专利名称：智能轮椅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动轮椅，特别涉及一种安装有机械臂的智能轮椅。
技术背景随着社会文明的发展进步，保障和提高老年人以及残障人士等弱势群体的 生活质量，已经越来越受到社会各界人士的普遍关注。大量研究表明，有效增 强老年人以及残障人士的行动能力，不仅使得他们的日常生活变得方便，而且 对他们的心理健康、自我评价、精神状态也有着深远的影响。因此，发明了一 种操作方便、使用安全的智能轮椅，坐在轮椅上的人只须按动操纵杆，即可实 现轮椅的前进、后退及左右转弯，防跌落和防碰撞机构使行驶更加安全，它为 老人和残障人士提供了一种优越的代步工具，仍存在一些问题，例如对于一部 分自理能力较差的老年人及残障人士这仅仅是一种代步工具，并没有使他们除 了移动之外的日常生活变得更加方便，比如拿取桌子上距离使用者手臂距离之 外的食物或饮料等。发明内容发明的目的，在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种安装有机械臂 的智能轮椅，使使用者的日常生活变得更加方便，同时也具有很好的安全性。本发明的目的是这样实现的 一种智能轮椅，包括车体、蓄电池、两个驱 动电机、和电机驱动器，车体包含桌面和两个脚踏板，桌面内安装有控制轮椅 移动的电动轮椅控制系统，其特征在于还包括设于轮椅一侧的机械臂系统以 及用于控制机械臂系统的控制计算机、机械臂控制系统和远程控制系统，电动 轮椅控制系统和机械臂控制系统分别与控制计算机电信相连，控制计算机还与 远程控制系统通过无线网络进行通讯。所述的机械臂系统包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夹指、七个关节，还包括为各关节提供电能的七个直流电机、防碰撞机构和视觉传感器，其中， 第一关节连接肩部和基座，第二关节连接前臂与肩部，第三关节连接上臂与前臂，第四关节连接上臂和手腕，第五关节和第六关节配合活动连接，并设于手腕与夹指之间，第七关节设于夹指上； 所述的七个直流电机均安装于基座之内；所述的防碰撞机构包括用于检测扭矩的传感器，传感器安装于机械臂关节 中，并与所述的主控制系统电信相连；所述的视觉传感器包括位于机械臂手腕上的摄像头，通过USB接口与所述 的控制计算机相连。所述的控制计算机安装于轮椅背部，包括与控制计算机电信相连的显示 器、PCI-CAN卡、数字I/0卡、用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡以及 USB接口，其中，PCI-CAN卡、数字I/O卡和用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡均安 装在控制计算机的插槽内。所述的机械臂控制系统包括关节电机控制器、关节限位开关、摄像头、操 纵杆，其中，所述的关节电机控制器与控制计算机上的PCI-CAN卡电信相连，并分别与七组直流电机电信相连；所述的关节限位开关与控制计算机上的数字I/O卡电信相连； 所述的摄像头设于机械臂的腕关节上，通过USB接口与控制计算机相连； 所述的操纵杆与控制计算机通过USB接口或无线网络相连。 所述的远程控制系统包括远程计算机，该远程计算机内设有用于与控制计算机无线通讯的无线网卡。本发明在原本仅仅只有代步功能的基础上，安装了机械臂系统，帮助生活自理能力低的老年人或残疾人完成适用于生活的基本动作，装配了扭矩传感器，令机械臂的使用具有很好的安全性。
图1为本发明智能轮椅的立体结构示意图；图2为本发明智能轮椅所安装的机械臂系统伸展状态结构图； 图3为本发明智能轮椅中的控制系统的控制框图。
具体实施方式
