CN210044291U - 一种具有康复功能的智能轮椅 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有康复功能的智能轮椅，包括靠背、坐板、底盘、控制箱、控制器、第一MOS管驱动模块、第一行程电机、第一限位开关、第二限位开关、第二MOS管驱动模块、第二行程电机、第三限位开关、第四限位开关、第三MOS管驱动模块、第三行程电机、第五限位开关、第六限位开关、两个驱动电机、多组红外对射开关、第一压力传感器、第二压力传感器和两个光敏传感器。本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅具有以下有益效果：1、可在轮椅上进行自主康复训练，节省看护成本；2、使用过程实时检测并保护；3、有效利用智能轮椅的功能实现辅助康复功能。4、增大了轮椅使用者的活动空间；5、可进行多种姿势的切换训练。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有康复功能的智能轮椅。
背景技术
随着社会的发展，智能家居在人们的生活中扮演的角色越来越重，我国人口老龄化不断加重，意外伤害造成的伤病，在康复期间需要进行身体机能的康复训练，大多医院设有辅助康复器械，老人平时的身体锻炼对身体健康有重要的作用，现有市场上的轮椅对于一些需要直立行走进行康复训练的患者来说功能单一，不能满足他们的功能需求，康复期间的病人和久坐的老年人需要进行适当的身体活动和训练，经过调查统计，一大部分病人在康复期间需要进行踏步训练和行走训练，但由于自身身体原因进行训练时往往需要护工辅助，增加了劳动力。随着科技的进步，一些实用的相关现有技术可以应用在轮椅上，为有需要的人提供方便，开发智能化的轮椅以提高使用者的活动能力、提高生活水平，对个人和社会是很有意义的。
现有公开号为CN107349059A、名为“一种多功能辅助康复电动轮椅”的中国发明专利申请，其公开了一种多功能辅助康复电动轮椅，包括：轮椅底座、靠板框架、坐板框架、抬脚框架、扶手框架、电容装置、动力轮组、变向轮组、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆以及驱动控制面板，坐板框架的两端分别连接靠板框架、抬脚框架，坐板框架设于轮椅底座上侧，坐板框架与抬脚框架的连接处与轮椅底座旋转连接；扶手框架设于靠板框架一侧，驱动控制面板设于扶手框架远离靠板框架的一端，驱动控制面板控制连接于第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、动力电机以及转动电机。其利用轮椅具有的坐姿、躺姿和站姿转换功能，以及抬脚框架可摆动的功能，可对轮椅使用者的身体姿态进行转换，以达到所谓的辅助功能。
现有公开号为CN106236422A、名为“一种站立康复轮椅车”的中国发明专利申请，目的在于提供了一种站立式、可进行康复训练的站立康复轮椅车，其包括辅助站立机构、扶手机构、机架、支撑杆、底盘、膝盖支撑机构、捆绑机构、保护机构和车轮，车轮设置在底盘底部，底盘前端设置有机架，机架上端分别铰接有扶手机构和辅助站立机构，辅助站立机构末端铰接有保护机构，支撑杆为可伸缩的支撑杆，支撑杆一端与辅助站立机构下侧铰接，另一端与机架铰接，机架上还设置有膝盖支撑机构，膝盖支撑机构位于辅助站立机构下侧，机架两侧还设置有捆绑机构。其利用轮椅的坐姿和站姿的转换功能，可对轮椅使用者的身体姿态进行转换，以达到所谓的辅助功能。
公开号为CN104398347A，名称为“一种新型轮椅式电动步行训练装置及控制方法”的中国发明专利申请，可用于电动轮椅代步和站立移动步行训练。该装置包括嵌入式上位机、运动控制单元、姿态变换控制单元、步态测量单元、人机交互单元。在上述各单元的协调控制下，该装置可工作于电动轮椅代步、站立步行训练两种工作模式，其中站立步行训练模式可分为主动训练模式和被动训练模式。其为一种步行训练装置，利用轮椅的坐姿和站姿的转换功能，可对轮椅使用者的身体姿态进行转换，并可控制车速带动使用者进行步行训练，以达到所谓的辅助功能。人可能跟不上车，造成意外伤害。
综上所述，现有技术的缺点可总结为以下三点：
1、没有踏步训练康复辅助功能；
2、没有主动行走训练功能；
3、公开号为CN104398347A的专利申请是一种被动行走训练，使用者需要跟随轮椅车行走，并保持与轮椅车相同的速度。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型的第一个目的在于公开了一种具有康复功能的智能轮椅。本实用新型的第二个目的在于公开了一种具有康复功能的智能轮椅的控制方法。
技术方案：一种具有康复功能的智能轮椅，包括：
靠背，其设有靠背支架；
坐板，其设有坐板支架，该坐板支架与靠背支架通过旋转轴相连；
底盘，其设有底盘支架，底盘支架的前部设有两个主动轮，底盘支架的后部设有两个从动轮，底盘支架与坐板支架通过旋转轴相连；
控制箱，焊设于底盘支架的顶侧，控制箱包括壳体，在壳体中设有主控电路板和两个驱动器，主控电路板上焊设有单片机和陀螺仪传感器，陀螺仪传感器的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端与分别与两个驱动器的输入端相连；
控制器，布设于右扶手的外端部，控制器的输出端与单片机的输入端相连；
第一MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第一行程电机，其输入端与第一MOS管驱动模块的输出端相连，第一行程电机的底部通过销轴与坐板支架相连，第一行程电机的伸出杆的头部通过销轴与靠背支架相连；
