一种自动跟随轮椅的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种自动跟随轮椅，属于轮椅【技术领域】，该轮椅的陪行人员不需要携带任何电子设备，人体位姿数据完全由激光雷达捕捉，结构简单，适应性更强；激光雷达的高度可以自由调节，不使用跟随功能时可以隐藏，方便使用和运输；从轮椅结构上，升降杆升降动力由步进电机提供，控制步距较为准确，且成本较低；齿轮齿条动力传输结构，承载力大，传动精度较高，可达0.1mm；可无限长度对接延续，符合升降杆升降要求；传动速度可以很高，响应快；滑轨与齿条固定结构能更好地保证升降杆刚度，滑轨滑块结构限制了升降杆的左右前后窜动，提高整体稳定性。
【专利说明】一种自动跟随轮椅
【技术领域】
[0001]本实用新型属于轮椅【技术领域】，具体涉及一种自动跟随轮椅。
【背景技术】
[0002]现有轮椅有手动和电动两种。手动轮椅依靠乘坐者自己驱动或由他人推行的轮椅。自走型手动轮椅后轮带手推圈，乘坐者自行驱动。护理型手动轮椅后轮不带手推圈，需要由护理人员推行。电动轮椅能够通过摇杆等传感设备控制方向和速度。但是当有陪护人员伴行时，仍需要人工控制。
[0003]轮椅的发展趋势是智能性、功能性、舒适性、操作便利性。本实用新型的自动跟随轮椅，即能够实现对陪行人员的自动跟随，而省去了人为控制；当锁定跟随陪行人员目标后，能够不受周围其他行人的干扰，保证连续不断的跟踪陪行人员；另一方面，在医疗卫生领域，我国人口老龄化问题日益凸显，医疗护理人员短缺。
[0004]目前，在轮椅结构方面，尚未有能够实现轮椅跟随的结构。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种自动跟随轮椅，以达到降低成本、提高精确性和稳定性的目的。
[0006]—种自动跟随轮椅,包括轮椅、激光雷达传感器、步进电机、齿轮、齿条、滑轨、第一滑块、第二滑块、支撑架、控制单元、控制单元支架、第一直流电机、第一减速器、第二直流电机和第二减速器；其中，
[0007]所述的支撑架设置于轮椅背面的一侧，步进电机固定设置于支撑架的外侧，且其输出轴穿过支撑架的侧壁与支撑架内侧的齿轮连接，所述的齿轮与齿条啮合连接，齿条背面与滑轨背面固定连接，所述的滑轨嵌入第一滑块和第二滑块的凹槽内，第一滑块固定设置于支撑架的上端，第二滑块固定设置于支撑架的下端，激光雷达传感器固定设置于滑轨上端;
[0008]所述的齿轮转动带动齿条和滑轨上下移动；
[0009]所述的第一直流电机固定设置于轮椅一个轮子内侧支架上，第一直流电机的输出轴连接第一减速器的一端，第一减速器的另一端连接上述轮子的中心轴；第二直流电机固定设置于轮椅另一个轮子内侧支架上，第二直流电机的输出轴连接第二减速器的一端，第二减速器的另一端连接上述轮子的中心轴；
[0010]所述的控制单元通过控制单元支架固定于轮椅座椅下端，控制单元的输入端连接激光雷达传感器的输出端，控制单元的第一输出端连接步进电机的输入端，控制单元的第二输出端连接第一直流电机的输入端，控制单元的第三输出端连接第二直流电机的输入端。
[0011]所述的控制单元包括单片机、H桥电路和步进电机驱动电路，其中，单片机的第一输出端连接H桥电路的输入端，H桥电路的第一输出端连接第一直流电机的输入端，H桥电路的第二输出端连接第二直流电机的输入端，单片机的第二输出端连接步进电机驱动电路的输入端，步进电机驱动电路的输出端连接步进电机的输入端。
[0012]所述的激光雷达传感器的高度与被跟随人员肩膀高度相同。
[0013]本实用新型优点:
[0014]本实用新型一种自动跟随轮椅，该轮椅的陪行人员不需要携带任何电子设备，人体位姿数据完全由激光雷达捕捉，结构简单，适应性更强；激光雷达的高度可以自由调节，不使用跟随功能时可以隐藏，方便使用和运输；从轮椅结构上，升降杆升降动力由步进电机提供，控制步距较为准确，且成本较低；齿轮齿条动力传输结构，承载力大，传动精度较高，可达0.1mm;可无限长度对接延续，符合升降杆升降要求；传动速度可以很高，响应快；滑轨与齿条固定结构能更好地保证升降杆刚度，滑轨滑块结构限制了升降杆的左右前后窜动，提高整体稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型一种实施例的自动跟随轮椅右视图；
[0016]图2为本实用新型一种实施例的自动跟随轮椅右视图中A向向视图放大图；
[0017]图3为本实用新型一种实施例的自动跟随轮椅主视图；
[0018]图4为本实用新型一种实施例的自动跟随轮椅右视图中B区域放大图；
[0019]图5为本实用新型一种实施例的控制单元单片机电路原理图；
[0020]图6为本实用新型一种实施例的H桥电路原理图；
[0021]图7为本实用新型一种实施例的步进电机驱动电路原理图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
