CN109330784B - 可全方位运动的电动轮椅装置及运动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可全方位运动的电动轮椅装置及运动控制方法。本发明在结构上包含：座椅、底架、两侧驱动单元、底部驱动单元、螺旋传动机构等组件。基于单排全向轮的特点，本发明通过将普通车轮替换为单排大全向轮的方式实现轮椅装置的全方位运动，同时，为了实现轮椅装置的自转运动，在底架中空内部安装底部驱动单元。两侧驱动单元包括安装于底架两侧对称分布的单排大全向轮；底部驱动单元由圆周均布分布的三个单排小全向轮所构成，三个单排小全向轮的速度可以合成为平面上任意方向的速度矢量，单排大(小)全向轮的结构主要由轮毂、大节轮、小节轮、轴套所组成。本发明可通过两侧驱动单元与底部驱动单元的相互作用实现轮椅装置的全方位运动。

Description

可全方位运动的电动轮椅装置及运动控制方法
技术领域
本发明涉及一种行走助力装置，具体为一种可全方位运动的电动轮椅装置及运动控制方法。
背景技术
轮椅装置是常见的行走助力装置，可以用在医疗、运输等领域当中。常见的轮椅装置主要分为手动轮椅装置以及电动轮椅装置这两大类。
现有的轮椅装置大多数采用普通的车轮作为其行走轮，比如公开号为CN207506707U的专利提出的轮椅装置，就单个车轮而言，它可以实现轮子的前后滚动，但无法实现轮子的左右自主移动。因此其限制了车轮的横向运动能力。
麦克纳姆轮也可作为轮椅装置的行走轮，比如公开号为CN108478348A的专利提出的轮椅装置，但由于麦克纳姆轮不平滑的特点，该轮椅装置在行走过程中容易产生振动，不利于轮椅装置的平稳运行。
单排全向轮是轮式行走机构的基本元件，其结构继承了双排全向轮的特点，并且相比于双排全向轮来说，其结构更加平滑，滚动时不易产生振动；由于其结构的特殊性，单排全向轮具有横向、纵向移动的能力，被广泛应用于手推车、四轮小车等领域。
发明内容
本发明基于全向轮的特点提出了一种可全方位运动的电动轮椅装置及运动控制方法。
本发明可全方位运动的电动轮椅装置，其技术方案包括座椅、底架、两侧驱动单元、底部驱动单元以及螺旋传动机构，所不同的是所述两侧驱动单元包括安装于底架两侧对称分布的单排大全向轮，各单排大全向轮由对应的自带有增量式编码器的侧向电机驱动，所述座椅安装在底架的上方；所述底部驱动单元位于底架的中空内部，所述底部驱动单元包括圆周均布分布的三个单排小全向轮，各单排小全向轮由对应的自带有增量式编码器的底部电机驱动，底架上安装有螺旋传动机构，自带有增量式编码器的丝杠电机驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元上下运动。
所述螺旋传动机构的一种结构包括底板、丝杠、光杆、丝杠电机，所述底板与丝杠组成螺旋传动副，所述光杆与底板组成导向副，所述丝杠、光杆通过轴承座安装在底架上，所述丝杠电机安装在底架上,所述螺旋传动机构具有自锁功能。
采用全方位运动的电动轮椅装置的运动控制方案为：
1、两侧向电机驱动两侧的单排大全向轮以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的前后运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮的速度到控制器中，实现对单排大全向轮速度的实时控制，以此提高系统前后运动的精度。
2、两侧向电机驱动两侧的单排大全向轮以不同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的转弯运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮的速度到控制器中，实现对单排大全向轮速度的实时控制，以此提高系统转弯运动的精度。
3、丝杠电机驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元向下运动使底架两侧的单排大全向轮离开地面，各底部电机分别驱动三个单排小全向轮以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的自转运动；采用增量式编码器实时反馈螺旋传动以及单排小全向轮的速度到控制器中，实现对螺旋传动速度以及单排小全向轮速度的实时控制，以此提高系统自转运动的精度。
本发明的有益效果：
1、本发明结构中，座椅、底架、底部驱动单元均采用左右对称分布，这种对称分布能够减少附加不平衡力矩的产生。