第一限位开关，其通过螺钉固定于靠背支架，第一限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第二限位开关，其通过螺钉固定于底座支架，第二限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第二MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第二行程电机，其底部与底盘支架通过销轴连接，第二行程电机的伸出杆的顶部与坐板支架的中部通过销轴连接，第二MOS管驱动模块的输出端与第二行程电机的输入端相连；
第三限位开关，其通过螺钉固定于底座支架，第三限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第四限位开关，其通过螺钉固定于底盘支架，第四限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第三MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第三行程电机，其底部与底盘支架通过销轴相连，第三行程电机的伸出杆与踏板支架通过销轴相连，第三MOS管驱动模块的输出端与第三行程电机的输入端相连；
第五限位开关，通过螺钉固定于踏板支架，第五限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第六限位开关，其通过螺钉固定于底盘支架，第六限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
两个驱动电机，其通过安装板与底盘支架用螺钉相连，两个驱动器的输出端分别与两个驱动电机的输入端相连，两个驱动电机的伸出杆分别与一减速箱传动连接，减速箱分别与一主动轮传动连接；
多组红外对射开关，通过螺钉等间距布设于踏板两边钢管内侧，红外对射开关的输出端与单片机的输入端相连；
第一压力传感器，布设于左侧扶手上侧，第一压力传感器的输出端与单片机的输入端相连；
第二压力传感器，布设于右侧扶手上侧，第二压力传感器的输出端与单片机的输入端相连；
两个光敏传感器，对称布设于踏板顶面的两侧，光敏传感器的输出端与单片机的输入端相连。
进一步地，所述控制器包括：
第一按键，其与单片机的第一I/O管脚相连；
第二按键，其与单片机的第二I/O管脚相连；
第三按键，其与单片机的第三I/O管脚相连；
第四按键，其与单片机的第四I/O管脚相连；
第五按键，其与单片机的第五I/O管脚相连。
进一步地，同侧相邻的两个红外对射开关的间距为8cm。
进一步地，单片机的型号为stm32f103rct6。
进一步地，第一限位开关为微动开关，当靠背相对于坐板旋转到90度角时，靠背支架触碰第一限位开关的触点，第一限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，第二限位开关为微动开关，当靠背相对于坐板旋转到180度角时，靠背支架触碰第二限位开关的触点，第二限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，第三限位开关为微动开关，当坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到 90度角时，坐板支架触碰第三限位开关的触点，第三限位开关与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，第四限位开关为微动开关，当坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到 0度角时，坐板支架触碰第四限位开关的触点，第四限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，第五限位开关为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角时，踏板支架触碰第五限位开关的触点，第五限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平时，则向第三行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，第六限位开关为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角时，踏板支架触碰第六限位开关的触点，第六限位开关与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第三行程电机发出停止运动的指令。
进一步地，包括三组红外对射开关。
一种具有康复功能的智能轮椅的控制方法，包括以下步骤：
(1)：初始化单片机外设，单片机外设包括按键检测I/O口、限位开关外部中断模块、定时器、压力传感器adc采样模块、第一/二/三行程电机初始值设定模块、驱动电机初始值设定模块、与控制器相连的通讯串口，完成后进入步骤(2)；
(2)：读取陀螺仪传感器信息，完成后进入步骤(3)；
(3)：按键循环检测
