CN109223461B - 智能助行器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能助行器控制系统，包括主控制器、驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、无线控制模块和辅助模块，其中：主控制器分别与驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、辅助模块和无线控制模块连接；所述电源管理模块根据人体状态决定是否向控制系统上电。本发明能够有效改善助行器使用者的步行姿态和日常生活状况，给他们带来一种全新的、安全的生活方式，有利于提高他们的康复水平和使用助行器出行的舒适度。

Description

智能助行器控制系统

技术领域

本发明涉及一种智能助行器控制系统，尤其是涉及一种帮助老年人以及行走功能障碍的患者行走的助行器控制系统及助行器，其属于康复辅助器具和移动助行技术领域。

背景技术

对于下肢站立和行走能力较弱的残疾人和老人来说，在日常生活中，当他们需要助行器来解决出行和康复的需要时，传统的助行器不能感应到人体的是否站在安全、正确的位置上，更不能检测人体步行姿态，也不能判断所处环境的路况，给使用助行器的人带来安全隐患。本发明针对上述问题，提供了一种智能助行器控制系统，用于助行器的使用者在正确坐姿状态下启动助行器，安全正常行驶，在使用中检测人体步行姿态，用被动模式和主动模式训练使用者行走。使用者在操作助行器时，遇到上下坡路况时，该系统能够根据坡道坡度控制助行器加速或减速。能够有效改善助行器使用者的步行姿态和日常生活状况，给他们带来一种全新的、安全的生活方式，有利于提高他们的康复水平和使用助行器出行的舒适度。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种智能助行器控制系统，包括主控制器、驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、无线控制模块和辅助模块，其中：主控制器分别与驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、辅助模块连接；主控制器与无线控制模块无线连接；所述电源管理模块根据人体状态决定是否向驱动装置上电。

所述的控制系统，其中：驱动装置包括第一驱动器、第二驱动器、左电机、右电机和霍尔传感器；安全传感器模块包括位置传感器、倾斜传感器和压力传感器；电源管理模块包括电池、电压转换电路和电源自启动装置，自启动装置作为电源开关，处于常开状态，以断开电源供电，当位置传感器检测到人体处于正确位置和姿态后，再判断安全传感器模块的压力传感器是否受到压力后，如果受到压力，此时自启动装置开关闭合，电源接通，驱动装置处于上电状态。

所述的控制系统，其中：控制系统上电后，安全传感器将智能助行器使用者的位置信息实时发送给主控制器，主控制器先根据接收到的位置信息判断使用者是否处于安全位置，如果处于安全位置，主控制器再继续判断左、右扶手压力，如果左、右扶手的压力都大于零，主控制器控制电源管理模块的自启动装置向助行器的驱动装置供电；如果判断使用者未处于安全位置，则主控制器控制电源管理模块的自启动装置不向助行器的驱动装置供电，同时主控制器控制辅助模块中的显示模块和报警装置发出未处于安全位置的报警信号。

所述的控制系统，其中：位置传感器包括1个红外探测传感器和3个超声波传感器，其中第一超声波传感器和第二超声波传感器分别设置在助行器左右扶手下方；第三超声波传感器和红外探测传感器设置在助行器座垫前端中央的位置。

所述的控制系统，其中：主控制器对安全位置的判断，是通过对1个红外探测传感器和3个超声波传感器检测到的信息进行综合判定而进行的，即，当红外探测传感器检测到助行器扶手前有人体活动，并且第一超声波传感器和第二超声波传感器分别检测到距离人体髋部的范围在第一预定范围之内，并且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在第二预定范围之内时，主控制器判断人体处于助行器的安全位置，此时主控制器启动智能助行器。

所述的控制系统，其中：安全传感器模块还包括压力传感器，所述压力传感器分别设置在助行器的左手扶手和右手扶手，用于检测使用者手扶助行器的压力，并将检测到的压力数值实时传输给主控制器，主控制器根据接收到的压力数值决定是否启动助行器、提高或降低助行器行走速度和报警。

所述的控制系统，其中：当位置传感器判断人体在助行器的安全位置，并且压力传感器检测到使用者双手扶着助行器左右扶手的压力时，主控制器给自启动装置发送控制信号，自启动装置开关闭合，电源管理模块开始给助行器驱动装置的第一驱动器和第二驱动器供电，左、右电机开始启动。

