CN114041934A - 一种电动轮椅的控制方法及控制器 - Google Patents

一种电动轮椅的控制方法及控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN114041934A
CN114041934A CN202111251873.6A CN202111251873A CN114041934A CN 114041934 A CN114041934 A CN 114041934A CN 202111251873 A CN202111251873 A CN 202111251873A CN 114041934 A CN114041934 A CN 114041934A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
pulse width
width modulation
modulation signal
electric wheelchair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111251873.6A
Other languages
English (en)
Inventor
曹学为
鲁涛
程道一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Original Assignee
Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Automation of Chinese Academy of Science filed Critical Institute of Automation of Chinese Academy of Science
Priority to CN202111251873.6A priority Critical patent/CN114041934A/zh
Publication of CN114041934A publication Critical patent/CN114041934A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/10—Parts, details or accessories
    • A61G5/1051—Arrangements for steering
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/10—General characteristics of devices characterised by specific control means, e.g. for adjustment or steering
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A61G2203/40—General characteristics of devices characterised by sensor means for distance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25257—Microcontroller

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供一种电动轮椅的控制方法及控制器，该方法包括：获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动方向；获取用户选择的速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号；将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动轮椅运动。通过获取遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离对电机进行控制，可以实现控制的一体化。

Description

一种电动轮椅的控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及双路无刷轮毂电机控制技术领域，尤其涉及一种电动 轮椅的控制方法及控制器。
背景技术
随着智能硬件的飞速发展，自主移动装置，比如电动轮椅和自主 移动机器人，得到了越来越多的应用。
但是目前的自主移动装置，如电动轮椅和自主移动机器人等，在 控制方面存在一些缺陷。比如，采用的控制器成本高；而且，这些控 制器通常只是一个能控制电机转动的命令接收装置，需要再增加用户 控制的人机界面部分，还需要做好调试转向平滑体验等很多工作后才 可以投入应用，集成性差。
发明内容
本发明提供一种电动轮椅的控制方法及控制器，用以解决现有技 术中电动轮椅成本高和集成性差的缺陷，可以保证对电动轮椅的一体 化控制。
第一方面，本发明提供了一种电动轮椅的控制方法，应用于控制 器，包括：获取遥杆的位置信息；所述遥杆的位置信息用于确定所述 移动机器人的运动方向；获取用户选择的速度等级；获取所述电动轮 椅与障碍物的距离；将所述遥杆的位置信息、所述速度等级和所述轮 椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度 调制信号和第二脉冲宽度调制信号；将所述第一脉冲宽度调制信号输
根据本发明提供的电动轮椅的控制方法，所述将所述遥杆的位置 信息、所述速度等级和所述轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发 生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号，包 括：根据所述速度等级，分别确定所述第一电机的第一当前速度信息 和所述第二电机的第二当前速度信息；所述当前速度信息包括加速度、 最大速度、最小速度、转向加速度、转向最大速度和转向最小速度； 根据所述遥杆的位置信息和所述速度等级，确定所述第一电机的第一 目标速度和所述第二电机的第二目标速度；将所述第一目标速度、所 述第一当前速度信息和所述轮椅与障碍物的距离输入所述脉冲宽度 调制发生器，得到所述第一脉冲宽度调制信号；将所述第二目标速度、 所述第二当前速度信息和所述轮椅与障碍物的距离输入所述脉冲宽 度调制发生器，得到所述第二脉冲宽度调制信号。