首先判断第五按键是否按下，若第五按键按下，则结束本次操作，进入步骤 (2)，若第五按键没有按下，则判断第一按键是否按下，若第一按键按下，则进入步骤(4)；若第一按键没有按下，则判断第二按键是否按下，若第二按键按下，进入步骤(9)；若第二按键没有按下，则判断第三按键是否按下，若第三按键按下，进入步骤(16)；若第三按键没有按下，则判断第四按键是否按下，若第四按键按下，进入步骤(26)，若第四按键没有按下，进入步骤(2)；
步骤(4)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(5)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，完成后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，完成后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，完成后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，完成后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(5)；
步骤(5)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(6)；
步骤(6)：回到平躺姿势
从坐姿切换为平躺姿势：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，完成后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角；驱动第三行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板的支架触碰第六限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，回到平躺姿势，完成后进入步骤(7)；
步骤(7)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(8)；
步骤(8)：判断第一按键是否被松开，若第一按键松开，则停止动作，完成平躺与坐姿切换恢复训练，进入步骤(3)；若第一按键没有松开，则进入步骤(4)；
步骤(9)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(10)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(10)；
步骤(10)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(11)；
步骤(11)：回到平躺姿势
从坐姿切换为平躺姿势：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第三行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板的支架触碰第六限位开关19的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，回到平躺姿势；完成后进入步骤 (12)；
步骤(12)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(13)；
步骤(13)：回到站姿
从平躺姿势回到站立姿势：驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角，回到站姿，完成后进入步骤(14)；
步骤(14)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(15)；
步骤(15)：判断第二按键是否松开，若第二按键松开则停止动作，完成坐姿与站姿切换训练，进入步骤(2)；若第二按键没有松开则进入步骤(9)；
步骤(16)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(17)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(17)；
步骤(17)：执行站姿
从坐姿切换为站姿：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第二行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角；回到站姿，完成后进入步骤(18)；
步骤(18)：开启第一/二压力传感器，完成后进入步骤(19)；
步骤(19)：开启光敏传感器，完成后进入步骤(20)；
步骤(20)：判断第一/二压力传感器数值超出阈值，若超出阈值则转入步骤 (23)；若没有超出则进入步骤(21)；
步骤(21)检测与光敏传感器相连的单片机管脚电平数据，完成后进入步骤 (22)；
步骤(22)：判断与光敏传感器相连的单片机管脚电平是否变化，若没有变化，则转入步骤(20)；若改变，则计步数加0.5，完成后进入步骤(23)；
步骤(23)判断第三按键是否松开，若第三按键没有松开，则转入步骤(20)，若第三按键松开，则进入步骤(24)，
步骤(24)：关断光敏传感器，完成后进入步骤(25)；
步骤(25)：关断第一/二压力传感器，完成踏步训练，进入步骤(3)；
步骤(26)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(27)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(27)；