所述的控制系统，其中：在被动模式下的初始状态，使用者手握助行器的扶手，产生压力，此时助行器向前行走，驱动装置的霍尔传感器向主控制器反馈左右电机运行情况，扶手上的压力传感器记录人手的压力，主控制器判断初始状态下哪只手的压力大并实时检测初始压力大的手的压力值，如果该压力值逐渐减小，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐减小直至停止；当该压力值逐渐增大，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐增加，此时助行器的安全传感器模块对人体距离和姿态进行判断，如果人体处于安全位置，控制器控制助行器速度继续增加，直至速度达到安全运行的最大速度；如果人体处于不安全的位置，则主控制器控制助行器的速度逐渐减小，直至人体处于安全位置。

所述的控制系统，其中：安全传感器模块还包括倾斜传感器，由倾斜传感器判断助行器是否为上下坡，上坡时主控器控制助行器加速，下坡时主控制器控制助行器减速。

所述的控制系统，其中：助行器起、停时，主控制器通过缓冲的方式控制助行器的速度改变。

所述的控制系统，其中：在主动模式下，主控制器根据人左、右手对左、右扶手的压力的检测值控制助行器进行拐弯。

所述的控制系统，其中：主控制器对助行器转弯角度判断方式如下：设助行器两个扶手之间的距离为H，将人体作用在左右扶手上的压力值换算成等效距离数值；设拐弯判断模型为对称的四边形，两底边为压力等效距离，高为两个扶手间的距离H，设定上底和下底的长度分别为a和b，上底代表左手压力，下底代表右手压力，如果a≠b，则模型为等腰梯形，计算梯形的腰与上底之间的夹角φ，当φ大于0时，主控制器控制助行器向左转弯；当φ小于0时，主控制器控制助行器向右转弯。

所述的控制系统，其中：辅助模块包括感应手闸、人体信息传感器和显示模块，使用者通过控制辅助模块中的感应手闸，调整助行器左右电机的速度，辅助模块通过扶手上的人体信息传感器检测使用者心率并发送给主控制器，显示模块显示使用者心率、路况信息和速度信息。

所述的控制系统，其中：安全传感器模块包括倾斜传感器，倾斜传感器安装在智能助行器主框架内，相对于助行器重心所在垂线平行，在助行器前倾、后倾、左侧倾和右侧倾4个方向运动，将测得的助行器重心垂线的变化量实时传输给主控制器。

所述的控制系统，其中：当助行器在平地时，倾斜传感器测量助行器重心垂线的数值为(0，0)，当助行器上、下坡、左侧倾和右侧倾时，倾斜传感器测量助行器重心垂线的二维数值为(x，y)，将测得的二维数值划分为4个象限的坐标系，x＞0代表上坡，x＜0代表下坡，y＞0代表左侧倾，y＜0代表右侧倾，系统预设最大极限阈值，上下坡最大极限阈值为X和-X，左右倾倒最大极限阈值为Y和-Y。

所述的控制系统，其中：主控制器实时将倾斜传感器检测的助行器重心垂线的上下坡数值与预设的上下坡最大极限阈值进行比较，当倾斜传感器测量助行器重心垂线的绝对值大于预设上下坡最大极限阈值的绝对值时，主控制器控制辅助模块的显示模块和报警模块发出报警信号，提示坡度危险，且主控制器向驱动装置发出停止信号，电机停止。

所述的控制系统，其中：主控制器实时将倾斜传感器检测的助行器重心垂线的左右倾斜数值与预设的左右倾倒最大极限阈值进行比较，当倾斜传感器测量助行器重心垂线的绝对值大于预设左右倾倒最大极限阈值的绝对值时，主控制器控制辅助模块的显示模块和报警模块发出报警信号，提示有倾倒危险，且主控制器向驱动装置发出停止信号，电机停止运转。

所述的控制系统，其中：使用者操作无线控制模块时，按下按键后，相应的按键信息指令通过无线通信的方式发送给主控制器，主控制器根据相应的信息控制驱动装置，以控制左右电机启动或关闭，或者控制电机正反转，以实现助行器前后行驶。

