一種自動跟隨輪椅的制作方法
【專利摘要】本實用新型一種自動跟隨輪椅，屬于輪椅【技術(shù)領(lǐng)域】，該輪椅的陪行人員不需要攜帶任何電子設(shè)備，人體位姿數(shù)據(jù)完全由激光雷達(dá)捕捉，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性更強(qiáng)；激光雷達(dá)的高度可以自由調(diào)節(jié)，不使用跟隨功能時可以隱藏，方便使用和運(yùn)輸；從輪椅結(jié)構(gòu)上，升降桿升降動力由步進(jìn)電機(jī)提供，控制步距較為準(zhǔn)確，且成本較低；齒輪齒條動力傳輸結(jié)構(gòu)，承載力大，傳動精度較高，可達(dá)0.1mm；可無限長度對接延續(xù)，符合升降桿升降要求；傳動速度可以很高，響應(yīng)快；滑軌與齒條固定結(jié)構(gòu)能更好地保證升降桿剛度，滑軌滑塊結(jié)構(gòu)限制了升降桿的左右前后竄動，提高整體穩(wěn)定性。
【專利說明】一種自動跟隨輪椅

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于輪椅【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自動跟隨輪椅。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有輪椅有手動和電動兩種。手動輪椅依靠乘坐者自己驅(qū)動或由他人推行的輪椅。自走型手動輪椅后輪帶手推圈，乘坐者自行驅(qū)動。護(hù)理型手動輪椅后輪不帶手推圈，需要由護(hù)理人員推行。電動輪椅能夠通過搖桿等傳感設(shè)備控制方向和速度。但是當(dāng)有陪護(hù)人員伴行時，仍需要人工控制。
[0003]輪椅的發(fā)展趨勢是智能性、功能性、舒適性、操作便利性。本實用新型的自動跟隨輪椅，即能夠?qū)崿F(xiàn)對陪行人員的自動跟隨，而省去了人為控制；當(dāng)鎖定跟隨陪行人員目標(biāo)后，能夠不受周圍其他行人的干擾，保證連續(xù)不斷的跟蹤陪行人員；另一方面，在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，我國人口老齡化問題日益凸顯，醫(yī)療護(hù)理人員短缺。
[0004]目前，在輪椅結(jié)構(gòu)方面，尚未有能夠?qū)崿F(xiàn)輪椅跟隨的結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型提出一種自動跟隨輪椅，以達(dá)到降低成本、提高精確性和穩(wěn)定性的目的。
[0006]—種自動跟隨輪椅,包括輪椅、激光雷達(dá)傳感器、步進(jìn)電機(jī)、齒輪、齒條、滑軌、第一滑塊、第二滑塊、支撐架、控制單元、控制單元支架、第一直流電機(jī)、第一減速器、第二直流電機(jī)和第二減速器；其中，
[0007]所述的支撐架設(shè)置于輪椅背面的一側(cè)，步進(jìn)電機(jī)固定設(shè)置于支撐架的外側(cè)，且其輸出軸穿過支撐架的側(cè)壁與支撐架內(nèi)側(cè)的齒輪連接，所述的齒輪與齒條嚙合連接，齒條背面與滑軌背面固定連接，所述的滑軌嵌入第一滑塊和第二滑塊的凹槽內(nèi)，第一滑塊固定設(shè)置于支撐架的上端，第二滑塊固定設(shè)置于支撐架的下端，激光雷達(dá)傳感器固定設(shè)置于滑軌上端;
[0008]所述的齒輪轉(zhuǎn)動帶動齒條和滑軌上下移動；
[0009]所述的第一直流電機(jī)固定設(shè)置于輪椅一個輪子內(nèi)側(cè)支架上，第一直流電機(jī)的輸出軸連接第一減速器的一端，第一減速器的另一端連接上述輪子的中心軸；第二直流電機(jī)固定設(shè)置于輪椅另一個輪子內(nèi)側(cè)支架上，第二直流電機(jī)的輸出軸連接第二減速器的一端，第二減速器的另一端連接上述輪子的中心軸；
[0010]所述的控制單元通過控制單元支架固定于輪椅座椅下端，控制單元的輸入端連接激光雷達(dá)傳感器的輸出端，控制單元的第一輸出端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端，控制單元的第二輸出端連接第一直流電機(jī)的輸入端，控制單元的第三輸出端連接第二直流電機(jī)的輸入端。
