块Ⅲ33电连接和信号连接，并PLC子模块Ⅱ32将命令信号输出至PLC子模块Ⅲ33；PLC子模块Ⅲ33与刹车制动单元5电连接和信号连接，且PLC子模块Ⅲ33输出控制信号至刹车制动单元5，用于控制刹车制动单元5紧急制动，本发明利用三个PLC子模块组成中央控制单元，并分别与信号采集单元、人机交互单元和刹车制动单元连接，既可以实现系统自动紧急制动，也可以实现乘坐人员手动紧急制动，且自动紧急制动与手动紧急制动的信号传输不受影响，保证了紧急制动系统的可靠性。
实施例2：
信号采集单元2采集代步器在移动过程中与障碍物之间的距离信号和代步器移动的速度信号，并转换为数字信号通过两个信号端口分别传输到PLC子模块Ⅰ31进行信号处理，既可以在代步器移动遇到障碍物时进行紧急制动，也可以在代步器移动过程中进行紧急制动，保证了紧急制动系统的安全性。
如图2所示，图2为本发明的信号采集单元的结构示意图；具体地，所述信号采集单元2设置单独的两条信号传输线路，距离信号采集器21与距离信号处理器22电连接和信号连接，距离信号处理器22与A\D转换电路Ⅰ23电连接，A\D转换电路Ⅰ23与信号输出端口Ⅰ24电连接，信号输出端口Ⅰ24与PLC子模块Ⅰ31电连接和信号连接，用于实现代步器与障碍物之间的距离信号的传输和处理；速度信号采集器25与速度信号处理器26电连接和信号连接，速度信号处理器26与A\D转换电路Ⅱ27电连接，A\D转换电路Ⅱ27与信号输出端口Ⅱ28电连接，信号输出端口Ⅱ28与PLC子模块Ⅰ31电连接和信号连接，用于实现代步器的速度信号的传输和处理；两条信号传输线路使得距离信号和速度信号的传输和处理互不干扰，进而保证了紧急制动系统的安全性。
因此，基于上述便携代步器紧急制动系统，本发明的紧急制动方法包括如下步骤：
1)由所述信号采集单元2的距离信号采集器21、距离信号处理器22、A\D转换电路Ⅰ23和信号输出端口Ⅰ24，产生便携代步器与障碍物之间的数字距离信号S；
2)由所述信号采集单元2的速度信号采集器25、速度信号处理器26、A\D转换电路Ⅱ27和信号输出端口Ⅱ28，产生便携代步器的数字速度信号U；
3)将数字距离信号S和数字速度信号U输入到中央控制单元3，由PLC子模块Ⅰ31进行处理，PLC子模块Ⅰ31中设置安全距离S1；
4)若S>S1，则返回步骤1；
5)若S<S1，则所述PLC子模块Ⅰ31输入处理结果至其他PLC子模块。
实施例3：
人机交互单元4用于接收中央控制单元3的显示信号和报警信号并给予乘坐人员提醒，以及传输命令信号至中央控制单元3，控制刹车制动单元5紧急制动。
如图3所示，图3为本发明的人机交互单元的结构示意图，人机交互单元与中央控制单元之间采用双向信号传输，具体地，所述人机交互单元4包括制动开关41、显示子单元42、命令输入子单元43和报警显示子单元44；其中，中央控制单元3的PLC子模块Ⅱ32的输出端分别与显示子单元42和报警显示子单元44电连接和信号连接，用于分别输出显示信号和报警信号到显示子单元42和报警显示子单元44，以提醒乘坐人员代步器移动中前方遇到障碍物；乘坐人员按下制动开关41，制动开关41与命令输入子单元43电连接和信号连接，并传输命令信号至命令输入子单元43进行处理，命令输入子单元43与PLC子模块Ⅱ32的输入端电连接和信号连接，用于输出命令信号到中央控制单元3，进一步控制刹车制动单元5紧急制动，实现人机信息交互，保证了乘坐人员乘坐的安全性和舒适性。
此外，基于上述便携代步器紧急制动系统，紧急制动以后，本发明的自恢复方法包括如下步骤：
1由乘坐人员对人机交互单元4的命令输入子单元43发出恢复指令，即再次按下制动开关41，所述人机交互单元4向中央控制单元3的PLC子模块Ⅱ32输入命令信号；
2所述中央控制单元3的PLC子模块Ⅱ32对命令信号进行处理，处理结果输入至其他PLC子模块，进而控制刹车制动单元5；解除制动，同时，所述人机交互单元4的报警显示子单元44停止工作。
实施例4：
图4为本发明的便携代步器紧急制动系统适用的代步器的结构示意图；代步器由沿楼梯方向设置的导轨，导轨上设置行走齿排和滑轨；有供乘坐人员乘坐的乘坐椅(图中未显示)；使乘坐椅在导轨上移动的行走滑板，行走滑板与滑轨滑动连接，行走滑板前侧安装乘坐椅；以及控制行走滑板移动和制动的刹车制动单元5，刹车制动单元5包括伺服控制器、伺服电机51、涡轮减速器52和行走齿轮53，伺服电机51的输入端与伺服控制器电连接和信号连接，用于接收伺服控制器的控制信号，伺服电机51的输出端与涡轮减速器52轴连接，涡轮减速器52通过行走齿轮53与代步器的行走齿排啮合连接，伺服电机51启动时，行走齿轮53转动从而在行走齿排上移动，伺服电机51停止时，行走齿轮53停止转动从而与行走齿排上啮合制动，由于伺服电机配上涡轮减速机增强了行走的扭矩，以及涡轮减速机自带自锁的特性，在紧急制动时，不会产生乘坐机构自动下滑的危险大大提高了安全性。