参见图l和图2，本发明提供了一种智能轮椅，包括车体、蓄电池、两个 驱动电机、和电机驱动器，车体包含桌面和两个脚踏板，桌面内安装有控制轮 椅移动的电动轮椅控制系统，其特征在于还包括设于轮椅一侧的机械臂系统 以及用于控制机械臂系统的控制计算机、机械臂控制系统和远程控制系统，电 动轮椅控制系统和机械臂控制系统分别与控制计算机电信相连，控制计算机还 与远程控制系统通过无线网络进行通讯。所述的机械臂系统包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夹指、七个关节， 还包括为各关节提供电能的七个直流电机、防碰撞机构和视觉传感器，其中，第一关节l连接肩部和基座，第二关节2连接前臂与肩部，第三关节3连 接上臂与前臂，第四关节4连接上臂和手腕，第五关节5和第六关节6配合活 动连接，并设于手腕与夹指之间，第七关节7设于夹指上；所述的七个直流电机均安装于基座之内；所述的防碰撞机构包括用于检测扭矩的传感器，传感器安装于机械臂关节 中，并与所述的主控制系统电信相连；所述的视觉传感器包括位于机械臂手腕上的摄像头，通过USB接口与所述 的控制计算机相连。参见图3，本发明所述的控制系统包括控制计算机11、远程控制系统8、 机械臂控制系统9和电动轮椅控制系统10，其中，控制计算机11分别与机械臂控制系统9和电动轮椅控制系统10电信相连， 远程控制系统8与控制计算机11通过无线网络进行通讯。所述的远程控制系统8包括远程计算机、MIC和操纵杆，该远程计算机内 设有用于与控制计算机无线通讯的无线网卡，远程计算机分别与MIC和操纵杆 电信相连。所述的控制计算机11安装于轮椅背部，包括与控制计算机11电信相连的 显示器、PCI-CAN卡、数字I/0卡、用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡以及USB接口，其中，
PCI-CAN卡、数字I/O卡和用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡均安 装在控制计算机的插槽内。
所述的机械臂控制系统9包括关节电机控制器91、关节限位开92关、摄 像头93、操纵杆94，其中，
所述的关节电机控制器91与控制计算机11上的PCI-CAN卡电信相连， 并分别与七组直流电机95电信相连；
所述的关节限位开关92与控制计算机11上的数字I/O卡电信相连；
所述的摄像头93设于机械臂的腕关节上，通过USB接口与控制计算机11 相连；
所述的操纵杆94与控制计算机11通过USB接口或无线网络相连。 所述的电动轮椅控制系统IO包括防跌落机构103、防碰撞机构102、操纵
杆104、摄像头106、 DSP运动控制卡101和电机驱动器105，其中，
所述的DSP运动控制卡101通过RS232串口与控制计算机11通讯，还分
别与操纵杆104、电机驱动器105电信相连；
所述的摄像头106设于车体上，通过USB接口与控制计算机11相连； 所述的防碰撞机构102包括前方防碰撞机构和后方防碰撞机构，防碰撞机
构102包括缓冲杆、回位弹簧和碰撞开关，回位弹簧连接在缓冲杆与车体之间，
碰撞开关与回位弹簧相连由回位弹簧触动其开关动作，并将开关信号传输给
DSP运动控制卡101;
所述的前方防碰撞机构连接在脚踏板上，其缓冲杆伸出在脚踏板的前方；
所述的后方防碰撞机构设置在车体下部的后缘，其缓冲杆伸出在两后轮的后
方；
所述的防跌落机构103包括两个红外测距传感器，两个红外测距传感器分 别设置在两脚踏板的下侧面并分别与DSP运动控制卡101的接口相连。 本发明具体使用方法说明如下
当操作本发明拿取桌上的饮料瓶，操纵轮椅行至桌子附近停下。打开机械 臂操纵开关，通过操纵杆控制机械臂的7个关节的回转、俯仰、摇摆和抓取动 作，使夹指到达指定的位置和姿态，抓取饮料瓶。进而操纵机械臂将将饮料瓶送至用户嘴边，用户通过吸管将饮料吸入口中。饮用完毕，用户可通过操纵杆 控制机械臂，将饮料瓶放回桌上。或者，
当操作本发明拿取桌上的饮料瓶，操纵轮椅行至桌子附近停下。打开机械
臂操纵开关，通过MIC下达语音指令控制机械臂的7个关节的回转、俯仰、摇 摆和抓取动作，使夹指到达指定的位置和姿态，同时夹指上的摄像头将捕捉到 的图像信息发送至主控制系统，通过主控制系统的软件进行分析判断是否为所 需拿取的物品，如果图像信息符合要求则机械臂抓取饮料瓶。进而操纵机械臂 将将饮料瓶送至用户嘴边，用户通过吸管将饮料吸入口中。饮用完毕，用户可 通过语音控制机械臂，将饮料瓶放回桌上。