所述的控制系统，其中：助行器在运动中，当主控制器判断出现人体不在安全位置和不正确姿态的情况下，主控制器控制助行器的速度逐渐减小，直至助行器速度为0，当助行器已经停止时，人体仍然没有处于安全位置和正确的姿态，此时主控制器判断人体位置，如果第一超声波传感器和第二超声波传感器的至少一个检测到距离人体髋部的范围小于25cm，和/或第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器小于55cm，则主控制器向驱动装置发出信号，控制驱动器1和驱动器2使左、右电机继续向前运动，直至第一超声波传感器和第二超声波传感器检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在55cm时停止跟随状态；如果第一超声波传感器和第二超声波传感器的至少一个检测到距离人体髋部的范围大于45cm，和/或第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器大于75cm，则主控制器向驱动装置发出信号，控制驱动器1和驱动器2使左、右电机相对助行器停止前的反方向运动，直至第一超声波传感器和第二超声波传感器检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在小于75cm时停止跟随状态。

所述的控制系统，其中：主控制器的定时器按时间段实时记录助行器的速度，转弯时当助行器的速度超过预定速度值时，主控制器使助行器减速并且转弯。

所述的控制系统，其中：主控制器定时扫描检测压力传感器的数值变化，如果发现压力变化幅度过大，判断为异常情况，主控制器不对助行器进行转弯。

所述的控制系统，其中：主控器判断预定时间范围内的转角φ的变化量，如果变化量超过预定数值，主控制器不再响应该转弯指令，不对助行器进行转弯。

一种智能助行器，包括如上之一所述的控制系统。

附图说明

图1为智能助行器控制系统结构示意图；

图2为智能助行器转弯角度计算模型等效图；

图3为智能助行器上下坡、左右倾倒设定安全区域的示意图；

图4为位置传感器设置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的智能助行器控制系统包括：主控制器、驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、无线控制模块和辅助模块。其中主控制器分别与驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、辅助模块和无线控制模块连接，电源管理模块为控制系统提供电源。

驱动装置包括驱动器1、驱动器2、左电机、右电机和霍尔传感器；安全传感器模块包括位置传感器、倾斜传感器和压力传感器；电源管理模块包括电池、电压转换电路和电源自启动装置，主控制器和各个传感器模块的电源由电压转换电路提供，自启动装置作为电源开关，处于常开状态，以断开驱动装置的电源供电，当位置传感器检测到人体处于正确位置和姿态，主控制器再判断安全传感器模块的压力传感器是否受到压力，如果受到压力，主控制器控制自启动装置开关闭合，电源接通，智能助行器的驱动装置处于上电状态。

具体控制过程如下；控制系统上电后，位置传感器将智能助行器使用者的位置信息实时发送给主控制器，主控制器先根据接收到的位置信息判断使用者是否处于安全位置，如果处于安全位置，主控制器再继续判断助行器扶手压力；如果判断使用者未处于安全位置，则主控制器控制电源管理模块的自启动装置不向助行器的驱动装置供电，同时主控制器控制辅助模块中的显示模块和报警装置发出未处于安全位置的报警信号。

如图4所示，位置传感器包括1个红外探测传感器和3个超声波传感器，其中第一超声波传感器和第二超声波传感器分别设置在助行器左右扶手下方，且使用者的手握住扶手后不会影响到超声波传感器检测人体髋部，安全距离为距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间。上述设置的基本原因是人体在步行中，腿部前后摆动，不利于检测距离，人体髋部相对助行器的距离较稳定，而且髋部姿态也是步行姿态的一个重要的参考，且根据临床经验很多需要步行辅助的患者有甩髋行走的现象，为了矫正步行姿态，采用超声波传感器检测人体髋部，将距离人体髋部的范围设定在25cm-45cm之间。

第三超声波传感器和红外探测传感器设置在助行器座垫前端中央的位置，用于探测人体，并且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器前端的距离在55cm-75cm之间为安全距离。红外探测传感器检测到助行器扶手前有人体活动，向主控制器发送电信号。采用这一设置主要是考虑到人体在步行中躯干部的姿态影响步行效率和重心，如果人体躯干部的姿态不正确而含胸驼背，不但使人体的步态发生变化，而且会使人的手扶着助行器的压力变大，影响助行器扶手压力的检测；更重要的是，人体步行姿态重心长期在助行器上，就使人完全依赖助行器，不利于人的独立行走以及完全康复。因此将第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器前端的距离在55cm-75cm之间设为合理的距离。