根据本发明提供的电动轮椅的控制方法，所述将所述第一脉冲宽 度调制信号输入第一电机，将所述第二脉冲宽度调制信号输入第二电 机之后，还包括：
采集所述第一电机的第一电流和所述第二电机的第二电流；
采集所述第一电机的第一霍尔信号和所述第二电机的第二霍尔 信号；根据所述第一电流和所述第一霍尔信号对所述第一脉冲宽度调 制信号进行调节，得到调节后的第一脉冲宽度调制信号；根据所述第 二电流和所述第二霍尔信号对所述第二脉冲宽度调制信号进行调节， 得到调节后的第二脉冲宽度调制信号；将所述调节后的第一脉冲宽度 调制信号输入所述第一电机，控制所述第一电机的转动；将所述调节 后的第二脉冲宽度调制信号输入所述第二电机，控制所述第二电机的 转动。
根据本发明提供的电动轮椅的控制方法，还包括：通过传感器采 集所述用户的心率血氧数据；和/或，通过USB接口使所述电动轮椅 的电池与其他设备连接，对所述其他设备进行充电。
根据本发明提供的电动轮椅的控制方法，所述获取遥杆的位置信 息，包括：获取所述遥杆所在位置的电压值；根据所述电压值确定所 述遥杆的位置信息。
根据本发明提供的电动轮椅的控制方法，还包括：所述第一电机 的连线和/或所述第二电机的连线未接入所述控制器、未检测到产生 所述第一霍尔信号和/或所述第二霍尔信号的霍尔传感器、所述霍尔 传感器的连线连接错误、获取所述遥杆位置信息的上控制器未与驱动 所述第一电机和所述第二电机的下控制器连接、所述第一电机的电流 和/或所述第二电机的电流超过预设温度、安全继电器未开启、所述 控制器的温度超过预设温度和电动轮椅的电池电量低于预设电量中 至少一种情况存在，发出错误报警。
第二方面，本发明还提供了一种电动轮椅的控制器，包括：遥杆 控制模块，用于获取遥杆的位置信息；按键控制模块，用于获取用户 选取的速度等级；超声避障模块，用于获取所述电动轮椅距障碍物的 距离信息；控制模块，用于将所述遥杆的位置信息、所述速度等级和 所述轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉 冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号。
第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器 及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述 处理器执行所述程序时实现如第一方面所述的电动轮椅的控制方法 的步骤。
第四方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其 上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方 面所述的电动轮椅的控制方法的步骤。
第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，其上存储有可 执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现如第一方面所述的电 动轮椅的控制方法的步骤。
本发明提供的一种电动轮椅的控制方法及控制器，获取遥杆的位 置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动方向；获取用户选 择的速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将遥杆的位置信息、 速度等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到 第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号；将第一脉冲宽度调 制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输入第二电机，使第 一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机根据第二脉冲宽度 调制信号转动，驱动电动轮椅运动。通过获取遥杆的位置信息、速度 等级和轮椅与障碍物的距离对电机进行控制，可以实现控制的一体化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地， 下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
图1为本发明提供的一种电动轮椅的控制方法实施例的流程示 意图；
图2为本发明提供的一种超声测距传感器设置方式示意图；
图3为本发明提供的一种电机驱动原理的示意图；
图4为本发明提供的另一种电动轮椅的控制方法实施例的流程 示意图；
图5为本发明提供的一种系统工作的流程示意图；
图6为本发明提供的一种计算流程示意图；
图7为本发明提供的一种电动轮椅的控制器的结构组成示意图；
图8为本发明提供的另一种电动轮椅的控制器的结构组成示意 图；
图9为本发明提供的控制系统总体结构图；
图10为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的一种电动轮椅的控制方法实施例的流程示 意图。如图1所示，该电动轮椅的控制方法包括以下步骤：
S101，获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅 的运动方向。
在步骤S101中，可以以遥杆中心为原点，电动轮椅的正前方为 Y轴正方向，电动轮椅的正右方为X轴正方向建立二维坐标系，可 以启用模数转换器的DMA模式，采集遥杆上特定位置的二维坐标， 获取遥杆的位置信息。DMA模式可以使采集到的坐标值存储在静态 随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称SRAM)中， 不影响内核处理其它数据。电动轮椅的移动方向可以包括前移，后移， 原地左转，原地右转，左前移，右前移，左后移和右后移。本发明实 施例对此不作限定。
根据遥杆的位置可以确定电动轮椅人的运动方向，比如，遥杆的 X坐标为0，Y坐标是一个正数值，可以确定电动轮椅向正前方运动， 又比如，遥杆的Y坐标为0，X坐标是一个正数值，可以确定电动轮 椅向正右方运动；再比如，遥杆的Y坐标和X坐标均为正数值，可以确定电动轮椅向右前方运动。