[0011]所述的控制單元包括單片機(jī)、H橋電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，其中，單片機(jī)的第一輸出端連接H橋電路的輸入端，H橋電路的第一輸出端連接第一直流電機(jī)的輸入端，H橋電路的第二輸出端連接第二直流電機(jī)的輸入端，單片機(jī)的第二輸出端連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的輸入端，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的輸出端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端。
[0012]所述的激光雷達(dá)傳感器的高度與被跟隨人員肩膀高度相同。
[0013]本實用新型優(yōu)點:
[0014]本實用新型一種自動跟隨輪椅，該輪椅的陪行人員不需要攜帶任何電子設(shè)備，人體位姿數(shù)據(jù)完全由激光雷達(dá)捕捉，結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性更強(qiáng)；激光雷達(dá)的高度可以自由調(diào)節(jié)，不使用跟隨功能時可以隱藏，方便使用和運(yùn)輸；從輪椅結(jié)構(gòu)上，升降桿升降動力由步進(jìn)電機(jī)提供，控制步距較為準(zhǔn)確，且成本較低；齒輪齒條動力傳輸結(jié)構(gòu)，承載力大，傳動精度較高，可達(dá)0.1mm;可無限長度對接延續(xù)，符合升降桿升降要求；傳動速度可以很高，響應(yīng)快；滑軌與齒條固定結(jié)構(gòu)能更好地保證升降桿剛度，滑軌滑塊結(jié)構(gòu)限制了升降桿的左右前后竄動，提高整體穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型一種實施例的自動跟隨輪椅右視圖；
[0016]圖2為本實用新型一種實施例的自動跟隨輪椅右視圖中A向向視圖放大圖；
[0017]圖3為本實用新型一種實施例的自動跟隨輪椅主視圖；
[0018]圖4為本實用新型一種實施例的自動跟隨輪椅右視圖中B區(qū)域放大圖；
[0019]圖5為本實用新型一種實施例的控制單元單片機(jī)電路原理圖；
[0020]圖6為本實用新型一種實施例的H橋電路原理圖；
[0021]圖7為本實用新型一種實施例的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型一種實施例做進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1、圖2和圖3所示，本實施例中，自動跟隨輪椅包括輪椅(包括輪椅本體I和車輪2)、激光雷達(dá)傳感器4、步進(jìn)電機(jī)10、齒輪9、齒條8、滑軌5、第一滑塊6、第二滑塊(圖中被遮擋，未進(jìn)行標(biāo)注)、支撐架7、控制單元11、控制單元支架12、第一直流電機(jī)3、第一減速器13、第二直流電機(jī)14和第二減速器15。
[0024]本實施例中，驅(qū)動輪椅輪子的第一直流電機(jī)3和第二直流電機(jī)14型號均為Z55D250-24，第一減速器13和第二減速器15的型號均為5⑶50K(B);驅(qū)動升降桿(齒條8和滑軌5)的步進(jìn)電機(jī)10型號為42BYGH47-401A，激光雷達(dá)型號為URG-04LX-UG01。
[0025]如圖2所示，支撐架7設(shè)置于輪椅本體I背面的一側(cè)，步進(jìn)電機(jī)10固定設(shè)置于支撐架7的外側(cè)，且其輸出軸穿過支撐架7的側(cè)壁與支撐架7內(nèi)側(cè)的齒輪9連接，所述的齒輪9與齒條8嚙合連接，齒條8背面與滑軌5背面固定連接，所述的滑軌5嵌入第一滑塊6和第二滑塊的凹槽內(nèi)，如圖4所示，第一滑塊6固定設(shè)置于支撐架7的上端a，第二滑塊固定設(shè)置于支撐架7的下端b，激光雷達(dá)傳感器4固定設(shè)置于滑軌5上端。
[0026]本實施例中，機(jī)械結(jié)構(gòu)是在普通輪椅基礎(chǔ)上構(gòu)建，支撐架7與輪椅后背的金屬板焊接固定。步進(jìn)電機(jī)10通過螺釘與支撐架7固定。第一滑塊6和第二滑塊通過螺釘與支撐架固定。步進(jìn)電機(jī)10通過平鍵帶動齒輪9，齒輪9與齒條8嚙合。齒條8與滑軌5焊接在一起，構(gòu)成升降桿。激光雷達(dá)傳感器4通過螺栓與升降桿頂端固定?；瑝K的凹槽固定滑軌的上下運(yùn)動，實現(xiàn)激光雷達(dá)傳感器4水平高度上的升降功能。
[0027]如圖3所示，第一直流電機(jī)3固定設(shè)置于輪椅輪子2內(nèi)側(cè)支架(輪椅本體I)上，第一直流電機(jī)3的輸出軸連接第一減速器13的一端,第一減速器13的另一端連接上述輪子2的中心軸；第二直流電機(jī)14固定設(shè)置于輪椅輪子16內(nèi)側(cè)支架(輪椅本體I)上，第二直流電機(jī)14的輸出軸連接第二減速器15的一端，第二減速器15的另一端連接輪子16的中心軸；