2、本发明结构中，通过驱动安装在底架两侧的单排大全向轮或者安装在底架内部的三个单排小全向轮运动都可以实现轮椅装置的转弯运动、前后运动，这样就能达到冗余备份的效果，提高了系统的可靠性。
3、本发明结构中，通过安装在底架内部的三个单排小全向轮运动可以使得轮椅装置具有零转弯半径的原地转向能力。
4、本发明采用单排大全向轮作为其行走轮，不仅可以实现左右横向运动，而且，相比于双排全向轮和麦克纳姆轮，其运动更加平稳，由于自身结构原因产生的附加不平衡力矩要小的多。
附图说明
图1是一种可全方位运动的电动轮椅装置的安装示意图；
图2是一种可全方位运动的电动轮椅装置的主视图；
图3是一种可全方位运动的电动轮椅装置的仰视图；
图4是底部驱动单元的结构示意图；
图5是大全向轮的结构示意图；
图中：1-座椅，2-底架，3-底部驱动单元，4-大全向轮,5-丝杠，6-光杆，7-侧向电机，8-丝杠电机，9-底板，10-小全向轮，11-小全向轮支架，12-底部电机，13-底部电机支架，14-轴套，15-大节轮，16-轮毂，17-小节轮。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明可全方位运动的电动轮椅装置主要由座椅1、底架2、两侧驱动单元、底部驱动单元3所组成，两侧驱动单元由安装于底架2两侧对称分布的单排大全向轮4所组成，座椅1安装在底架2的上方；底部驱动单元3位于底架2的中空内部，底部驱动单元3由圆周均布分布的三个单排小全向轮10、小全向轮支架11、底部电机12、底部电机支架13、底板9所组成，底部电机12通过底部电机支架13安装在底板9上，小全向轮支架11安装在底板9上，对单排小全向轮10起到支撑作用；三个单排小全向轮10的速度可以合成为平面上任意方向的速度矢量，因此，仅通过底部驱动单元3也可以实现轮椅装置的全方位运动；单排大全向轮4主要由轮毂16、大节轮15、小节轮17、轴套14所组成，大节轮15、小节轮17交错圆周均布分布；单排小全向轮10的结构与单排大全向轮4的结构一样，尺寸大小不同。
底架2上安装有螺旋传动机构，螺旋传动机构能够使得底部驱动单元3上下运动。当轮椅装置需要进行自转运动或安装在底架2两侧带动各单排大全向轮4的侧向电机7存在故障时，丝杠电机8驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元3向下运动到合适位置并逐渐使底架2两侧的单排大全向轮4离开地面，同时，驱动底部电机12使轮椅装置按照预先规划的进行运动。底部电机12、侧向电机7是自带有增量式编码器的电机。
螺旋传动机构的一种结构方案由底板9、丝杠5、光杆6、丝杠电机8所组成，底板9与丝杠5组成螺旋传动副，丝杠5、光杆6通过轴承座安装在底架2上，丝杠电机8直接安装在底架2上，丝杠电机8是自带有增量式编码器的电机，所述螺旋传动机构具有自锁功能。
本发明可全方位运动的电动轮椅装置的运行控制方案为：
1、两侧向电机7驱动安装在底架2两侧的单排大全向轮4以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的前后运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮4的速度到控制器中，实现对单排大全向轮4速度的实时控制，以此提高系统前后运动的精度。
2、两侧向电机7驱动安装在底架2两侧的单排大全向轮以不同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的转弯运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮4的速度到控制器中，实现对单排大全向轮4速度的实时控制，以此提高系统转弯运动的精度。
3、丝杠电机8驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元3向下运动到合适位置并逐渐使底架2两侧的单排大全向轮4离开地面，同时，底部电机12驱动安装在底架2内部的三个单排小全向轮10以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的自转运动；采用增量式编码器实时反馈螺旋传动以及单排小全向轮10的速度到控制器中，实现对螺旋传动速度以及单排小全向轮10速度的实时控制，以此提高系统自转运动的精度。

Claims (1)