步骤(27)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(28)；
步骤(28)：收起踏板，完成后进入步骤(29)；
步骤(29)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(30)；
步骤(30)：回到站立姿态
从坐姿切换为站姿：动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第二行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角，然后回到站姿，单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(31)；
步骤(31)：开启红外对射开关，完成后进入步骤(32)；
步骤(32)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(33)；
步骤(33)：开启第一/二压力传感器，完成后进入步骤(34)；
步骤(34)：根据红外对射开关状态调节形式速度，完成后进入步骤(35)
检测三组红外对射开关的状态，依据三组红外对射开关的状态判断使用者脚部与踏板的距离，当检测到使用者脚离踏板底部小于8cm时，刹车，停止行驶，当检测到使用者脚离踏板底部不小于8cm且小于16cm时，降低智能轮椅行驶速度，当检测到使用者脚离踏板底部大于16cm时，加快智能轮椅行驶速度；
步骤(35)：判断第一/二压力传感器数据是否超出阈值，若超出阈值，进入步骤(37)，若没有超出阈值，进入步骤(36)；
步骤(36)：检测第四按键状态，若检测到第四按键没有被松开则接步骤(34)，若检测到第四按键被松开，则转入步骤(37)；
步骤(37)：智能轮椅停止行驶，完成后进入步骤(38)；
步骤(38)：关闭红外对射开关，完成后进入步骤(39)；
步骤(39)：关闭第一/二压力传感器，完成后进入步骤(40)；
步骤(40)：恢复坐姿
驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成行走训练，转入步骤(3)。
有益效果：本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅具有以下有益效果：
1、可在轮椅上进行自主康复训练(通过坐姿与平躺姿势切换训练、模拟辅助仰卧起坐训练，坐姿与站姿切换训练，原地踏步训练，自主行走训练)，节省看护成本；
2、使用过程实时检测并保护(如上踏步训练和自主行走训练过程中扶手处的压力检测，两侧压力差值大或压力超出设定值时，轮椅快速回到坐姿，降低重心，起到防护作用)；
3、有效利用智能轮椅的功能实现辅助康复功能(利用轮椅本身的平躺、站立功能，通过编写程序实现上述康复训练动作，加步态检测及压力检测实现轮椅自动跟随、支撑使用者进行行走训练)；
4、增大了轮椅使用者的活动空间，可自主完成康复训练，提高自信心及行动能力；
5、可进行坐姿到平躺姿势，辅助训练使用者腰部力量；可进行坐姿到站立姿势，辅助训练下身力量恢复；可进行踏步训练，训练腿部力量，同时对踏步进行记步(光敏传感器在使用者脚踩在踏板上与脚离开踏板时分别输出高、低电平。单片机与光敏传感器相连的管脚检测电平状态，使用者踏步过程中从脚抬起到踩在踏板上计为一步，检测管教电平为从高到低，再到高，单片机通过程序设变量并计数加一，实现计步。)并提醒使用者注意训练强度；可进行行走训练，行走训练分为使用者面对轮椅进行跟随轮椅行走和背对轮椅，轮椅在使用者后方跟随使用者，检测使用者脚部离轮椅的距离进行速度调节，轮椅可紧随使用者，起到支撑和保护作用，两种行走训练方式过程中手扶轮椅左右，扶手处压力传感器对使用者对扶手的压力进行检测，检测到手处压力相差超过20千克重量时说明使用者有失去平衡的风险，此时轮椅停止行驶并回坐姿，起到及时重心，防止使用者摔倒。
附图说明
图1为本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅的结构示意框图；
图2为本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅在行走站姿时的结构示意图；
图3为本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅在坐姿时的结构示意图；
图4为本实用新型公开的一种具有康复功能的智能轮椅的控制方法的流程图。
其中：
| 1-第一按键 | 2-第二按键 |
| 3-第三按键 | 4-第四按键 |
| 5-第五按键 | 6-控制器 |
| 7-控制箱 | 8-第一MOS管驱动模块 |
| 9-第一行程电机 | 10-第一限位开关 |
| 11-第二限位开关 | 12-第二MOS管驱动模块 |
| 13-第二行程电机 | 14-第三限位开关 |
| 15-第四限位开关 | 16-第三MOS管驱动模块 |
| 17-第三行程电机 | 18-第五限位开关 |
| 19-第六限位开关 | 20-底盘支架竖直杆 |
| 21-驱动电机 | 22-主动轮 |
| 23-红外对射开关 | 24-陀螺仪传感器 |
| 25-第一压力传感器 | 26-第二压力传感器 |
| 27-光敏传感器 | 28-靠背 |
| 29-坐板 |
具体实施方式：