S102，获取用户选择的速度等级。
在步骤S102中，速度等级的级数可以为3级，或者可以为5级， 本发明实施例对速度等级的级数不作限定。可以在电动轮椅的扶手处 设置有速度等级的按键，用户可以通过按键选定速度等级，控制器通 过按键产生的信号获取速度等级。
S103，获取电动轮椅与障碍物的距离。
在步骤S103中，可以通过在电动轮椅上布设超声测距传感器获 取电动轮椅与障碍物的距离。超声测距传感器发出超声波，根据超声 波的回波时间确定动轮椅与障碍物的距离。超声测距传感器的数目可 以是4个，或者可以是8个，本发明实施例对超声测距传感器的数目 不作限定。超声测距传感器的测量距离可以是1米，或者也可以是 1.5米，本发明实施例对此不作限定。本发明实施例对超声测距传感 器的测量角度不作限定。如图2所示，电动轮椅上布设有4个超声测 距传感器，该超声测距传感器的测量距离为5米，测量角度为正负 15°，即30°。在该电动轮椅的圆周上布设8个该超声测距传感器，可 以实现对该电动轮椅360°范围的距离测量。
在电动轮椅行进的过程中，当获取的电动轮椅与障碍物的距离小 于预设的距离阈值时，电动轮椅会自主制动，使电动轮椅停止前进避 免与障碍物相撞。其中，预设的距离阈值可以是2米，或者可以是1 米，本发明实施例对此不作限定。
S104，将遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离输入 脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽 度调制信号。
在步骤S104中，脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称 PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的的技术。 通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形，其中，波 形包含波的形状以及幅值。脉冲宽度调制对模拟信号电平进行数字编 码，也就是说，脉冲宽度调制通过调节占空比的变化来调节信号和能 量等的变化，占空比指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整 个信号周期的百分比，例如方波的占空比是50％。
第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号的频率可以为 20KHz。生成的第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号可以 各为3路互补的脉冲宽度调制信号。每一路互补的脉冲宽度调制信号 对应一对金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,简称MOSFET)的H路电桥。如图3所示，U、V、W分别 代表第一电机和/或第二电机的三相，PWM1P与PWM1N代表一对 互补的PWM信号。同理，PWM2P与PWM2N代表一对互补的PWM 信号，PWM3P与PWM3N也代表一对互补的PWM信号。第一电机 和/或第二电机的每一相中，互补的PWM信号可以驱动第一电机和/ 或第二电机。
S105，将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度 调制信号输入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动， 第二电机根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动轮椅运动。
第一电机和第二电机分别驱动电动轮椅的一个主动轮，脉冲宽度 调制信号驱动对应电机，电机驱动对应的主动轮，使电动轮椅运动。 电动轮椅的轮子采用的麦克纳姆轮，比普通万向轮更具灵活性。
本发明提供的一种电动轮椅的控制方法，通过获取遥杆的位置信 息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动方向；获取用户选择的 速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将遥杆的位置信息、速度 等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一 脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号；将第一脉冲宽度调制信 号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输入第二电机，使第一电 机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机根据第二脉冲宽度调制 信号转动，驱动电动轮椅运动。通过获取遥杆的位置信息、速度等级 和轮椅与障碍物的距离对电机进行控制，可以实现控制的一体化。
图4为本发明提供的另一种电动轮椅的控制方法实施例的流程 示意图。如图4所示，该电动轮椅的控制方法包括以下步骤：
S401，根据速度等级，分别确定第一电机的第一当前速度信息和 第二电机的第二当前速度信息；当前速度信息包括加速度、最大速度、 最小速度、转向加速度、转向最大速度和转向最小速度。
在步骤S401中，速度等级确定，根据预设的算法可以确定当前 速度信息。
S402，根据遥杆的位置信息和速度等级，确定第一电机的第一目 标速度和第二电机的第二目标速度。
在步骤S402中，第一电机的目标速度和第二电机的目标速度可 以根据公式1和公式2进行计算。
V1＝CYY+CXX (公式1)
V2＝CYY-CXX (公式2)
其中，CY和CX加减速特性参数，其与电动轮椅本身的材质和速 度等级相关；V1和V2分别代表第一电机的目标速度和第二电机的 目标速度；X和Y代表遥杆所在位置的坐标值。
S403，将第一目标速度、第一当前速度信息和轮椅与障碍物的距 离输入脉冲宽度调制发生器，得到第一脉冲宽度调制信号；将第二目 标速度、第二当前速度信息和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制 发生器，得到第二脉冲宽度调制信号。
在一些可选的实施例中，第一脉冲宽度调制信号输入第一电机， 将第二脉冲宽度调制信号输入第二电机之后，还包括：