主控制器对安全位置和正确姿态的判断，是通过对1个红外探测传感器和3个超声波传感器检测到的信息进行综合判定而进行的，即，当红外探测传感器检测到助行器扶手前有人体活动，并且第一超声波传感器和第二超声波传感器分别检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，并且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在55cm-75cm之间时，判断人体处于助行器的安全位置，此时可以启动智能助行器的电源自启动装置。

主控制器对助行器扶手压力的判断通过以下方式进行：安全传感器模块还包括压力传感器，所述压力传感器分别设置在助行器的两个区域：左手扶手和右手扶手，用于检测使用者手扶助行器的压力，并将检测到的压力数值实时传输给主控制器，主控制器根据接收到的压力数值决定是否启动助行器、提高或降低助行器行走速度和报警

当位置传感器判断人体在助行器的安全位置，并且压力传感器检测到使用者双手扶助行器的压力时，主控制器给自启动装置发送控制信号，自启动装置开关闭合，电源管理模块开始给助行器驱动装置的驱动器1、2供电，左、右电机开始启动。一般而言，当主控制器接收到的左、右扶手压力值均大于零时，主控制器才启动助行器，即主控制器控制自启动装置开关闭合，电源接通，智能助行器的驱动装置处于上电状态，助行器开始移动。否则，主控制器认为这种手扶属于误操作，不启动助行器。

本发明根据使用者施加扶手的压力调整助力方式，将助力模式分别设为被动助力模式和主动助力模式。在被动模式下，主控制器限制助行器不能拐弯，助行器的速度根据使用者施加扶手的压力和路况(平地、上坡或下坡)自动调节速度，带动使用者以行走。主动模式下，主控制器允许助行器可以拐弯。

在被动模式下，初始情况时，使用者手握住助行器的扶手，产生压力，此时助行器向前行走，驱动装置的霍尔传感器向主控制器反馈左右电机的运动速度等情况，扶手上的压力传感器记录人手的压力，此时设定左扶手压力为A10，右扶手压力为A20，其中设定A10和A20两个数值中最大的一个为A0，即初始情况下设定被动模式下人推动助行器压力为A0，检测初始压力大的手的压力值A0，如果压力A0逐渐减小，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐减小直至停止；当压力A0逐渐增大，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐增加，此时助行器的安全传感器模块要对人体距离和姿态进行判断，判断标准为安全位置的判断(即为1个红外探测传感器和3个超声波传感器检测到信息综合判定，当红外探测传感器检测到助行器扶手前有人体活动，并且第一超声波传感器和第二超声波传感器分别检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，并且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在55cm-75cm之间时，判断人体处于助行器的安全位置。)如果人体处于安全位置，助行器判断人体可以很好的跟随，则助行器速度继续增加，直至速度达到安全运行的最大速度，例如5公里/小时；如果人体处于不安全的位置，和/或红外探测传感器检测到助行器扶手前无人体活动，和/或第一超声波传感器和第二超声波传感器中的至少一个检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之外，和/或第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在55cm-75cm的范围之外时，则助行器的主控制器判断人体不能跟随，主控制器控制助行器的速度逐渐减小，直至人体处于安全位置和正确姿态。

助行器在主动模式和被动模式下都设有跟随状态，即：助行器在运动中，当主控制器判断出现人体不在安全位置和不正确姿态的情况下，主控制器控制助行器的速度逐渐减小，直至助行器速度为0，当助行器已经停止时，人体仍然没有处于安全位置和正确的姿态，此时主控制器判断人体位置，如果第一超声波传感器和第二超声波传感器的至少一个检测到距离人体髋部的范围小于25cm，和/或第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器小于55cm，则主控制器向驱动装置发出信号，控制驱动器1和驱动器2使左、右电机继续向前运动，直至第一超声波传感器和第二超声波传感器检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在55cm时停止跟随状态，即主控制器不再主动调节助行器的速度。同样，如果第一超声波传感器和第二超声波传感器的至少一个检测到距离人体髋部的范围大于45cm，和/或第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器大于75cm，则主控制器向驱动装置发出信号，控制驱动器1和驱动器2使左、右电机相对助行器停止前的反方向运动，直至第一超声波传感器和第二超声波传感器检测到距离人体髋部的范围在25cm-45cm之间，且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在小于75cm时停止跟随状态。