下面对本实用新型的具体实施方式详细说明。
如图1-3所示，一种具有康复功能的智能轮椅，包括：
靠背28，其设有靠背支架；
坐板29，其设有坐板支架，该坐板支架与靠背支架通过旋转轴相连；
底盘，其设有底盘支架，底盘支架的前部设有两个主动轮22，底盘支架的后部设有两个从动轮，底盘支架与坐板支架通过旋转轴相连；
控制箱7，焊设于底盘支架的顶侧，控制箱7包括壳体，在壳体中设有主控电路板和两个驱动器，主控电路板上焊设有单片机和陀螺仪传感器24，陀螺仪传感器24的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端与分别与两个驱动器的输入端相连；
控制器6，布设于右扶手的外端部，控制器6的输出端与单片机的输入端相连；
第一MOS管驱动模块8，其输入端与单片机的输出端相连；
第一行程电机9，其输入端与第一MOS管驱动模块8的输出端相连，第一行程电机9的底部通过销轴与坐板支架相连，第一行程电机9的伸出杆的头部通过销轴与靠背支架相连；
第一限位开关10，其通过螺钉固定于靠背支架，第一限位开关10的输出端与单片机的输入端相连；
第二限位开关11，其通过螺钉固定于底座支架，第二限位开关11的输出端与单片机的输入端相连；
第二MOS管驱动模块12，其输入端与单片机的输出端相连；
第二行程电机13，其底部与底盘支架通过销轴连接，第二行程电机13的伸出杆的顶部与坐板支架的中部通过销轴连接，第二MOS管驱动模块12的输出端与第二行程电机13的输入端相连；
第三限位开关14，其通过螺钉固定于底座支架，第三限位开关14的输出端与单片机的输入端相连；
第四限位开关15，其通过螺钉固定于底盘支架，第四限位开关15的输出端与单片机的输入端相连；
第三MOS管驱动模块16，其输入端与单片机的输出端相连；
第三行程电机17，其底部与底盘支架通过销轴相连，第三行程电机17的伸出杆与踏板支架通过销轴相连，第三MOS管驱动模块16的输出端与第三行程电机17的输入端相连；
第五限位开关18，通过螺钉固定于踏板支架，第五限位开关18的输出端与单片机的输入端相连；
第六限位开关19，其通过螺钉固定于底盘支架，第六限位开关19的输出端与单片机的输入端相连；
两个驱动电机21，其通过安装板与底盘支架用螺钉相连，两个驱动器的输出端分别与两个驱动电机21的输入端相连，两个驱动电机21的伸出杆分别与一减速箱传动连接，减速箱分别与一主动轮22传动连接；
多组红外对射开关23，通过螺钉等间距布设于踏板两边钢管内侧，红外对射开关23的输出端与单片机的输入端相连；
第一压力传感器25，布设于左侧扶手上侧，第一压力传感器25的输出端与单片机的输入端相连；
第二压力传感器26，布设于右侧扶手上侧，第二压力传感器26的输出端与单片机的输入端相连；
两个光敏传感器27，对称布设于踏板顶面的两侧，光敏传感器27的输出端与单片机的输入端相连。
进一步地，控制器6包括：
第一按键1，其与单片机的第一I/O管脚相连；
第二按键2，其与单片机的第二I/O管脚相连；
第三按键3，其与单片机的第三I/O管脚相连；
第四按键4，其与单片机的第四I/O管脚相连；
第五按键5，其与单片机的第五I/O管脚相连。
进一步地，同侧相邻的两个红外对射开关23的间距为8cm。
进一步地，单片机的型号为stm32f103rct6。
进一步地，第一限位开关10为微动开关，当靠背28相对于坐板29旋转到 90度角时，靠背支架触碰第一限位开关10的触点，第一限位开关10与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机9发出停止运动的指令。
进一步地，第二限位开关11为微动开关，当靠背28相对于坐板29旋转到 180度角时，靠背支架触碰第二限位开关11的触点，第二限位开关11与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机9发出停止运动的指令。
进一步地，第三限位开关14为微动开关，当坐板29相对于底盘支架竖直杆 20旋转到90度角时，坐板支架触碰第三限位开关14的触点，第三限位开关14 与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机13发出停止运动的指令。
进一步地，第四限位开关15为微动开关，当坐板29相对于底盘支架竖直杆 20旋转到0度角时，坐板支架触碰第四限位开关15的触点，第四限位开关15 与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机13发出停止运动的指令。坐板29相对于底盘支架竖直杆20的旋转角度在0度到90度角之间。
进一步地，第五限位开关18为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆20旋转到5度角时，踏板支架触碰第五限位开关18的触点，第五限位开关 18与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平时，则向第三行程电机17发出停止运动的指令。
进一步地，第六限位开关19为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆20旋转到90度角时，踏板支架触碰第六限位开关19的触点，第六限位开关 19与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第三行程电机17发出停止运动的指令。