采集第一电机的第一电流和第二电机的第二电流；采集第一电机 的第一霍尔信号和第二电机的第二霍尔信号；根据第一电流和第一霍 尔信号对第一脉冲宽度调制信号进行调节，得到调节后的第一脉冲宽 度调制信号；根据第二电流和第二霍尔信号对第二脉冲宽度调制信号 进行调节，得到调节后的第二脉冲宽度调制信号；将调节后的第一脉 冲宽度调制信号输入第一电机，控制第一电机的转动；将调节后的第 二脉冲宽度调制信号输入第二电机，控制第二电机的转动。
通过采集第一电机和第二电机的电流和霍尔信号可以控制对应 电机的运动，进而可以控制电动轮椅的运动。
在一些可选的实施例中，该电动轮椅的控制方法，还包括：通过 传感器采集用户的心率血氧数据；和/或，通过USB接口使电动轮椅 的电池与其他设备连接，对其他设备进行充电。
在电动轮椅上的特定位置，比如扶手处，设置有传感器。在电动 轮椅处于静止状态时，用户可以将手腕放置于传感器上，该传感器可 以采集用户的心率血氧数据。此外，还可以在电动轮椅上设备USB 接口，可以对外接终端，比如手机或者平板进行充电。
在一些可选地实施例中确定遥杆位置信息的方法可以包括：获取 遥杆所在位置的电压值。根据电压值确定遥杆的位置信息。
其中，摇杆的物理接线包括5V电源接线、接地线、X电压接线 和Y电压接线。当摇杆被推到不同位置值时，其X，Y方向的电压会 不同。由此可以根据采集的电压值确定遥杆的位置信息。可以使用 A/D转换器进行摇杆实时位置采集。
由于X，Y方向电压阈值为5V，控制单元内部的A/D转换器采 集的电压阈值为3.3V，需要采用运算放大器对电压值就行整理。可 以设计一个线性转换电路的将0-5V的电压转为0-3.3V的电压，电路 的转换倍数可以为k＝5V/3.3V＝0.66，线性变化函数可以为：Vo＝k*Vi， 其中，Vo为变换后的电压，Vi为变换前的电压。
采集到遥杆的电压信息后，还需利用控制单元内部对采集到的电 压进行还原，计算公式如下：
Figure BDA0003318603070000101
Figure RE-GDA0003468655770000011
其中，UX和UY分别代表还原后的X和Y方向的电压值，QX和 QY分别为ADC采集的数值，范围在0-4096，Vref为ADC参考电压， 此处为3.3V，4096为12位ADC的最大采样值，k为采集摇杆数据 时电压线性变化值。
电压采集使用中位平均值滤波方式，连续采集N组数据，分别 对UX和UY进行排序处理，排序后去掉n个最大值，去掉n个最小 值，对于中间N-2n个数据计算平均值，得出最终用于计算的UX和 UY。
在一些可选的实施例中，该电动轮椅的控制方法，还包括：第一 电机的连线和/或第二电机的连线未接入控制器、未检测到产生第一 霍尔信号和/或第二霍尔信号的霍尔传感器、霍尔传感器的连线连接 错误、获取遥杆位置信息的上控制器未与驱动第一电机和第二电机的 下控制器连接、第一电机的电流和/或第二电机的电流超过预设温度、 安全继电器未开启、控制器的温度超过预设温度和电动轮椅的电池电 量低于预设电量中至少一种情况存在，发出错误报警。
其中，报警信息是下控制器发出的，通过控制器局域网络 (Controller AreaNetwork,简称CAN)传递至上控制器进行提示。
图5为本发明提供的一种系统工作的流程示意图。如图5所示， 电动轮椅的运动过程中，系统工作的流程包括以下步骤：
A1，上电自检，电源启动后，系统会进行自检，检查是否有如 下问题：电机连线错误、霍尔错误、电流过载错误、通信错误、电池 电量低、温度过高。如果有错误，则进入错误提示状态；A2，上电 初始化，在上电自检完成后，控制系统会进行初始化，完成一些固定 参数的计算、开启摇杆和电流采集的DMA通道、初始化电量和速度 等级显示、脉冲宽度调制产生器预设参数、初始化起声波采集；A3， 遥杆信息的采集，启用模数转换器的DMA模式，一直循环对摇杆信 号X，Y值进行采集，DMA模式使MCU采集摇杆X，Y值时会直 接将数据实时存储到SRAM；A4，超声距离的采集，采集超声波传 感器返回的距离值；A5，数据融合计算，将遥杆的位置信息包含的 控制命令和超声数据融合，计算第一电机和第二电机速度控制命令；A6，脉冲宽度调制信号输出，PWM生成器会产生6路40KHz互补 的脉宽调制PWM波，分别送入左右两路电机的脉冲宽度调制发生器， 每一路互补脉宽调制PWM波，对应一对MOSFET的H桥电路。这 样可以驱动电机开始转动，再实时采样两个电机电流和霍尔信号，使 轮椅或机器人持续运动。
图6为本发明提供的一种计算流程示意图。如图6所示，电动轮 椅的运动过程中，计算流程包括以下步骤：
B1，摇杆采集，采集摇杆信息，B2，ADC、DMA获取数据，启 用控制器MCU内部ADC，初始化ADC的DMA通道，将数据采集 到控制器MCU内部SRAM中；B2，摇杆数据计算，建立摇杆坐标 系，根据采集到的X,Y的值可以得出摇杆的位置，第一电机和第二 电机的目标速度是根据摇杆所处的位置而变化的。而电机的目标速度 在是根据PWM波的占空比控制的，PWM波的占空比越高，电机目 标速度越快。B4，线性计算过程，经过线性计算，可将X，Y转为 PWM的占空比K1，K2。B5，互补PWM生成，生成频率为20KHz， 占空比为K1，K2的互补PWM波形。B6，电机动作，将生成的PWM 值进行功率放大，进而控制第一电机和第二电机的运动。
图7为本发明提供的一种电动轮椅的控制器的结构组成示意图， 如图7所示，该控制器包括：
遥杆控制模块701，用于获取遥杆的位置信息；
按键控制模块702，用于获取用户选取的速度等级；
超声避障模块703，用于获取电动轮椅距障碍物的距离信息；
控制模块704，用于将遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍 物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号 和第二脉冲宽度调制信号；
驱动模块705，用于将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将 第二脉冲宽度调制信号输入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度 调制信号转动，第二电机根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动 轮椅运动
可选地，控制模块704，包括：
