基于麦克纳姆轮机构的智能轮椅的制作方法

技术领域：

本发明涉及轮椅，具体的说是一种能够完成各个方向或角度旋转，操作灵活、自由度大的基于麦克纳姆轮机构的智能轮椅。

背景技术：
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随着我国社会的老龄化趋势越来越严重，单独在家无人看护的老人的数量快速增加。很多老人由于年龄的原因出现行动不便的现象，从而需要轮椅辅助在家中活动。

目前市场的的轮椅仍然多为功能单一的机械式轮椅，功能单一，人工操作强度大，对老人的帮助不大。

随着新型传动技术和人工智能技术的发展，越来越多的机器人技术获得了广泛的应用。

麦克纳姆轮的特点是能够实现自由的全方向运动，这一特点非常适合于轮椅这种需要在狭窄空间运行的设备，将其应用在轮椅上必然能够提高轮椅的便捷性。此外，随着近年来人工智能技术和机器人技术的发展，语音控制、自动驾驶、自动避障、远程控制技术也逐步成熟，这些技术如果能够应用在轮椅上，将大幅度提高轮椅的智能性，可以实现各种便捷功能，服务于独居在家的老人。

技术实现要素：
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本发明针对现有技术中普通轮椅转动不便、灵活度欠佳等问题，提出了一种易于操作、自由度大的基于麦克纳姆轮机构的智能轮椅。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于麦克纳姆轮机构的智能轮椅，设有底座，其特征在于底座下方设有四个麦克纳姆轮，四个麦克纳姆轮分别经四个电动机独立驱动，底座的上侧设置控制器以及座椅，座椅包括扶手、椅座和椅背，其中与控制器相连接的操作面板设置在扶手上，控制器内设有用于控制四个电动机工作状态的电动机控制电路。

本发明中每一个麦克纳姆轮分别经一个步进电动机独立驱动，用于实现低成本的转角控制，这种底座运动机构可以通过控制每个轮子的驱动力矩和方向，实现轮椅底座在各种方向上的平移、原地转向，从而使整个装置具有高灵活性，能够在较为狭窄的空间内灵活移动，到达使用者的理想位置。

本发明进一步还设有测距电路，所述测距电路中设有激光雷达测距传感器或超声波雷达测距传感器，用于采集轮椅在行进过程中前方障碍物信息。

本发明优选设置一个单线激光雷达传感器和8个超声波雷达传感器来协同工作，完成对周围环境的感知，其中8个超声波雷达传感器分别安装在底座的前后左右外侧。

本发明还设有分别与控制器相连的无线通信电路、图像采集电路或语音通话机构，用于完成与外部移动通信设备或管控平台的数据沟通；所述无线通信电路可以采用市面常用的wifi模块或蓝牙模块或4g通信模块等。

本发明在智能控制终端和底座控制器的配合下，可以实现语音控制、自动避障、自动定位、智能运送和远程监护等多种智慧功能。其特征在于四个麦克纳姆轮的底座可以在底座控制器的控制下灵活的实现各个方向的平移和转向，采用智能控制终端与底座控制器的配合实现多种智慧功能；采用四个麦克纳姆轮，每个车轮拥有独立的驱动电机和控制装置，用于灵活的实现各个方向的移动和转向；底座控制器可以通过环境传感器进行服务区域的智能建立，并允许使用者在任意位置中标注停泊点。一旦停泊点设置完成，使用者可以将停泊点作为指令输入，轮椅能够在地图中进行自主定位和导航，自主的完成运送任务，包括智能的路径选择和自动的障碍物躲避等；此外可以与通用智能控制终端(如智能手机或平板电脑)，通过该智慧控制终端专用app，使用者可以通过语音或按键发出控制指令，并通过蓝牙或wifi的方式将指令发送给底座控制器，从而实现轮椅的语音控制、远程控制和自动接驳等功能；通过智慧控制终端通过wifi与互联网相连接，应用其上配置的摄像头及通话设备，可以实现使用者家人的远程看护和协助等功能。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的实施例1中动力驱动原理示意图。