本发明使电动轮椅不再仅仅是一种代步工具，通过控制7个关节的回转、 俯仰、摇摆和抓取动作，能以使夹指达到指定的三维位置和三维姿态，帮助生 活自理能力低的老年人或残疾人完成适用于生活的基本动作，且在基座可移动 的情况下机械臂的三维位置重复精度小于2mm。本发明的最大提起重量为5kg， 能满足日常生活的需要。
本发明还具有很好的安全性。当扭矩达到一定值时，各个关节上的传感器
发送信号至控制电路使机械臂停止动作，使轮椅不会发生侧翻或撞击以及其他 身体伤害，确保使用者的安全。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变 型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限 定。
权利要求
1、一种智能轮椅，包括车体、蓄电池、两个驱动电机、和电机驱动器，车体包含桌面和两个脚踏板，桌面内安装有控制轮椅移动的电动轮椅控制系统，其特征在于还包括设于轮椅一侧的机械臂系统以及用于控制机械臂系统的控制计算机、机械臂控制系统和远程控制系统，电动轮椅控制系统和机械臂控制系统分别与控制计算机电信相连，控制计算机还与远程控制系统通过无线网络进行通讯。
2、 如权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于所述的机械臂系统包括 基座、肩部、上臂、前臂、手腕、夹指、七个关节，还包括为各关节提供电能 的七个直流电机、防碰撞机构和视觉传感器，其中，第一关节连接肩部和基座，第二关节连接前臂与肩部，第三关节连接上臂 与前臂，第四关节连接上臂和手腕，第五关节和第六关节配合活动连接，并设 于手腕与夹指之间，第七关节设于夹指上；所述的七个直流电机均安装于基座之内；所述的防碰撞机构包括用于检测扭矩的传感器，传感器安装于机械臂关节 中，并与所述的主控制系统电信相连；所述的视觉传感器包括位于机械臂手腕上的摄像头，通过USB接口与所述 的控制计算机相连。
3. 如权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于所述的控制计算机安装 于轮椅背部，包括与控制计算机电信相连的显示器、PCI-CAN卡、数字I/0卡、 用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡以及USB接口 ，其中，PCI-CAN卡、数字I/O卡和用于与远程控制系统无线通讯的无线网卡均安 装在控制计算机的插槽内。
4. 根据权利要求1所述的智能轮椅控制系统，其特征在于所述的机械 臂控制系统包括关节电机控制器、关节限位开关、摄像头、操纵杆，其中，所述的关节电机控制器与控制计算机上的PCI-CAN卡电信相连，并分别 与七组直流电机电信相连；所述的关节限位开关与控制计算机上的数字I/O卡电信相连；所述的摄像头设于机械臂的腕关节上，通过USB接口与控制计算机相连；所述的操纵杆与控制计算机通过USB接口或无线网络相连。
5、如权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于所述的远程控制系统包括远程计算机，该远程计算机内设有用于与控制计算机无线通讯的无线网卡。
全文摘要
一种智能轮椅，包括车体、蓄电池、两个驱动电机、和电机驱动器，车体包含桌面和两个脚踏板，桌面内安装有控制轮椅移动的电动轮椅控制系统，其特征在于还包括设于轮椅一侧的机械臂系统以及用于控制机械臂系统的控制计算机、机械臂控制系统和远程控制系统，该机械臂系统具有七个自由度。本发明在原本仅仅只有代步功能的基础上，安装了机械臂系统，帮助生活自理能力低的老年人或残疾人完成适用于生活的基本动作，同时具有很好的安全性，可满足一部分老年人以及残障人士等弱势群体的需要，提高他们的生活质量。
文档编号A61G5/04GK101219082SQ200710173079
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者叶一枝, 房海涛, 李慕君, 军 杨, 王景川, 陈卫东 申请人:上海电气集团股份有限公司;上海交通大学