上下坡的情况，由倾斜传感器判断助行器是否为上下坡，上坡为助力加速，下坡为助力减速。速度大小的调节仍然要判断人体的安全位置，安全位置的判断与上相同，且当人体不处于安全位置时，主控制器控制助行器减速。标准的无障碍通道的上下坡的坡度为室内1∶8，室外1∶10，且坡度固定不变，对检测人体相对助行器的位置影响不大，因此在上下坡的状态判断人体的安全位置用平地判断人体安全位置的方法。

本发明对助行器起停提供缓冲(速度不会立即为0，逐步递增或递减，加减速的缓冲速率为速度从5公里/小时减为0的时间为5秒)。被动助力模式更加注重扭矩输出，增强助行器的动力性。助行器在使用过程中，安全传感器模块通过倾斜传感器实时监测平衡状态(即检测上下坡、左右倾倒状态)，并将状态信息发送给主控制器，在助行器出现上下坡、左右倾倒状态趋势前助行器减速，避免出现助行器速度过快，使用者行走跟不上助行器的情况和助行器速度过慢，使用者绊倒的情况。

在主动模式下，使用者自身行走条件更能适应助行器，使用者主动发力控制助行器的速度，即助行器行走助力的速度根据使用者推动助行器时，人体作用在助行器扶手上产生压力的大小进行调节；同样具有上坡增加助力，下坡增加阻尼，且在主动模式下，主控制器能够根据人左、右手对左、右扶手的压力的检测值允许助行器进行拐弯，为患者提供拐弯行走的训练。

如图2为主动模式下智能助行器转弯角度计算模型等效图；

主控制器对助行器转弯角度判断如下：如图2所示，设助行器两个扶手之间的距离为H，人体作用在左扶手上压力传感器1上的压力值为F1，人体作用在右扶手上压力传感器2上的压力值为F2，为了方便建立人体压力和距离的模型，将左右扶手上的压力的数值换算成等效距离数值(例如，使用者施加于扶手上压力数值为20N，传感器显示的相对电压信号为0.2V，距离等效数值为0.2m；为了便于计算，左右扶手上的压力等效数值可以同比例放大和缩小)。也就是，设模型为对称的四边形，两底边为压力等效距离，高为两个扶手间的距离H，设定上底和下底的长度分别为a和b，上底代表左手压力，下底代表右手压力，如果a≠b，则模型为等腰梯形，如图2所示，会产生一个腰与上底之间的夹角φ(-90＜φ＜90)，φ＝arctan[(b-a)/2H]。当φ大于0时，主控制器控制助行器向左转弯趋势；当φ小于0时，主控制器控制助行器向右转弯趋势；由于使用者推动助行器行走速度慢，身体迈步前进时会左右晃动，对计算出的角度φ会产生一定的影响，为了消除助行器左右晃动的误差，防止控制系统误判断转弯，设定一个转弯阈值φ₀(例如φ₀＝5°)，即当φ大于φ₀时，主控制器控制驱动装置，右电机相对于左电机转速升高，使助行器向左转；当φ小于-φ₀时，主控制器控制驱动装置，左电机相对于右电机转速升高，使助行器向右转。

进一步的，为了安全起见，转弯时助行器速度的大小按如下方式设定：设主控制器的定时器按时间段实时记录助行器的速度，根据计算出φ的角度值和助行器前行一时间段的速度调整左右电机的相对速度，当助行器速度超过设定值(例如4.5公里/小时)时，则使助行器减速并且转弯。转弯模式下，更加注重细分更宽的转速区间获得更好跟随性和转弯安全性，因为使用者推助行器的速度很慢，助行器不会出现急转弯的情况，例如转弯不会出现突变，如果出现转弯角度异常增加的情况。为了安全不能让助行器以较大的转弯角度转弯，因此设定最大转弯角度为45°以确保转弯安全。另外，由于人的反应速度一般是在0.1秒以上，因此主控制器的定时器按0.1秒的周期定时扫描检测压力传感器的数值变化，如果发现压力变化幅度过大，判断为异常情况。因为人做出需要转弯的指令到手控制压力传感器执行转弯的动作，一般条件下需要的最快反应时间为0.1～0.5s。因此，异常情况包括，可在预定时间范围内(可在0.1s-0.5s的范围内根据需要选择)，判定φ的变化量，如果在该预定时间范围内φ突变±45°以上时，属于人体对助行器的压力的误操作，主控制器不再响应该转弯指令，不进行助行器转弯。通过这种转弯安全控制措施可将异常情况排除。