进一步地，包括三组红外对射开关23。
如图4所示，一种具有康复功能的智能轮椅的控制方法，包括以下步骤：
(1)：初始化单片机外设，单片机外设包括按键检测I/O口、限位开关外部中断模块、定时器、压力传感器adc采样模块、第一/二/三行程电机初始值设定模块、驱动电机初始值设定模块、与控制器相连的通讯串口，完成后进入步骤(2)；
(2)：读取陀螺仪传感器信息，完成后进入步骤(3)；
(3)：按键循环检测
首先判断第五按键是否按下，若第五按键按下，则结束本次操作，进入步骤 (2)，若第五按键没有按下，则判断第一按键是否按下，若第一按键按下，则进入步骤(4)；若第一按键没有按下，则判断第二按键是否按下，若第二按键按下，进入步骤(9)；若第二按键没有按下，则判断第三按键是否按下，若第三按键按下，进入步骤(16)；若第三按键没有按下，则判断第四按键是否按下，若第四按键按下，进入步骤(26)，若第四按键没有按下，进入步骤(2)；
步骤(4)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(5)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，完成后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，完成后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，完成后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，完成后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(5)；
步骤(5)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(6)；
步骤(6)：回到平躺姿势
从坐姿切换为平躺姿势：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，完成后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角；驱动第三行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板的支架触碰第六限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，回到平躺姿势，完成后进入步骤(7)；
步骤(7)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(8)；
步骤(8)：判断第一按键是否被松开，若第一按键松开，则停止动作，完成平躺与坐姿切换恢复训练，进入步骤(3)；若第一按键没有松开，则进入步骤(4)；
步骤(9)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(10)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(10)；
步骤(10)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(11)；
步骤(11)：回到平躺姿势
从坐姿切换为平躺姿势：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第三行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板的支架触碰第六限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，回到平躺姿势；完成后进入步骤(12)；
步骤(12)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(13)；
步骤(13)：回到站姿
从平躺姿势回到站立姿势：驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角，回到站姿，完成后进入步骤(14)；
步骤(14)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(15)；
步骤(15)：判断第二按键是否松开，若第二按键松开则停止动作，完成坐姿与站姿切换训练，进入步骤(2)；若第二按键没有松开则进入步骤(9)；
步骤(16)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(17)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(17)；
步骤(17)：执行站姿
从坐姿切换为站姿：驱动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第二行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角；回到站姿，完成后进入步骤(18)；
步骤(18)：开启第一/二压力传感器，完成后进入步骤(19)；
步骤(19)：开启光敏传感器，完成后进入步骤(20)；
步骤(20)：检测第一/二压力传感器数值超出阈值，若超出阈值则转入步骤 (23)；若没有超出则进入步骤(21)；
步骤(21)检测与光敏传感器相连的单片机管脚电平数据，完成后进入步骤 (22)；