[0023]如图1、图2和图3所示，本实施例中，自动跟随轮椅包括轮椅(包括轮椅本体I和车轮2)、激光雷达传感器4、步进电机10、齿轮9、齿条8、滑轨5、第一滑块6、第二滑块(图中被遮挡，未进行标注)、支撑架7、控制单元11、控制单元支架12、第一直流电机3、第一减速器13、第二直流电机14和第二减速器15。
[0024]本实施例中，驱动轮椅轮子的第一直流电机3和第二直流电机14型号均为Z55D250-24，第一减速器13和第二减速器15的型号均为5⑶50K(B);驱动升降杆(齿条8和滑轨5)的步进电机10型号为42BYGH47-401A，激光雷达型号为URG-04LX-UG01。
[0025]如图2所示，支撑架7设置于轮椅本体I背面的一侧，步进电机10固定设置于支撑架7的外侧，且其输出轴穿过支撑架7的侧壁与支撑架7内侧的齿轮9连接，所述的齿轮9与齿条8啮合连接，齿条8背面与滑轨5背面固定连接，所述的滑轨5嵌入第一滑块6和第二滑块的凹槽内，如图4所示，第一滑块6固定设置于支撑架7的上端a，第二滑块固定设置于支撑架7的下端b，激光雷达传感器4固定设置于滑轨5上端。
[0026]本实施例中，机械结构是在普通轮椅基础上构建，支撑架7与轮椅后背的金属板焊接固定。步进电机10通过螺钉与支撑架7固定。第一滑块6和第二滑块通过螺钉与支撑架固定。步进电机10通过平键带动齿轮9，齿轮9与齿条8啮合。齿条8与滑轨5焊接在一起，构成升降杆。激光雷达传感器4通过螺栓与升降杆顶端固定。滑块的凹槽固定滑轨的上下运动，实现激光雷达传感器4水平高度上的升降功能。
[0027]如图3所示，第一直流电机3固定设置于轮椅轮子2内侧支架(轮椅本体I)上，第一直流电机3的输出轴连接第一减速器13的一端,第一减速器13的另一端连接上述轮子2的中心轴；第二直流电机14固定设置于轮椅轮子16内侧支架(轮椅本体I)上，第二直流电机14的输出轴连接第二减速器15的一端，第二减速器15的另一端连接轮子16的中心轴；
[0028]如图1所示，本实施例中，控制单元11通过控制单元支架12固定于轮椅本体I座椅下端，控制单元11的输入端P3.0连接激光雷达传感器4的输出端，控制单元11的第一输出端连接步进电机10的输入端，控制单元11的第二输出端连接第一直流电机3的输入端，控制单元11的第三输出端连接第二直流电机14的输入端。
[0029]本实施例中，控制单元11包括单片机、H桥电路和步进电机驱动电路，本实施例中，如图5所示，单片机芯片型号为89C51，给电机供电的24V直流电源；如图6所示，采用大功率H桥电路PWM调速；如图7所示，步进电机驱动电路采用芯片为L298型号；其中，如图5所示，单片机的输出端PWMl?PWM4连接H桥电路的输入端PWMl?PWM4，如图6所示，H桥电路的输出端M0T0R2连接第一直流电机3的输入端，H桥电路的输出端M0T0R3连接第二直流电机的输入端，如图5所示，单片机的输出端Pl.0、Pl.1、Pl.2、Pl.3连接驱动电路的输入端P1.0、P1.UPl.2、P1.3，如图7所示，驱动电路的输出端M0T0R1连接步进电机10的输入端。
[0030]本实施例中，当启动跟随时，齿轮驱动电机通过带动齿轮旋转、齿条平移，保证激光雷达与陪行者的肩部平齐。
【权利要求】
1.一种自动跟随轮椅，其特征在于，包括轮椅、激光雷达传感器、步进电机、齿轮、齿条、滑轨、第一滑块、第二滑块、支撑架、控制单元、控制单元支架、第一直流电机、第一减速器、第二直流电机和第二减速器；其中， 所述的支撑架设置于轮椅背面的一侧，步进电机固定设置于支撑架的外侧，且其输出轴穿过支撑架的侧壁与支撑架内侧的齿轮连接，所述的齿轮与齿条啮合连接，齿条背面与滑轨背面固定连接，所述的滑轨嵌入第一滑块和第二滑块的凹槽内，第一滑块固定设置于支撑架的上端，第二滑块固定设置于支撑架的下端，激光雷达传感器固定设置于滑轨上端; 所述的齿轮转动带动齿条和滑轨上下移动； 所述的第一直流电机固定设置于轮椅一个轮子内侧，第一直流电机的输出轴连接第一减速器的一端，第一减速器的另一端连接上述轮子的中心轴；第二直流电机固定设置于轮椅另一个轮子内侧，第二直流电机的输出轴连接第二减速器的一端，第二减速器的另一端连接上述轮子的中心轴； 所述的控制单元通过控制单元支架固定于轮椅座椅下端，控制单元的输入端连接激光雷达传感器的输出端，控制单元的第一输出端连接步进电机的输入端，控制单元的第二输出端连接第一直流电机的输入端，控制单元的第三输出端连接第二直流电机的输入端。
2.根据权利要求1所述的自动跟随轮椅，其特征在于，所述的控制单元包括单片机、H桥电路和步进电机驱动电路，其中，单片机的第一输出端连接H桥电路的输入端，H桥电路的第一输出端连接第一直流电机的输入端，H桥电路的第二输出端连接第二直流电机的输入端，单片机的第二输出端连接步进电机驱动电路的输入端，步进电机驱动电路的输出端连接步进电机的输入端。
3.根据权利要求1所述的自动跟随轮椅，其特征在于，所述的激光雷达传感器的高度与被跟随人员肩膀高度相同。
【文档编号】A61G5/04GK203915264SQ201420286799
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】郭爱波, 王宏, 郑兴文, 李木岩 申请人:东北大学