第一速度单元，用于根据速度等级，分别确定第一电机的第一当 前速度信息和第二电机的第二当前速度信息；当前速度信息包括加速 度、最大速度、最小速度、转向加速度、转向最大速度和转向最小速 度；
第二速度单元，用于根据遥杆的位置信息和速度等级，确定第一 电机的第一目标速度和第二电机的第二目标速度；
控制单元，用于将第一目标速度、第一当前速度信息和轮椅与障 碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，得到第一脉冲宽度调制信号； 将第二目标速度、第二当前速度信息和轮椅与障碍物的距离输入脉冲 宽度调制发生器，得到第二脉冲宽度调制信号。
可选地，该控制器，还包括：
电流采集模块，用于采集第一电机的第一电流和第二电机的第二 电流；
霍尔信号采集模块，用于采集第一电机的第一霍尔信号和第二电 机的第二霍尔信号；
调节模块，用于根据第一电流和第一霍尔信号对第一脉冲宽度调 制信号进行调节，得到调节后的第一脉冲宽度调制信号；根据第二电 流和第二霍尔信号对第二脉冲宽度调制信号进行调节，得到调节后的 第二脉冲宽度调制信号；
驱动模块705，还用于将调节后的第一脉冲宽度调制信号输入第 一电机，控制第一电机的转动；将调节后的第二脉冲宽度调制信号输 入第二电机，控制第二电机的转动可选地，该控制器，还包括：
心率血氧模块，用于通过传感器采集用户的心率血氧数据；和/ 或，
充电模块，用于通过USB接口使电动轮椅的电池与其他设备连 接，对其他设备进行充电。
可选地，遥杆控制模块701，还包括：
电压采集单元，用于获取遥杆所在位置的电压值；
转换模块，用于根据电压值确定遥杆的位置信息。
可选地，该控制器，还包括：
报警模块，用于第一电机的连线和/或第二电机的连线未接入控 制器、未检测到产生第一霍尔信号和/或第二霍尔信号的霍尔传感器、 霍尔传感器的连线连接错误、获取遥杆位置信息的上控制器未与驱动 第一电机和第二电机的下控制器连接、第一电机的电流和/或第二电 机的电流超过预设温度、安全继电器未开启、控制器的温度超过预设 温度和电动轮椅的电池电量低于预设电量中至少一种情况存在，发出 错误报警。
图8为本发明提供的另一种电动轮椅的控制器的结构组成示意 图，如图8所示，该控制器包括：上控制器1和下控制器2。上控制 器1，有一个电量指示模块8，用于指示当前系统电池电量；一个速 度指示模块9，用于指示当前速度等级；一个心率血氧模块7，用于 检测用户当前的健康指标；一个摇杆控制模块6，用于接受使用者前 后左右移动指令；一个USB充电口3，用于对外进行手机充电；一 个按键控制模块4，用于接收用户设置，包括开关机和速度等级设置， 总计有5个速度等级；一个参数模块5，用于存储当前速度等级等内 部参数。上控制器1经过其模数转换模块将摇杆位置信号进行采集， 将位置信息进行综合处理后，转变为第一和第二无刷电机的目标速度， 并通过CAN部线发送到下控制器，从而对两个无刷电机进行控制。
下控制器2有一个错误处理模块16，用于处理电机连线错误、 霍尔错误、电流过载错误、通信错误、电池电量低、温度过高错误； 一个超声避障模块17，用于发出超声波，并计算回波时间，能在前 方或者后方有障碍时，紧急制动轮椅；一个互补式PWM发生器10， 用于根据当前速度信息，产生6路互补PWM波，每三路PWM波可 以控制一个无刷电机；一个功率部件驱动器11，用于将PWM波转为 MOSFET的驱动信号；一个无刷电机脉冲宽度调制发生器12，用于 无刷电机三相的功率驱动；无刷电机13，用于驱动电动轮椅运动； 一个无刷电机霍尔信号采集模块14，用于采集当前无刷电机位置信 号，给换向提供依据；一个无刷电机电流采集模块15，用于实时采 集无刷电机电流，和霍尔信号一起综合产生换相信号。其中上控制器 1经过CAN总线和下控制器2相连。
图9为本发明提供的控制系统总体结构图，如图9所示，该控制 系统包括蓄电池、操作遥杆、超声采集探头、控制器、第一电机和第 二电机。其中，用于通过操作遥杆向控制器发送移动指令，超声采集 探头与控制器相连，将采集的信息传递至控制器，控制器将产生得到 驱动信号分别输入第一电机和第二电机，驱动其转动。
图10为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图10 所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1001、通信接口 (Communications Interface)1002、存储器(memory)1003和通信总线 1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信。处理器1001可以调用存储器1003中的 逻辑指令，以执行电动轮椅的控制方法，该方法包括：
获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动 方向；获取用户选择的速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将 遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制 发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号； 将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输 入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机 根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动轮椅运动。
此外，上述的存储器1003中的逻辑指令可以通过软件功能模块 的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机 可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者 说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产 品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括 若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或 者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前 述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁 碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品 包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序 包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各 方法所提供的电动轮椅的控制方法，该方法包括：
