專利名稱：智能輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動輪椅，特別涉及一種安裝有機械臂的智能輪椅。
技術(shù)背景隨著社會文明的發(fā)展進(jìn)步，保障和提高老年人以及殘障人士等弱勢群體的 生活質(zhì)量，已經(jīng)越來越受到社會各界人士的普遍關(guān)注。大量研究表明，有效增 強老年人以及殘障人士的行動能力，不僅使得他們的日常生活變得方便，而且 對他們的心理健康、自我評價、精神狀態(tài)也有著深遠(yuǎn)的影響。因此，發(fā)明了一 種操作方便、使用安全的智能輪椅，坐在輪椅上的人只須按動操縱桿，即可實 現(xiàn)輪椅的前進(jìn)、后退及左右轉(zhuǎn)彎，防跌落和防碰撞機構(gòu)使行駛更加安全，它為 老人和殘障人士提供了一種優(yōu)越的代步工具，仍存在一些問題，例如對于一部 分自理能力較差的老年人及殘障人士這僅僅是一種代步工具，并沒有使他們除 了移動之外的日常生活變得更加方便，比如拿取桌子上距離使用者手臂距離之 外的食物或飲料等。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明的目的，在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種安裝有機械臂 的智能輪椅，使使用者的日常生活變得更加方便，同時也具有很好的安全性。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種智能輪椅，包括車體、蓄電池、兩個驅(qū) 動電機、和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板，桌面內(nèi)安裝有控制輪椅 移動的電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)于輪椅一側(cè)的機械臂系統(tǒng)以 及用于控制機械臂系統(tǒng)的控制計算機、機械臂控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，電動 輪椅控制系統(tǒng)和機械臂控制系統(tǒng)分別與控制計算機電信相連，控制計算機還與 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。所述的機械臂系統(tǒng)包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夾指、七個關(guān)節(jié)，還包括為各關(guān)節(jié)提供電能的七個直流電機、防碰撞機構(gòu)和視覺傳感器，其中， 第一關(guān)節(jié)連接肩部和基座，第二關(guān)節(jié)連接前臂與肩部，第三關(guān)節(jié)連接上臂與前臂，第四關(guān)節(jié)連接上臂和手腕，第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)配合活動連接，并設(shè)于手腕與夾指之間，第七關(guān)節(jié)設(shè)于夾指上； 所述的七個直流電機均安裝于基座之內(nèi)；所述的防碰撞機構(gòu)包括用于檢測扭矩的傳感器，傳感器安裝于機械臂關(guān)節(jié) 中，并與所述的主控制系統(tǒng)電信相連；所述的視覺傳感器包括位于機械臂手腕上的攝像頭，通過USB接口與所述 的控制計算機相連。所述的控制計算機安裝于輪椅背部，包括與控制計算機電信相連的顯示 器、PCI-CAN卡、數(shù)字I/0卡、用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡以及 USB接口，其中，PCI-CAN卡、數(shù)字I/O卡和用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡均安 裝在控制計算機的插槽內(nèi)。所述的機械臂控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)電機控制器、關(guān)節(jié)限位開關(guān)、攝像頭、操 縱桿，其中，所述的關(guān)節(jié)電機控制器與控制計算機上的PCI-CAN卡電信相連，并分別與七組直流電機電信相連；所述的關(guān)節(jié)限位開關(guān)與控制計算機上的數(shù)字I/O卡電信相連； 所述的攝像頭設(shè)于機械臂的腕關(guān)節(jié)上，通過USB接口與控制計算機相連； 所述的操縱桿與控制計算機通過USB接口或無線網(wǎng)絡(luò)相連。 所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程計算機，該遠(yuǎn)程計算機內(nèi)設(shè)有用于與控制計算機無線通訊的無線網(wǎng)卡。本發(fā)明在原本僅僅只有代步功能的基礎(chǔ)上，安裝了機械臂系統(tǒng)，幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成適用于生活的基本動作，裝配了扭矩傳感器，令機械臂的使用具有很好的安全性。


圖1為本發(fā)明智能輪椅的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明智能輪椅所安裝的機械臂系統(tǒng)伸展?fàn)顟B(tài)結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明智能輪椅中的控制系統(tǒng)的控制框圖。
具體實施方式
