[发明专利]一种基于三维霍尔操纵杆的全向电动轮椅控制系统

说明书

本发明涉及自动控制技术领域，特别是一种基于三维霍尔操纵杆的全向电动轮椅控制系统，与现有技术相比，该系统采用4轮全向驱动，实现了任意方向移动和原地转动，很好地适应了空间狭窄、障碍物多的环境，让电动轮椅能在家里使用更方便；采用轮椅状态显示和轮椅运动控制使用不同控制器进行并行处理，通过总线实现控制器之间的信息交互，既保证控制系统的实时性，又能让系统具备良好的可扩展性；无刷直流电机通过位置闭环实现速度调整，提高了全向轮转动速度的平稳性，此外，通过位置实现速度调整而使得全向轮椅四个轮子速度的同步性更好，因此，轮椅的运动更加平稳；加入了完善的电量检测、液晶显示、急停处理、座椅升降模块，增强了人性化以及安全性能。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是一种基于三维霍尔操纵杆的全向电动轮椅控制系统。

背景技术

中国人口老龄化不断加剧，由于疾病或者生理缺陷而行动不便的人口数量也不断增加，这些人因行动不便而影响生活质量的问题成为社会关注的重点问题之一。电动轮椅作为一种简单、便捷、经济的交通工具，极大提高了老年人跟残疾人的行动能力，进而提高了他们的生活质量。但是目前市场上普通的两轮驱动电动轮椅的转弯控制或者转弯半径大，或者需要先自转到特定角度后再向前移动，转弯运动效率低，在家里这种障碍物多的复杂的环境中操纵十分方便，影响了电动轮椅的适用性，此外，现有全向轮椅控制系统多采用单一控制器集中控制方式，缺乏总线结构，可扩展性差，不利于轮椅的智能化控制。

发明内容

为解决现有技术中电动轮椅所存在的缺陷和问题，提供一种基于三维霍尔操纵杆的全向电动轮椅控制系统。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的一种基于三维霍尔操纵杆的全向电动轮椅控制系统包括三维霍尔操纵杆、操纵杆控制器、主控制电路板、副控制电路板、电源模块、液晶显示模块、轮椅座椅升降模块和电机伺服驱动模块以及4个全向轮；所述的操纵杆控制器采集三维霍尔操纵杆的三路输出电压信号，根据电压信号计算三维运动控制信息后，将信息发送给主控制电路板；所述主控制电路板对运动控制信息进行处理，根据4个全向轮的运动控制模型计算获得每个轮子所需转速和转向，再发送电机速度及转向对应的控制信号给电机伺服驱动模块，以驱动4个无刷直流电机，电机通过行星轮减速器减速后，带动全向轮转动，进而控制轮椅全向运动，该运动包括任意角度的平面移动和绕垂直地面中心轴的自转，同时把轮椅当前移动和转动速度值发送给副控制电路板；所述副控制电路板接收主控制电路板信号，检测电池剩余电量，并统计剩余里程数，然后驱动液晶显示模块显示当前轮椅速度、剩余里程数和剩余电量信息；所述电源模块给整个电路系统供电；所述轮椅座椅升降模块控制座椅的升高与下降。

所述的全向轮椅的4个全向轮在平面上的分布为：(1)4个轮子中心点的平面投影在同一个圆上，圆的半径为R；(2)轮椅前进方向右前侧轮子W1中心点平面投影与圆心O的连线L1，与垂直前进方向的右侧直线L2的夹角为A1度；(3)指向轮子外侧的轮子转轴L3与L2的夹角为A2度；(4)轮椅前进方向右后侧轮子W4与W1相对直线L2为镜像分布，轮椅前进方向左侧轮子W2、W3与右侧轮子W4、W1相对轮椅前进方向直线L为镜像分布。