辅助模块包括感应手闸、人体信息传感器和显示模块，使用者通过控制辅助模块中的感应手闸，调整助行器左右电机的速度，辅助模块通过扶手上的人体信息传感器检测使用者心率并发送给主控制器，显示模块显示使用者心率、路况信息(上坡、下坡等)和速度信息。通过本发明的智能助行器控制系统，提高了使用者的使用安全性以及方便程度。

图3为智能助行器上下坡、左右倾倒设定安全区域的示意图本发明还能够对助行器处于上下坡和左右倾倒的情况进行检测识别。上下坡和左右倾倒的检测是由倾斜传感器完成的，倾斜传感器安装在智能助行器主框架内，相对于助行器重心所在垂线平行，在助行器前倾、后倾、左侧倾和右侧倾4个方向运动，将测得的助行器重心垂线的变化量实时传输给主控制器。当助行器在平地时，倾斜传感器测量助行器重心垂线的数值为(0，0)，当助行器上、下坡、左侧倾和右侧倾时，倾斜传感器测量助行器重心垂线的数值有变化，设二维数值为(x，y)，将测得的二维数值划分为4个象限的坐标系，x＞0代表上坡，x＜0代表下坡，y＞0代表左侧倾，y＜0代表右侧倾，系统预设最大极限阈值，上下坡最大极限阈值为X和-X，左右倾倒最大极限阈值为Y和-Y。

主控制器实时将倾斜传感器检测的助行器重心垂线的上下坡数值即±x数值与预设的上下坡最大极限阈值(X和-X)进行比较，当倾斜传感器测量助行器重心垂线的绝对值大于预设上下坡最大极限阈值时，主控制器控制辅助模块的显示模块和报警模块发出报警信号，提示坡度危险，助行器必须停止并且主控制器向驱动装置发出停止信号，电机停止。主控制器判断助行器处于下坡，此时主控制器控制驱动装置的驱动电机减速转动，降低助行器转速，提高安全性；主控制器判断助行器处于上坡，此时主控制器控制驱动装置的驱动电机加速转动，提高助行器转速，利于爬坡。

主控制器实时将倾斜传感器检测的助行器重心垂线的左右倾斜数值即±y数值与预设的左右倾倒最大极限阈值(Y和-Y)进行比较，当倾斜传感器测量助行器重心垂线的数值大于预设左右倾倒最大极限阈值时，主控制器控制辅助模块的显示模块和报警模块发出报警信号，提示有倾倒危险，助行器必须停止并且主控制器向驱动装置发出停止信号，电机停止运转。主控制器根据上下坡、左右倾倒最大极限阈值在坐标系中的重合区域，得出图中阴影区域为助行器安全行驶区域，在此区域内，主控制器不对助行器的运行进行如上所述的控制。

无线控制模块，是用于使用者佩戴的无线控制装置，通过蓝牙控制助行器驱动装置，控制左、右电机的向前或向后运动，使用者可以在距离助行器较远(可看到)时，控制助行器向使用者靠近，使用者可以不用独立行走便能将助行器放置于可控制的范围内，以便于随时使用助行器行走；也可以在助行器上休息时操作助行器缓慢行走，代替轮椅使用。使用者佩戴的无线控制装置上有5个按键，包括开关按键、左电机选择按键、右电机选择按键、前进按键、后退按键。开关按键是用于打开或关闭无线控制装置；左电机选择按键是用于选择左电机开启或关闭，右电机选择按键用于选择左电机开启或关闭，左电机选择按键和右电机选择按键可以同时开启，也可以单独选择开启；前进按键用于控制电机正转，使电机带动助行器向前行驶；后退按键用于控制电机反转，使电机带动助行器向后行驶。使用者操作无线控制模块时，按下按键后，相应的按键信息指令通过无线通信的方式发送给主控制器，主控制器根据相应的信息控制驱动装置，以控制左右电机启动或关闭，或者控制电机正反转，以实现助行器前后行驶。