參見圖l和圖2，本發(fā)明提供了一種智能輪椅，包括車體、蓄電池、兩個 驅(qū)動電機、和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板，桌面內(nèi)安裝有控制輪 椅移動的電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)于輪椅一側(cè)的機械臂系統(tǒng) 以及用于控制機械臂系統(tǒng)的控制計算機、機械臂控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，電 動輪椅控制系統(tǒng)和機械臂控制系統(tǒng)分別與控制計算機電信相連，控制計算機還 與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。所述的機械臂系統(tǒng)包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夾指、七個關(guān)節(jié)， 還包括為各關(guān)節(jié)提供電能的七個直流電機、防碰撞機構(gòu)和視覺傳感器，其中，第一關(guān)節(jié)l連接肩部和基座，第二關(guān)節(jié)2連接前臂與肩部，第三關(guān)節(jié)3連 接上臂與前臂，第四關(guān)節(jié)4連接上臂和手腕，第五關(guān)節(jié)5和第六關(guān)節(jié)6配合活 動連接，并設(shè)于手腕與夾指之間，第七關(guān)節(jié)7設(shè)于夾指上；所述的七個直流電機均安裝于基座之內(nèi)；所述的防碰撞機構(gòu)包括用于檢測扭矩的傳感器，傳感器安裝于機械臂關(guān)節(jié) 中，并與所述的主控制系統(tǒng)電信相連；所述的視覺傳感器包括位于機械臂手腕上的攝像頭，通過USB接口與所述 的控制計算機相連。參見圖3，本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)包括控制計算機11、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)8、 機械臂控制系統(tǒng)9和電動輪椅控制系統(tǒng)10，其中，控制計算機11分別與機械臂控制系統(tǒng)9和電動輪椅控制系統(tǒng)10電信相連， 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)8與控制計算機11通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)8包括遠(yuǎn)程計算機、MIC和操縱桿，該遠(yuǎn)程計算機內(nèi) 設(shè)有用于與控制計算機無線通訊的無線網(wǎng)卡，遠(yuǎn)程計算機分別與MIC和操縱桿 電信相連。所述的控制計算機11安裝于輪椅背部，包括與控制計算機11電信相連的 顯示器、PCI-CAN卡、數(shù)字I/0卡、用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡以及USB接口，其中，
PCI-CAN卡、數(shù)字I/O卡和用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡均安 裝在控制計算機的插槽內(nèi)。
所述的機械臂控制系統(tǒng)9包括關(guān)節(jié)電機控制器91、關(guān)節(jié)限位開92關(guān)、攝 像頭93、操縱桿94，其中，
所述的關(guān)節(jié)電機控制器91與控制計算機11上的PCI-CAN卡電信相連， 并分別與七組直流電機95電信相連；
所述的關(guān)節(jié)限位開關(guān)92與控制計算機11上的數(shù)字I/O卡電信相連；
所述的攝像頭93設(shè)于機械臂的腕關(guān)節(jié)上，通過USB接口與控制計算機11 相連；
所述的操縱桿94與控制計算機11通過USB接口或無線網(wǎng)絡(luò)相連。 所述的電動輪椅控制系統(tǒng)IO包括防跌落機構(gòu)103、防碰撞機構(gòu)102、操縱
桿104、攝像頭106、 DSP運動控制卡101和電機驅(qū)動器105，其中，
所述的DSP運動控制卡101通過RS232串口與控制計算機11通訊，還分
別與操縱桿104、電機驅(qū)動器105電信相連；
所述的攝像頭106設(shè)于車體上，通過USB接口與控制計算機11相連； 所述的防碰撞機構(gòu)102包括前方防碰撞機構(gòu)和后方防碰撞機構(gòu)，防碰撞機
構(gòu)102包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關(guān)，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，
碰撞開關(guān)與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關(guān)動作，并將開關(guān)信號傳輸給
DSP運動控制卡101;
所述的前方防碰撞機構(gòu)連接在腳踏板上，其緩沖桿伸出在腳踏板的前方；
所述的后方防碰撞機構(gòu)設(shè)置在車體下部的后緣，其緩沖桿伸出在兩后輪的后
方；
所述的防跌落機構(gòu)103包括兩個紅外測距傳感器，兩個紅外測距傳感器分 別設(shè)置在兩腳踏板的下側(cè)面并分別與DSP運動控制卡101的接口相連。 本發(fā)明具體使用方法說明如下
當(dāng)操作本發(fā)明拿取桌上的飲料瓶，操縱輪椅行至桌子附近停下。打開機械 臂操縱開關(guān)，通過操縱桿控制機械臂的7個關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)、俯仰、搖擺和抓取動 作，使夾指到達(dá)指定的位置和姿態(tài)，抓取飲料瓶。進(jìn)而操縱機械臂將將飲料瓶送至用戶嘴邊，用戶通過吸管將飲料吸入口中。飲用完畢，用戶可通過操縱桿 控制機械臂，將飲料瓶放回桌上。或者，
當(dāng)操作本發(fā)明拿取桌上的飲料瓶，操縱輪椅行至桌子附近停下。打開機械
臂操縱開關(guān)，通過MIC下達(dá)語音指令控制機械臂的7個關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)、俯仰、搖 擺和抓取動作，使夾指到達(dá)指定的位置和姿態(tài)，同時夾指上的攝像頭將捕捉到 的圖像信息發(fā)送至主控制系統(tǒng)，通過主控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析判斷是否為所 需拿取的物品，如果圖像信息符合要求則機械臂抓取飲料瓶。進(jìn)而操縱機械臂 將將飲料瓶送至用戶嘴邊，用戶通過吸管將飲料吸入口中。飲用完畢，用戶可 通過語音控制機械臂，將飲料瓶放回桌上。