获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动 方向；获取用户选择的速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将 遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制 发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号； 将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输 入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机 根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动轮椅运动。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上 存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各 方法所提供的电动轮椅的控制方法，该方法包括：
获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定电动轮椅的运动 方向；获取用户选择的速度等级；获取电动轮椅与障碍物的距离；将 遥杆的位置信息、速度等级和轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制 发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号； 将第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将第二脉冲宽度调制信号输 入第二电机，使第一电机根据第一脉冲宽度调制信号转动，第二电机 根据第二脉冲宽度调制信号转动，驱动电动轮椅运动。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说 明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件 可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以 分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全 部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创 造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解 到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然 也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现 有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软 件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光 盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的 方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而 非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领 域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修 改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动轮椅的控制方法，应用于控制器，其特征在于，包括：
获取遥杆的位置信息；遥杆的位置信息用于确定所述移动机器人的运动方向；
获取用户选择的速度等级；
获取所述电动轮椅与障碍物的距离；
将所述遥杆的位置信息、所述速度等级和所述轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号；
将所述第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将所述第二脉冲宽度调制信号输入第二电机，使所述第一电机根据所述第一脉冲宽度调制信号转动，所述第二电机根据所述第二脉冲宽度调制信号转动，驱动所述电动轮椅运动。
2.根据权利要求1所述的电动轮椅的控制方法，其特征在于，所述将所述遥杆的位置信息、所述速度等级和所述轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号，包括：
根据所述速度等级，分别确定所述第一电机的第一当前速度信息和所述第二电机的第二当前速度信息；所述当前速度信息包括加速度、最大速度、最小速度、转向加速度、转向最大速度和转向最小速度；
根据所述遥杆的位置信息和所述速度等级，确定所述第一电机的第一目标速度和所述第二电机的第二目标速度；
将所述第一目标速度、所述第一当前速度信息和所述轮椅与障碍物的距离输入所述脉冲宽度调制发生器，得到所述第一脉冲宽度调制信号；将所述第二目标速度、所述第二当前速度信息和所述轮椅与障碍物的距离输入所述脉冲宽度调制发生器，得到所述第二脉冲宽度调制信号。
3.根据权利要求1所述的电动轮椅的控制方法，其特征在于，所述将所述第一脉冲宽度调制信号输入第一电机，将所述第二脉冲宽度调制信号输入第二电机之后，还包括：