步骤(22)：判断与光敏传感器相连的单片机管脚电平是否变化，若没有变化，则转入步骤(20)；若改变，则计步数加0.5，完成后进入步骤(23)；
步骤(23)判断第三按键是否松开，若第三按键没有松开，则转入步骤(20)，若第三按键松开，则进入步骤(24)，
步骤(24)：关断光敏传感器，完成后进入步骤(25)；
步骤(25)：关断第一/二压力传感器，完成踏步训练，进入步骤(3)；
步骤(26)：回到坐姿
检测智能轮椅的当前姿态，若当前姿态为坐姿，进入步骤(27)，反之，恢复坐姿：驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90 度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成后进入步骤(27)；
步骤(27)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(28)；
步骤(28)：收起踏板，完成后进入步骤(29)；
步骤(29)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(30)；
步骤(30)：回到站立姿态
从坐姿切换为站姿：动第一行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第二限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到180度角，然后驱动第二行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第四限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到180度角，然后回到站姿，单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(31)；
步骤(31)：开启红外对射开关，完成后进入步骤(32)；
步骤(32)：单片机的定时器清零并重新计时5s，完成后进入步骤(33)；
步骤(33)：开启第一/二压力传感器，完成后进入步骤(34)；
步骤(34)：根据红外对射开关状态调节形式速度，完成后进入步骤(35)
检测三组红外对射开关的状态，依据三组红外对射开关的状态判断使用者脚部与踏板的距离，当检测到使用者脚离踏板底部小于8cm时，刹车，停止行驶，当检测到使用者脚离踏板底部不小于8cm且小于16cm时，降低智能轮椅行驶速度，当检测到使用者脚离踏板底部大于16cm时，加快智能轮椅行驶速度；
步骤(35)：判断第一/二压力传感器数据是否超出阈值，若超出阈值，进入步骤(37)，若没有超出阈值，进入步骤(36)；
步骤(36)：检测第四按键状态，若检测到第四按键没有被松开则接步骤(34)，若检测到第四按键被松开，则转入步骤(37)；
步骤(37)：智能轮椅停止行驶，完成后进入步骤(38)；
步骤(38)：关闭红外对射开关，完成后进入步骤(39)；
步骤(39)：关闭第一/二压力传感器，完成后进入步骤(40)；
步骤(40)：恢复坐姿
驱动第一行程电机推出其伸出杆，使得连接该伸出杆的靠背的支架触碰第一限位开关的触点，然后停止第一行程电机运动，靠背相对于坐板旋转到90度角，然后驱动第二行程电机缩回其伸出杆，使得连接该伸出杆的坐板的支架触碰第三限位开关的触点，然后停止第二行程电机运动，坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角，然后驱动第三行程电机缩回伸出杆，使得连接该伸出杆的踏板支架触碰第五限位开关的触点，停止第三行程电机运动，使踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角，使智能轮椅恢复坐姿，完成行走训练，转入步骤(3)。
本实用新型通过在脚踏板上设置光敏传感器、在使用者进行辅助行走训练时，检测使用者脚部离轮椅踏板的距离，调整轮椅行驶速度，是轮椅能够跟随使用者，同时装在扶手处压力传感器检测使用者对扶手的压力大小，压力大于20 千克重力时停止行驶，并回坐姿，以降低使用者重心，防止摔倒，起到保护使用者的作用。
上面对本实用新型的实施方式做了详细说明。但是本实用新型并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，包括：
靠背，其设有靠背支架；
坐板，其设有坐板支架，该坐板支架与靠背支架通过旋转轴相连；
底盘，其设有底盘支架，底盘支架的前部设有两个主动轮，底盘支架的后部设有两个从动轮，底盘支架与坐板支架通过旋转轴相连；
控制箱，焊设于底盘支架的顶侧，控制箱包括壳体，在壳体中设有主控电路板和两个驱动器，主控电路板上焊设有单片机和陀螺仪传感器，陀螺仪传感器的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端与分别与两个驱动器的输入端相连；
控制器，布设于右扶手的外端部，控制器的输出端与单片机的输入端相连；
第一MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第一行程电机，其输入端与第一MOS管驱动模块的输出端相连，第一行程电机的底部通过销轴与坐板支架相连，第一行程电机的伸出杆的头部通过销轴与靠背支架相连；
