[发明专利]一种轮椅稳定性检测装置与方法

权利要求书

1.一种轮椅稳定性检测装置，其特征在于，包括由矩形工作面板(1)，位于所述矩形工作面板(1)下方，自上而下依次设置的矩形上固定板(2)，矩形电路安置板(3)和矩形底板(4)，构成的平衡面板，在所述矩形上固定板(2)与所述矩形电路安置板(3)之间的每个角处各设有一个传感器(5)，在所述矩形上固定板(2)的两端各开设有一个U型槽口(20)，在与所述U型槽口(20)相对应的所述矩形底板(4)上连接有手柄(6)。

2.根据权利要求1所述的轮椅稳定性检测装置，其特征在于，所述传感器(5)通过连接结构(7)安装在所述矩形上固定板(2)与所述矩形电路安置板(3)之间；

所述连接结构(7)包括圆心处开设有锁紧孔(700)的橡胶柱(70)，依次位于所述橡胶柱(70)下方的隔板(701)和垫板(702)，所述传感器(5)位于所述橡胶柱(70)与所述隔板(701)之间；所述传感器(5)上预设有凹槽(704)，在所述凹槽(704)外侧设有若干螺栓孔，所述凹槽(704)的开口内设有与所述橡胶柱(70)圆心处的锁紧孔(700)相对应的连接孔(703)。

3.根据权利要求2所述的轮椅稳定性检测装置，其特征在于，所述垫板(702)上开设若干个与所述传感器(5)上的螺栓孔相对应的固定孔，在所述垫板(702)一边开设有半圆弧状固定槽(7020)。

4.根据权利要求2所述的轮椅稳定性检测装置，其特征在于，所述隔板(701)上均匀布置有分别与所述垫板(702)上的固定孔或所述传感器(5)的螺栓孔相对应的安装孔。

5.根据权利要求2所述的轮椅稳定性检测装置，其特征在于，所述锁紧孔(700)中容纳有连接栓(8)，所述连接栓(8)依次贯通所述连接孔(703)和所述半圆弧状固定槽(7020)。

6.根据权利要求1所述的轮椅稳定性检测装置，其特征在于，所述矩形工作面板(1)，矩形上固定板(2)，矩形电路安置板(3)，矩形底板(4)，以及所述连接结构(7)依次由螺栓固定连接。

7.一种利用权利要求1-7任一项所述的轮椅稳定性检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，所述平衡面板的中心点为坐标原点，a、b分别为所述平衡面板的长和宽，

设定作用在所述平衡面板上的负载质量为M，作用点坐标为(x,y)，测得四个传感器(5)的值分别为m₁,m₂,m₃,m₄,通过m₁,m₂,m₃,m₄,可得出M、x和y，

可计算得到M为：

M＝m₁+m₂+m₃+m₄

由力矩平衡规律得x、y分别为：

(m1+m3)×(a2+x)=(m2+m4)×(a2-x)⇒(m1+m3+m2+m4)x=a2(m2+m4-m1-m3)⇒x=a(m2+m4-m1-m3)2(m1+m3+m2+m4)]]>

y则可以通过下式计算：

(m1+m2)×(b2+y)=(m3+m4)×(b2-y)⇒(m1+m3+m2+m4)y=b2(m3+m4-m1-m2)⇒y=b(m3+m4-m1-m2)2(m1+m3+m2+m4)]]>

所述平衡面板上的负载及坐标的模型建立后，计算落在所述平衡面板上的轮椅车轮垂直方向的力，以及力的作用点坐标；

步骤二，相邻两个轮椅车轮在所述平衡面板上负载坐标点之间的距离计算，

设定轮椅的一个车轮编号为#1，在所述平衡面板上的负载和坐标分别为M₁，(x₁,y₁)，另一个车轮编号为#2，在所述平衡面板上的负载和坐标为M₂，(x₂,y₂)，所述平衡面板的坐标原点O₁和O₂之间的距离为L；两个车轮间的距离为D，

则这两个车轮间的距离D可计算得出：

步骤三，轮椅的中心点计算，

当轮椅的四个车轮分别落在四个所述平衡面板上时，通过四个平衡面板检测到的负载里及其坐标，可计算出轮椅的重心在所述平衡面板上的投影点的坐标，所述投影点的坐标为中心点COP；

由四个相同的所述平衡面板整齐布置，可组成系统的坐标系，在X轴方向，两个所述平衡面板之间距离为L，在Y轴方向两个所述平衡面板之间的距离为H，轮椅的四个车轮分别落在四个所述平衡面板上，测量并计算得出轮椅四个车轮在各个平衡面板上的负载分别为M₁、M₂、M₃和M₄，坐标分别为：(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)和(x₄,y₄)，计算轮椅质量M_c，以及其重心在以第一个所述平衡面板的原点O₁为原点的坐标系中的投影点COP(x_c,y_c)，轮椅的质量M_c可以由下式计算得：

M_C＝M₁+M₂+M₃+M₄

根据力矩平衡，由下式计算得x_c、y_c：

M1(xC-x1)+M2(xC-x2)=M3(L-xC+x3)+M4(L-xC+x4)⇒(M1+M2+M3+M4)xC=M3(L+x3)+M4(L+x4)-M1x1-M2x2⇒xC=M3(L+x3)+M4(L+x4)-M1x1-M2x2M1+M2+M3+M4]]>

M1(yC-y1)+M3(yC-y2)=M2(H-yC+y2)+M4(H-yC+y4)⇒(M1+M2+M3+M4)yC=M2(H+y2)+M4(H+y4)-M1y1-M2y2⇒yC=M2(H+y2)+M4(H+y4)-M1y1-M3y3M1+M2+M3+M4]]>

由上式求出COP(x_c,y_c)后，分析(x_c,y_c)与坐标点：(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)和(x₄,y₄)的位置关系，若(x_c,y_c)落入坐标点：(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)和(x₄,y₄)的范围之内，可判断轮椅稳定；

步骤四，轮椅重心点计算，

轮椅的重心点坐标为COG(x_c,y_c,z_c)，轮椅在水平位置时重心的高度h，轮椅绕X轴或Y轴转动的角度，可得出轮椅的重心点坐标为(x_c,y_c)；以坐标原点O为旋转中心，将轮椅沿Y轴逆时针旋转一定的角度再次计算轮椅的新的中心点为COP’(x’_c,y’_c)，即可计算出h，

h·thθ=xC-x′Ccosθ⇒h=xCtgθ-x′Csinθ]]>

计算出轮椅在水平位置时的重心的高度h后，通过实时计算轮椅的COP(x_c,y_c)，并测量轮椅在X轴投影的角度或Y轴上的投影角可计算轮椅的实时重心COG(x_c,y_c,z_c)；由于COP(x_c,y_c)可得出轮椅重心在Z轴上的坐标z_c，得求出COG(x_c,y_c,z_c)，通过角度传感器可测得轮椅所在的平面与水平面的夹角度得出

ZC=hcosα+xC·tgα]]>

可计算出轮椅在运动过程中的实时重心变化曲线。