本發(fā)明使電動輪椅不再僅僅是一種代步工具，通過控制7個關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)、 俯仰、搖擺和抓取動作，能以使夾指達(dá)到指定的三維位置和三維姿態(tài)，幫助生 活自理能力低的老年人或殘疾人完成適用于生活的基本動作，且在基座可移動 的情況下機械臂的三維位置重復(fù)精度小于2mm。本發(fā)明的最大提起重量為5kg， 能滿足日常生活的需要。
本發(fā)明還具有很好的安全性。當(dāng)扭矩達(dá)到一定值時，各個關(guān)節(jié)上的傳感器
發(fā)送信號至控制電路使機械臂停止動作，使輪椅不會發(fā)生側(cè)翻或撞擊以及其他 身體傷害，確保使用者的安全。
以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變 型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限 定。
權(quán)利要求
1、一種智能輪椅，包括車體、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板，桌面內(nèi)安裝有控制輪椅移動的電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)于輪椅一側(cè)的機械臂系統(tǒng)以及用于控制機械臂系統(tǒng)的控制計算機、機械臂控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，電動輪椅控制系統(tǒng)和機械臂控制系統(tǒng)分別與控制計算機電信相連，控制計算機還與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。
2、 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的機械臂系統(tǒng)包括 基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夾指、七個關(guān)節(jié)，還包括為各關(guān)節(jié)提供電能 的七個直流電機、防碰撞機構(gòu)和視覺傳感器，其中，第一關(guān)節(jié)連接肩部和基座，第二關(guān)節(jié)連接前臂與肩部，第三關(guān)節(jié)連接上臂 與前臂，第四關(guān)節(jié)連接上臂和手腕，第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)配合活動連接，并設(shè) 于手腕與夾指之間，第七關(guān)節(jié)設(shè)于夾指上；所述的七個直流電機均安裝于基座之內(nèi)；所述的防碰撞機構(gòu)包括用于檢測扭矩的傳感器，傳感器安裝于機械臂關(guān)節(jié) 中，并與所述的主控制系統(tǒng)電信相連；所述的視覺傳感器包括位于機械臂手腕上的攝像頭，通過USB接口與所述 的控制計算機相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的控制計算機安裝 于輪椅背部，包括與控制計算機電信相連的顯示器、PCI-CAN卡、數(shù)字I/0卡、 用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡以及USB接口 ，其中，PCI-CAN卡、數(shù)字I/O卡和用于與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)無線通訊的無線網(wǎng)卡均安 裝在控制計算機的插槽內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于所述的機械 臂控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)電機控制器、關(guān)節(jié)限位開關(guān)、攝像頭、操縱桿，其中，所述的關(guān)節(jié)電機控制器與控制計算機上的PCI-CAN卡電信相連，并分別 與七組直流電機電信相連；所述的關(guān)節(jié)限位開關(guān)與控制計算機上的數(shù)字I/O卡電信相連；所述的攝像頭設(shè)于機械臂的腕關(guān)節(jié)上，通過USB接口與控制計算機相連；所述的操縱桿與控制計算機通過USB接口或無線網(wǎng)絡(luò)相連。
5、如權(quán)利要求1所述的智能輪椅，其特征在于所述的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程計算機，該遠(yuǎn)程計算機內(nèi)設(shè)有用于與控制計算機無線通訊的無線網(wǎng)卡。
全文摘要
一種智能輪椅，包括車體、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、和電機驅(qū)動器，車體包含桌面和兩個腳踏板，桌面內(nèi)安裝有控制輪椅移動的電動輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于還包括設(shè)于輪椅一側(cè)的機械臂系統(tǒng)以及用于控制機械臂系統(tǒng)的控制計算機、機械臂控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該機械臂系統(tǒng)具有七個自由度。本發(fā)明在原本僅僅只有代步功能的基礎(chǔ)上，安裝了機械臂系統(tǒng)，幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成適用于生活的基本動作，同時具有很好的安全性，可滿足一部分老年人以及殘障人士等弱勢群體的需要，提高他們的生活質(zhì)量。
文檔編號A61G5/04GK101219082SQ200710173079
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者葉一枝, 房海濤, 李慕君, 軍 楊, 王景川, 陳衛(wèi)東 申請人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司;上海交通大學(xué)