第一限位开关，其通过螺钉固定于靠背支架，第一限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第二限位开关，其通过螺钉固定于底座支架，第二限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第二MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第二行程电机，其底部与底盘支架通过销轴连接，第二行程电机的伸出杆的顶部与坐板支架的中部通过销轴连接，第二MOS管驱动模块的输出端与第二行程电机的输入端相连；
第三限位开关，其通过螺钉固定于底座支架，第三限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第四限位开关，其通过螺钉固定于底盘支架，第四限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第三MOS管驱动模块，其输入端与单片机的输出端相连；
第三行程电机，其底部与底盘支架通过销轴相连，第三行程电机的伸出杆与踏板支架通过销轴相连，第三MOS管驱动模块的输出端与第三行程电机的输入端相连；
第五限位开关，通过螺钉固定于踏板支架，第五限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
第六限位开关，其通过螺钉固定于底盘支架，第六限位开关的输出端与单片机的输入端相连；
两个驱动电机，其通过安装板与底盘支架用螺钉相连，两个驱动器的输出端分别与两个驱动电机的输入端相连，两个驱动电机的伸出杆分别与一减速箱传动连接，减速箱分别与一主动轮传动连接；
多组红外对射开关，通过螺钉等间距布设于踏板两边钢管内侧，红外对射开关的输出端与单片机的输入端相连；
第一压力传感器，布设于左侧扶手上侧，第一压力传感器的输出端与单片机的输入端相连；
第二压力传感器，布设于右侧扶手上侧，第二压力传感器的输出端与单片机的输入端相连；
两个光敏传感器，对称布设于踏板顶面的两侧，光敏传感器的输出端与单片机的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，所述控制器包括：
第一按键，其与单片机的第一I/O管脚相连；
第二按键，其与单片机的第二I/O管脚相连；
第三按键，其与单片机的第三I/O管脚相连；
第四按键，其与单片机的第四I/O管脚相连；
第五按键，其与单片机的第五I/O管脚相连。
3.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，同侧相邻的两个红外对射开关的间距为8cm。
4.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第一限位开关为微动开关，当靠背相对于坐板旋转到90度角时，靠背支架触碰第一限位开关的触点，第一限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机发出停止运动的指令。
5.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第二限位开关为微动开关，当靠背相对于坐板旋转到180度角时，靠背支架触碰第二限位开关的触点，第二限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平后，则向第一行程电机发出停止运动的指令。
6.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第三限位开关为微动开关，当坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角时，坐板支架触碰第三限位开关的触点，第三限位开关与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机发出停止运动的指令。
7.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第四限位开关为微动开关，当坐板相对于底盘支架竖直杆旋转到0度角时，坐板支架触碰第四限位开关的触点，第四限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第二行程电机发出停止运动的指令。
8.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第五限位开关为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到5度角时，踏板支架触碰第五限位开关的触点，第五限位开关与单片机相连的管脚变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平时，则向第三行程电机发出停止运动的指令。
9.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，第六限位开关为微动开关，当踏板支架相对于底盘支架竖直杆旋转到90度角时，踏板支架触碰第六限位开关的触点，第六限位开关与单片机相连的管教变为高电平，单片机检测到该管脚电平为高电平，则向第三行程电机发出停止运动的指令。
10.根据权利要求1所述的一种具有康复功能的智能轮椅，其特征在于，单片机的型号为stm32f103rct6。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200211 |