附图3是本发明的一种原理框图。

附图标记：底座1、麦克纳姆轮2、电动机3、控制器4、座椅5、操作面板6、激光雷达测距传感器7、超声波雷达测距传感器8、测距电路9、无线通信电路10、图像采集电路11、语音通话机构12、电动机控制电路13。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了解决独居老人行动不便，远程监护困难等问题，本发明采用机器人技术和人工智能技术，结合先进的麦克纳姆轮，发明了一种能够自主规划和导航路径，自动避障，智能语音控制，运动灵活的智慧轮椅，同时解决了远程监护和医疗辅助等问题。轮椅的机械组成如图1所示，电气控制系统组成如图3所示。

本发明具体包括以下内容：(1)四轮驱动的麦克纳姆轮底座，如图1所示。本智慧轮椅采用四个麦克纳姆轮驱动，而不再使用常用的两轮式轮椅结构。每个轮采用一个独立的步进电机驱动，以实现低成本的转角控制。这种底座运动机构，可以通过每个轮的驱动力矩和方向，实现轮椅底座的各种方向的平移和原地转向，从而使轮椅具有很高的运动灵便性，能够在较为狭窄的空间内灵活的移动，到达使用者的理想位置；(2)底座控制器包含底座控制主机和电机驱动器，如图2所示。底座控制主机采用ros操作系统，运用单线激光雷达的即时定位与地图构建技术(slam技术)，实现服务区域的二维地图构建并进行实时概率匹配定位。当轮椅停止在任意位置时，底座控制主机允许使用者将其状态(包括位置、方向)设定为不同标记的停泊点。随后的在使用中，使用者可以通过输入目标停泊点的方式为轮椅下达指令，底盘控制器能够根据地图智能的规划路线并自主的将轮椅移动到目标停泊点，运动期间，轮椅可以自主避障绕过各种障碍物。这样可以大幅度的减小使用者的操作强度，增加舒适性和便利性。同时使用者也可以直接下达前进、后退等单步的控制指令对轮椅进行自由调节；(3)智能控制终端可以采用通用的智能手机或平板电脑来实现，应用其上配置的摄像头和通话设备，通过专门开发的手机app实现语音识别和无线通讯的指令发送。使用者可以通过语音输入控制指令，并通过无线通讯将指令发送给底座驱动器，从而实现轮椅的智能语音控制能力。(4)智能控制终端可以通过wifi与互联网相连接，允许使用者家人远程登录轮椅控制的app，通过智能终端上的摄像头和通话设备实现轮椅使用者的远程看护和协助功能。

实施例1：

如附图1所示，本发明提出了一种基于麦克纳姆轮机构的智能轮椅，设有底座1，底座1下方设有四个麦克纳姆轮2，四个麦克纳姆轮2分别经四个电动机3独立驱动，底座1的上侧设置控制器4以及座椅5，座椅5包括扶手、椅座和椅背，其中与控制器4相连接的操作面板6设置在扶手上，控制器4内设有用于控制四个电动机工作状态的电动机控制电路13；每一个麦克纳姆轮2分别经一个步进电动机独立驱动，用于实现低成本的转角控制，这种底座运动机构可以通过控制每个轮子的驱动力矩和方向，实现轮椅底座在各种方向上的平移、原地转向，从而使整个装置具有高灵活性，能够在较为狭窄的空间内灵活移动，到达使用者的理想位置；还设有测距电路9，所述测距电路中设有激光雷达测距传感器7或超声波雷达测距传感器8，用于采集轮椅在行进过程中前方障碍物信息，所选用的传感器均为市面成熟产品，具体电气连接方式为公知技术，此不赘述；优选设置一个单线激光雷达传感器7和8个超声波雷达传感器8来协同工作，完成对周围环境的感知，其中8个超声波雷达传感器分别安装在底座的前后左右外侧；还设有分别与控制器4相连的无线通信电路10、图像采集电路11或语音通话机构12，所述图像采集电路采用摄像头实现，用于完成与外部移动通信设备或管控平台的数据沟通；所采用的无线通信电路10、图像采集电路11、语音通话机构12均采用现有手段实现，此不赘述。

本发明在工作的过程中，通过一个控制器实现对四个独立的步进电动机旋转方向和转速的控制，进而控制底座上四个麦克纳姆轮的移动和转向，不仅可以实现底座以及底座上轮椅的前进、后退等各个方向的平移，还能够完成原地顺时针或逆时针转动；此外，本发明通过设置测距传感器获取周围环境的障碍物信息，通过设置无线通信电路，完成与外部智能终端或管控平台的数据沟通，进而实现路径规划等其他附属功能。