[0028]如圖1所示，本實施例中，控制單元11通過控制單元支架12固定于輪椅本體I座椅下端，控制單元11的輸入端P3.0連接激光雷達(dá)傳感器4的輸出端，控制單元11的第一輸出端連接步進(jìn)電機(jī)10的輸入端，控制單元11的第二輸出端連接第一直流電機(jī)3的輸入端，控制單元11的第三輸出端連接第二直流電機(jī)14的輸入端。
[0029]本實施例中，控制單元11包括單片機(jī)、H橋電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，本實施例中，如圖5所示，單片機(jī)芯片型號為89C51，給電機(jī)供電的24V直流電源；如圖6所示，采用大功率H橋電路PWM調(diào)速；如圖7所示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路采用芯片為L298型號；其中，如圖5所示，單片機(jī)的輸出端PWMl?PWM4連接H橋電路的輸入端PWMl?PWM4，如圖6所示，H橋電路的輸出端M0T0R2連接第一直流電機(jī)3的輸入端，H橋電路的輸出端M0T0R3連接第二直流電機(jī)的輸入端，如圖5所示，單片機(jī)的輸出端Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3連接驅(qū)動電路的輸入端P1.0、P1.UPl.2、P1.3，如圖7所示，驅(qū)動電路的輸出端M0T0R1連接步進(jìn)電機(jī)10的輸入端。
[0030]本實施例中，當(dāng)啟動跟隨時，齒輪驅(qū)動電機(jī)通過帶動齒輪旋轉(zhuǎn)、齒條平移，保證激光雷達(dá)與陪行者的肩部平齊。
【權(quán)利要求】
1.一種自動跟隨輪椅，其特征在于，包括輪椅、激光雷達(dá)傳感器、步進(jìn)電機(jī)、齒輪、齒條、滑軌、第一滑塊、第二滑塊、支撐架、控制單元、控制單元支架、第一直流電機(jī)、第一減速器、第二直流電機(jī)和第二減速器；其中， 所述的支撐架設(shè)置于輪椅背面的一側(cè)，步進(jìn)電機(jī)固定設(shè)置于支撐架的外側(cè)，且其輸出軸穿過支撐架的側(cè)壁與支撐架內(nèi)側(cè)的齒輪連接，所述的齒輪與齒條嚙合連接，齒條背面與滑軌背面固定連接，所述的滑軌嵌入第一滑塊和第二滑塊的凹槽內(nèi)，第一滑塊固定設(shè)置于支撐架的上端，第二滑塊固定設(shè)置于支撐架的下端，激光雷達(dá)傳感器固定設(shè)置于滑軌上端; 所述的齒輪轉(zhuǎn)動帶動齒條和滑軌上下移動； 所述的第一直流電機(jī)固定設(shè)置于輪椅一個輪子內(nèi)側(cè)，第一直流電機(jī)的輸出軸連接第一減速器的一端，第一減速器的另一端連接上述輪子的中心軸；第二直流電機(jī)固定設(shè)置于輪椅另一個輪子內(nèi)側(cè)，第二直流電機(jī)的輸出軸連接第二減速器的一端，第二減速器的另一端連接上述輪子的中心軸； 所述的控制單元通過控制單元支架固定于輪椅座椅下端，控制單元的輸入端連接激光雷達(dá)傳感器的輸出端，控制單元的第一輸出端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端，控制單元的第二輸出端連接第一直流電機(jī)的輸入端，控制單元的第三輸出端連接第二直流電機(jī)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動跟隨輪椅，其特征在于，所述的控制單元包括單片機(jī)、H橋電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，其中，單片機(jī)的第一輸出端連接H橋電路的輸入端，H橋電路的第一輸出端連接第一直流電機(jī)的輸入端，H橋電路的第二輸出端連接第二直流電機(jī)的輸入端，單片機(jī)的第二輸出端連接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的輸入端，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的輸出端連接步進(jìn)電機(jī)的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動跟隨輪椅，其特征在于，所述的激光雷達(dá)傳感器的高度與被跟隨人員肩膀高度相同。
【文檔編號】A61G5/04GK203915264SQ201420286799
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】郭愛波, 王宏, 鄭興文, 李木巖 申請人:東北大學(xué)