采集所述第一电机的第一电流和所述第二电机的第二电流；
采集所述第一电机的第一霍尔信号和所述第二电机的第二霍尔信号；
根据所述第一电流和所述第一霍尔信号对所述第一脉冲宽度调制信号进行调节，得到调节后的第一脉冲宽度调制信号；根据所述第二电流和所述第二霍尔信号对所述第二脉冲宽度调制信号进行调节，得到调节后的第二脉冲宽度调制信号；
将所述调节后的第一脉冲宽度调制信号输入所述第一电机，控制所述第一电机的转动；将所述调节后的第二脉冲宽度调制信号输入所述第二电机，控制所述第二电机的转动。
4.根据权利要求1所述的电动轮椅的控制方法，其特征在于，还包括：
通过传感器采集所述用户的心率血氧数据；和/或，
通过USB接口使所述电动轮椅的电池与其他设备连接，对所述其他设备进行充电。
5.根据权利要求1所述的电动轮椅的控制方法，其特征在于，所述获取遥杆的位置信息，包括：
获取所述遥杆所在位置的电压值；
根据所述电压值确定所述遥杆的位置信息。
6.根据权利要1至5任一项所述的电动轮椅的控制方法，其特征在于，还包括：
所述第一电机的连线和/或所述第二电机的连线未接入所述控制器、未检测到产生所述第一霍尔信号和/或所述第二霍尔信号的霍尔传感器、所述霍尔传感器的连线连接错误、获取所述遥杆位置信息的上控制器未与驱动所述第一电机和所述第二电机的下控制器连接、所述第一电机的电流和/或所述第二电机的电流超过预设温度、安全继电器未开启、所述控制器的温度超过预设温度和电动轮椅的电池电量低于预设电量中至少一种情况存在，发出错误报警。
7.一种电动轮椅的控制器，其特征在于，包括：
遥杆控制模块，用于获取遥杆的位置信息；
按键控制模块，用于获取用户选取的速度等级；
超声避障模块，用于获取所述电动轮椅距障碍物的距离信息；
控制模块，用于将所述遥杆的位置信息、所述速度等级和所述轮椅与障碍物的距离输入脉冲宽度调制发生器，分别得到第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6任一项所述的电动轮椅的控制方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任一项所述的电动轮椅的控制方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，其上存储有可执行指令，其特征在于，该指令被处理器执行时使处理器实现如权利要求1～6任一项所述的电动轮椅的控制方法的步骤。
CN202111251873.6A 2021-10-25 2021-10-25 一种电动轮椅的控制方法及控制器 Pending CN114041934A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111251873.6A CN114041934A (zh) 2021-10-25 2021-10-25 一种电动轮椅的控制方法及控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111251873.6A CN114041934A (zh) 2021-10-25 2021-10-25 一种电动轮椅的控制方法及控制器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114041934A true CN114041934A (zh) 2022-02-15

Family

ID=80206054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111251873.6A Pending CN114041934A (zh) 2021-10-25 2021-10-25 一种电动轮椅的控制方法及控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114041934A (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070848A (ja) * 2001-08-30 2003-03-11 Fuji Heavy Ind Ltd 電動車椅子の制御装置
CN1830413A (zh) * 2005-03-08 2006-09-13 中国科学院自动化研究所 一种嵌入式智能轮椅控制系统及方法
CN201336645Y (zh) * 2008-11-28 2009-10-28 深圳市拓邦电子科技股份有限公司 一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器
JP2014121190A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Panasonic Corp 電動車両の制御方法
KR20160119589A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 (주)스트라텍 전동 휠체어 및 주행 제어방법
CN106038103A (zh) * 2016-08-09 2016-10-26 天津工业大学 一种电动轮椅的四轮独立驱动控制系统
CN106075746A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 国家康复辅具研究中心 多姿态调整的电动轮椅车控制系统
CN106580573A (zh) * 2016-11-29 2017-04-26 广州视源电子科技股份有限公司 基于霍尔摇杆的电动轮椅控制方法及电动轮椅
CN106959696A (zh) * 2017-05-10 2017-07-18 北京京东尚科信息技术有限公司 运动目标的控制方法和装置
CN209059712U (zh) * 2017-12-13 2019-07-05 仙童智行(北京)科技有限公司 轮椅控制装置及轮椅
CN110233587A (zh) * 2019-07-10 2019-09-13 广州思智科技有限公司 一种电动轮椅无刷电机控制系统及方法
CN211300749U (zh) * 2019-10-11 2020-08-21 广东银狐医疗科技股份有限公司 一种多功能手控器及其轮椅
CN111969905A (zh) * 2020-09-18 2020-11-20 北京空天高科技有限公司 单相直流永磁无刷电机控制器、控制方法和电机动力系统