1.可全方位运动的电动轮椅运动控制方法，其特征在于采用了可全方位运动的电动轮椅装置，所述电动轮椅装置包括座椅(1)、底架(2)、两侧驱动单元、底部驱动单元(3)以及螺旋传动机构，其特征在于：所述两侧驱动单元包括安装于底架(2)两侧对称分布的单排大全向轮(4)，各单排大全向轮(4)由对应的自带有增量式编码器的侧向电机(7)驱动，所述座椅(1)安装在底架(2)的上方；所述底部驱动单元(3)位于底架(2)的中空内部，所述底部驱动单元(3)包括圆周均布分布的三个单排小全向轮(10)，各单排小全向轮(10)由对应的自带有增量式编码器的底部电机(12)驱动，底架(2)上安装有螺旋传动机构，自带有增量式编码器的丝杠电机(8)驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元(3)上下运动,所述螺旋传动机构包括底板(9)、丝杠(5)、光杆(6)、丝杠电机(8)，所述底板(9)与丝杠(5)组成螺旋传动副，所述光杆(6)与底板(9)组成导向副，所述丝杠(5)、光杆(6)通过轴承座安装在底架(2)上，所述丝杠电机(8)安装在底架(2)上；所述电动轮椅装置的运动控制方案为：
①、两侧向电机(7)驱动两侧的单排大全向轮(4)以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的前后运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮(4)的速度到控制器中，实现对单排大全向轮(4)速度的实时控制，以此提高系统前后运动的精度；
②、两侧向电机(7)驱动两侧的单排大全向轮(4)以不同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的转弯运动，同时采用增量式编码器实时反馈单排大全向轮(4)的速度到控制器中，实现对单排大全向轮(4)速度的实时控制，以此提高系统转弯运动的精度；
③、丝杠电机(8)驱动螺旋传动机构带动底部驱动单元(3)向下运动使底架(2)两侧的单排大全向轮(4)离开地面，底部电机(12)驱动三个单排小全向轮(10)以相同的期望速度行驶，从而实现轮椅装置的自转运动；采用增量式编码器实时反馈螺旋传动以及单排小全向轮(10)的速度到控制器中，实现对螺旋传动速度以及单排小全向轮速度(10)的实时控制，以此提高系统自转运动的精度。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5613697A (en) * 1994-11-18 1997-03-25 Johnson; David D. Elevatable wheelchair
JP2003230601A (ja) * 2002-02-07 2003-08-19 Masanori Sato 圧縮空気圧または油圧により伸縮または回転する機構部品を用いて座席を昇降動作および転回動作をさせる事を特徴とする車椅子。
JP2007195596A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Kanto Auto Works Ltd 電動車椅子
CN101357093A (zh) * 2007-08-03 2009-02-04 富准精密工业(深圳)有限公司 电动轮椅
CN102283747A (zh) * 2010-06-29 2011-12-21 黄春明 轮椅式免脱穿粪便自动清理机
CN104382705A (zh) * 2014-11-21 2015-03-04 王正东 轮履切换式越野型爬楼轮椅车
CN104783978A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 广西智通节能环保科技有限公司 一种具有双驱动模式的轮椅
CN106335562A (zh) * 2016-09-23 2017-01-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种可轮履切换的爬楼装置
CN107714326A (zh) * 2017-10-12 2018-02-23 重庆铜山天询科技有限公司 能够提高安全性与便利性的轮椅

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104434429B (zh) * 2014-12-15 2016-08-17 兰州理工大学 智能语音识别助残轮椅系统
MX2018010241A (es) * 2016-02-23 2019-06-06 Deka Products Lp Sistema de control de dispositivo de movilidad.

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5613697A (en) * 1994-11-18 1997-03-25 Johnson; David D. Elevatable wheelchair
JP2003230601A (ja) * 2002-02-07 2003-08-19 Masanori Sato 圧縮空気圧または油圧により伸縮または回転する機構部品を用いて座席を昇降動作および転回動作をさせる事を特徴とする車椅子。
JP2007195596A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Kanto Auto Works Ltd 電動車椅子
CN101357093A (zh) * 2007-08-03 2009-02-04 富准精密工业(深圳)有限公司 电动轮椅
CN102283747A (zh) * 2010-06-29 2011-12-21 黄春明 轮椅式免脱穿粪便自动清理机
CN104382705A (zh) * 2014-11-21 2015-03-04 王正东 轮履切换式越野型爬楼轮椅车
CN104783978A (zh) * 2015-03-31 2015-07-22 广西智通节能环保科技有限公司 一种具有双驱动模式的轮椅
CN106335562A (zh) * 2016-09-23 2017-01-18 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种可轮履切换的爬楼装置
CN107714326A (zh) * 2017-10-12 2018-02-23 重庆铜山天询科技有限公司 能够提高安全性与便利性的轮椅

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"连续切换全向轮及其移动机器人的各向异性分析及优化控制";周卫华;《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》;20140715(第07期);I140-16 *

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