该装置可以实时记录和保存助行器的运动状态，包括每次使用的人体的姿态数据、步行里程和速度、助行器运动模式、路况等，通过WiFi可以将助行器使用者的这些数据上传到云端，用于后续分析助行器的使用情况，方便开发APP软件，为助行器使用者提供助行指导。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种智能助行器控制系统，包括主控制器、驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、无线控制模块和辅助模块，其特征在于：主控制器分别与驱动装置、安全传感器模块、电源管理模块、辅助模块连接；主控制器与无线控制模块无线连接；所述电源管理模块根据人体状态决定是否向驱动装置上电；位置传感器包括1个红外探测传感器和3个超声波传感器，其中第一超声波传感器和第二超声波传感器分别设置在助行器左右扶手下方；第三超声波传感器和红外探测传感器设置在助行器座垫前端中央的位置；主控制器对安全位置的判断，是通过对1个红外探测传感器和3个超声波传感器检测到的信息进行综合判定而进行的，即，当红外探测传感器检测到助行器扶手前有人体活动，并且第一超声波传感器和第二超声波传感器分别检测到距离人体髋部的范围在第一预定范围之内，并且第三超声波传感器探测到人体躯干距离助行器在第二预定范围之内时，主控制器判断人体处于助行器的安全位置，此时主控制器启动智能助行器；安全传感器模块还包括压力传感器，所述压力传感器分别设置在助行器的左手扶手和右手扶手，用于检测使用者手扶助行器的压力，并将检测到的

压力数值实时传输给主控制器，主控制器根据接收到的压力数值决定是否启动助行器：当位置传感器判断人体在助行器的安全位置，并且压力传感器检测到使用者双手扶着助行器左右扶手的压力时，即当主控制器接收到的左、右扶手压力值均大于零时主控制器给自启动装置发送控制信号，自启动装置开关闭合，电源管理模块开始给助行器驱动装置的第一驱动器和第二驱动器供电，左、右电机开始启动；所述控制系统的工作包括被动模式和主动模式，在被动模式下，主控制器限制助行器不能拐弯；主动模式下，主控制器允许助行器可以拐弯；所述的控制系统，在被动模式下的初始状态，使用者手握助行器的扶手，产生压力，此时助行器向前行走，驱动装置的霍尔传感器向主控制器反馈左右电机运行情况，扶手上的压力传感器记录人手的压力，主控制器判断初始状态下哪只手的压力大并实时检测初始压力大的手的压力值，如果该压力值逐渐减小，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐减小直至停止；当该压力值逐渐增大，则主控制器控制助行器速度也跟随逐渐增加，此时助行器的安全传感器模块对人体距离和姿态进行判断，如果人体处于安全位置，控制器控制助行器速度继续增加，直至速度达到安全运行的最大速度；如果人体处于不安全的位置，则主控制器控制助行器的速度逐渐减小，直至人体处于安全位置；所述的控制系统，在主动模式下，主控制器根据人左、右手对左、右扶手的压力的检测值控制助行器进行拐弯，其中：主控制器对助行器转弯角度判断方式如下：设助行器两个扶手之间的距离为H，将人体作用在左右扶手上的压力值换算成等效距离数值；设拐弯判断模型为对称的四边形，两底边为压力等效距离，高为两个扶手间的距离H，设定上底和下底的长度分别为a和b，上底代表左手压力，下底代表右手压力，如果a≠b，则模型为等腰梯形，计算梯形的腰与高之间的夹角φ，φ=arctan[(b-a)/2H]，当φ大于0时，主控制器控制助行器向左转弯；当φ小于0时，主控制器控制助行器向右转弯。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：驱动装置包括第一驱动器、第二驱动器、左电机、右电机和霍尔传感器；安全传感器模块包括位置传感器、倾斜传感器和压力传感器；电源管理模块包括电池、电压转换电路和电源自启动装置。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：辅助模块包括感应手闸、人体信息传感器和显示模块。

4.一种智能助行器，其特征在于包括权利要求1-3之一所述的控制系统。

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