CN113288611A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 北京三角洲机器人科技有限公司 一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法和系统

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070848A (ja) * 2001-08-30 2003-03-11 Fuji Heavy Ind Ltd 電動車椅子の制御装置
CN1830413A (zh) * 2005-03-08 2006-09-13 中国科学院自动化研究所 一种嵌入式智能轮椅控制系统及方法
CN201336645Y (zh) * 2008-11-28 2009-10-28 深圳市拓邦电子科技股份有限公司 一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器
JP2014121190A (ja) * 2012-12-18 2014-06-30 Panasonic Corp 電動車両の制御方法
KR20160119589A (ko) * 2015-04-06 2016-10-14 (주)스트라텍 전동 휠체어 및 주행 제어방법
CN106075746A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 国家康复辅具研究中心 多姿态调整的电动轮椅车控制系统
CN106038103A (zh) * 2016-08-09 2016-10-26 天津工业大学 一种电动轮椅的四轮独立驱动控制系统
CN106580573A (zh) * 2016-11-29 2017-04-26 广州视源电子科技股份有限公司 基于霍尔摇杆的电动轮椅控制方法及电动轮椅
CN106959696A (zh) * 2017-05-10 2017-07-18 北京京东尚科信息技术有限公司 运动目标的控制方法和装置
CN209059712U (zh) * 2017-12-13 2019-07-05 仙童智行(北京)科技有限公司 轮椅控制装置及轮椅
CN110233587A (zh) * 2019-07-10 2019-09-13 广州思智科技有限公司 一种电动轮椅无刷电机控制系统及方法
CN211300749U (zh) * 2019-10-11 2020-08-21 广东银狐医疗科技股份有限公司 一种多功能手控器及其轮椅
CN111969905A (zh) * 2020-09-18 2020-11-20 北京空天高科技有限公司 单相直流永磁无刷电机控制器、控制方法和电机动力系统
CN113288611A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 北京三角洲机器人科技有限公司 一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN203974805U (zh) 一种自动泊车系统控制器
CN100435765C (zh) 一种嵌入式智能轮椅控制系统及方法
Pande et al. Hand gesture based wheelchair movement control for disabled person using MEMS
CN106074096A (zh) 一种基于计算机视觉的盲人便携导航仪
CN110834329B (zh) 外骨骼控制方法及装置
CN103523077A (zh) 一种电动助力转向系统的回正方法及装置
CN205193162U (zh) 一种基于三维霍尔磁传感器的空间磁场矢量分布探测装置
US11340630B2 (en) Systems and methods for robust robotic mapping
Alexan et al. Personal assistant robot
JP6402436B2 (ja) 自律走行台車、予定走行経路データの加工方法、及びプログラム
CN114041934A (zh) 一种电动轮椅的控制方法及控制器
Pathan et al. Wireless head gesture controlled robotic wheel chair for physically disable persons
Desmond et al. Development of modular sensors for semi-autonomous wheelchairs
OBSERVER Power-assisted wheelchair design based on a lyapunov torque observer
Budiharto Intelligent controller of electric wheelchair from manual wheelchair for disabled person using 3-axis joystick
Chen et al. Design and implementation of intelligent driving controller for car-like mobile robot
CN113671970B (zh) 一种移动机器人的控制方法及控制器
CN114073625A (zh) 一种可自主导航的脑电控制电动轮椅
Kallam et al. Development of intelligent powerd wheelchair
CN110371170B (zh) 智能助力装置、系统以及用于控制其提供助力的方法
CN113189990A (zh) 一种移动机器人及其控制电路
Uojić et al. Embedded computer control system for service mobile robots
CN221084007U (zh) 一种用于als患者的自动决策智能轮椅装置
CN112977095B (zh) 一种加速踏板控制方法、装置、设备、电动汽车及介质
Wang et al. Path planning algorithm of a novel massage robot

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220215