由于采用伺服电机配上涡轮减速机对代步器进行移动和制动的控制，因此，速度信号采集器25采用齿轮测速传感器，所述齿轮测速传感器与涡轮减速器52电连接和信号连接，且所述齿轮测速传感器朝向行走齿轮53设置，齿轮测速传感器检测走齿轮53的转动速度作为代步器移动的速度信号，以提高采集速度信号的精度。
另外，距离信号采集器一般设置在乘坐椅的两侧，具体地，距离信号采集器21采用超声波传感器，两个所述超声波传感器分别设置于代步器的安全踏板两侧且分别朝向楼梯上行方向和下行方向，无论是代步器在上楼移动还是下楼移动，都能够采集到与障碍物的距离信号，以保障代步器的移动安全。
因此，本发明提供了一种便携代步器紧急制动系统，所述紧急制动系统包括电源供给单元、信号采集单元、中央控制单元、人机交互单元、刹车制动单元；此设计利用电源供给单元为整个系统提供稳定的电源；利用信号采集单元采集车距信号和速度信号，并转换为数字信号传输到中央控制单元；利用三个PLC子模块组成中央控制单元，进行相关程序运算并控制刹车制动单元动作；利用人机交互单元与中央控制单元之间的双向信号传输，实现人机信息交互；利用刹车制动单元按照中央控制单元的控制信号进行机械制动，刹车制动单元包括伺服控制器和伺服电机。本发明的一种便携代步器紧急制动系统，不仅保证了紧急制动系统的可靠性，还可以通过制动时的匀减速实现乘坐的安全性和舒适性，达到了代步器对于紧急制动系统的设计要求。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种便携代步器紧急制动系统，其特征在于，所述便携代步器紧急制动系统包括电源供给单元(1)、信号采集单元(2)、中央控制单元(3)、人机交互单元(4)和刹车制动单元(5)；其中，
电源供给单元(1)通过三条供电线路分别与信号采集单元(2)、中央控制单元(3)和人机交互单元(4)电连接，用于提供稳压电源；
中央控制单元(3)包括PLC子模块Ⅰ(31)、PLC子模块Ⅱ(32)和PLC子模块Ⅲ(33)；其中，
信号采集单元(2)通过两个信号端口与PLC子模块Ⅰ(31)电连接和信号连接，且信号采集单元(2)采集代步器与障碍物之间的距离信号和代步器移动的速度信号，并输出到PLC子模块Ⅰ(31)中进行信号处理；
PLC子模块Ⅰ(31)分别与PLC子模块Ⅱ(32)和PLC子模块Ⅲ(33)电连接和信号连接，且PLC子模块Ⅱ(32)与PLC子模块Ⅲ(33)电连接和信号连接；PLC子模块Ⅱ(32)与人机交互单元(4)双向信号连接，PLC子模块Ⅱ(32)输出显示信号和报警信号到人机交互单元(4)，以及接收和处理人机交互单元(4)的命令信号；
PLC子模块Ⅲ(33)与刹车制动单元(5)电连接和信号连接，且PLC子模块Ⅲ(33)输出控制信号至刹车制动单元(5)，用于控制刹车制动单元(5)紧急制动。
2.如权利要求1所述的便携代步器紧急制动系统，其特征在于，所述信号采集单元(2)包括距离信号采集器(21)、距离信号处理器(22)、A\D转换电路Ⅰ(23)、信号输出端口Ⅰ(24)、速度信号采集器(25)、速度信号处理器(26)、A\D转换电路Ⅱ(27)和信号输出端口Ⅱ(28)；其中，
距离信号采集器(21)与距离信号处理器(22)电连接和信号连接，距离信号处理器(22)与A\D转换电路Ⅰ(23)电连接，A\D转换电路Ⅰ(23)与信号输出端口Ⅰ(24)电连接，用于实现代步器与障碍物之间的距离信号的传输和处理；
速度信号采集器(25)与速度信号处理器(26)电连接和信号连接，速度信号处理器(26)与A\D转换电路Ⅱ(27)电连接，A\D转换电路Ⅱ(27)与信号输出端口Ⅱ(28)电连接，用于实现代步器的速度信号的传输和处理；
信号输出端口Ⅰ(24)和信号输出端口Ⅱ(28)与PLC子模块Ⅰ(31)电连接和信号连接。
3.如权利要求1所述的便携代步器紧急制动系统，其特征在于，所述人机交互单元(4)包括制动开关(41)、显示子单元(42)、命令输入子单元(43)和报警显示子单元(44)；其中，
PLC子模块Ⅱ(32)的输出端分别与显示子单元(42)和报警显示子单元(44)电连接和信号连接，分别输出显示信号和报警信号到显示子单元(42)和报警显示子单元(44)；
制动开关(41)与命令输入子单元(43)电连接和信号连接，命令输入子单元(43)与PLC子模块Ⅱ(32)的输入端电连接和信号连接，输出命令信号到中央控制单元(3)。
4.如权利要求2所述的便携代步器紧急制动系统，其特征在于，距离信号采集器(21)采用超声波传感器，两个所述超声波传感器分别设置于代步器的安全踏板两侧且分别朝向楼梯上行方向和下行方向。
5.如权利要求2所述的便携代步器紧急制动系统，其特征在于，速度信号采集器(25)采用齿轮测速传感器，所述齿轮测速传感器与涡轮减速器(52)电连接和信号连接，且所述齿轮测速传感器朝向行走齿轮(53)设置。
6.如权利要求1所述的便携代步器紧急制动系统，其特征在于，中央控制单元(3)与信号采集单元(2)、人机交互单元(4)和刹车制动单元(5)通过CAN总线实现信号传输。
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