专利名称：电动轮椅控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电动轮椅技术领域，具体为一种电动轮椅控制装置及其控制方法。
背景技术：
对于有行走障碍的人都需要使用轮椅作为代步工具。目前全世界约有6. 5亿残障人，他们需要全社会予以更多的关注。老年人到一定年纪腿脚不便，也需要轮椅。我国现在的老年人已经占到全世界老人的22%，全亚洲的14%。去年年底我国65岁以上的老年人口统计数已达1. 67亿，据世界卫生组织的预测，2020年全球老年人口将达到6. 9亿。轮椅的市场空间极大。电动轮椅因有电机作为动力，省力，易操作，快而稳，已被广泛使用。电动轮椅控制装置是其核心部件，目前的控制装置有通过电脉冲信号控制的，有通过光栅式信号控制的， 还有各种传感器信号控制的。其操纵手柄大部分是底部为一圆球的摇杆，圆球的附近不同位置有传感器，操控时以非常有限的摆幅使圆球旋摆，使各传感器得到不同信号，控制中心根据各传感器信号的变化得到使用者需要达到的方向和速度。因为圆球旋摆的方位有限， 再加上地面不平的振动影响，各传感器的信号不明确也不稳定，从而导致方向定位及速度控制较为模糊、操控性能较差。电动轮椅的主要使用群体为残障人士、老年人和病患者，他们的反应能力不那么灵敏，对电动轮椅的操控性能就有更高要求，而且这也是安全使用电动轮椅的重要关键。因此迫切需要研制一种结构简洁，操控轨迹明确清晰，传感信号线性量化，使用安全可靠的电动轮椅控制装置以满足市场的需求。另一方面目前我国市场上的电动轮椅的核心控制部件大部份从国外进口，价格昂贵，对广大轮椅的特定消费群体造成一定的经济压力。降低成本也是电动轮椅控制装置新方案的主要目标之一。
发明内容
本发明的目的是设计一种电动轮椅控制装置及其控制方法，具有左右滑座和传感器，可方便准确地实现速度和方向的控制。本发明设计的电动轮椅控制装置，电动轮椅包括轮椅、左右电机及控制机构，左右电机分别驱动轮椅的左右车轮，左右电机与控制机构连接，控制机构连接电源，控制机构具有调节电机供电电流、控制电机转速和转动方向的电机电流调节模块，为控制电机转速和的机构。本控制装置连接控制机构。本控制装置有基座、手柄，基座安装于轮椅扶手前端， 便于操作。本控制装置的基座左右对称，基座前后各有导架，手柄轴处于中部，顶端为手柄， 手柄轴的左、右侧有与之垂直的左上导轴、右上导轴和左下导轴、右下导轴。左上导轴、右上导轴和左下导轴、右下导轴固定安装在基座的前后导架上。左下导轴、右下导轴分别穿过左差动滑块和右差动滑块的导向孔，左、右下导轴上还各穿有复位弹簧，复位弹簧位于导架和差动滑块之间。基座上有与左、右下导轴平行的2根导轨，左、右差动滑块底面一侧有轴向、 与导轨相配合的导槽，基座上的2导轨分别嵌于左、右差动滑块的导槽内，左、右差动滑块沿导轨滑动。左、右差动滑块底面的另一侧两端各嵌有一感应体，同一差动滑块2个感应体连线与下导轴平行。基座底面在左、右差动滑块感应体的滑动轨迹上各嵌有传感器，传感器的信号线与控制机构相连接。左、右差动滑块相对的内侧各为左差动齿条和右差动齿条、分别处于差动齿轮的左右侧、并与差动齿轮啮合。差动齿轮固定安装于手柄轴上，手柄滑架可转动地安装于手柄轴上、位于手柄和差动齿轮之间，手柄滑架左右各铰接有左、右滑套，左、 右滑套分别套在左上导轴和右上导轴上，差动齿轮位于手柄滑架下方、固定于手柄轴。当手柄处于零位，复位弹簧不受力，手柄滑架的左滑套、右滑套停于左上导轴、右上导轴中部、左差动滑块、右差动滑块停于左下导轴、右下导轴中部，左差动滑块、右差动滑块上的左差动齿条和右差动齿条与差动齿轮啮合。本控制装置还有制动机构。在基座底部前后各有下导架，下导架固定有一根底导轴，底导轴平行于左、右下导轴，手柄轴底部有制动滑架，制动滑架上有制动导孔，底导轴穿过制动导孔，且在底导轴上套有位于后导架、与制动滑架之间制动压簧。制动压簧的一端安装有制动传感器，其信号线接入控制机构。本控制装置连接的控制机构接有主控界面，其上安装有电源开关，还有倒车按键， 倒车按键与控制机构连接。下压倒车按键，控制机构使左、右电机反向转动，手柄前移和转动仍是控制左、右电机的转速大小。本控制装置可设置在轮椅左或右扶手的前端。本轮椅控制装置外壳设有T型弹珠固定槽，左和/或右扶手前端上有与T型弹珠固定槽配合的槽架，当本控制装置的T型弹珠固定槽卡入扶手的槽架，即可固定于扶手上。本电动轮椅控制装置的控制方法如下手柄处于零位，复位弹簧不受力，手柄滑架停于左、右上导轴中部、左、右差动滑块停于左、右下导轴中部；当手柄前移，差动齿轮带动左、右差动滑块前移，左、右差动滑块底部两端的感应体与基座上的左、右传感器的相对距离改变，左、右传感器信号送至控制机构，控制机构根据信号启动左、右电机带动左、右车轮转动。左、右差动齿条前移的距离决定左、右传感器信号的强弱，控制机构根据左、右传感器的信号控制左、右电机的转速。当手柄前移且向左或向右旋转时，根据手柄转动角度不同，差动齿轮带动左、右差动齿条移动的距离就不同，即左、右传感器发出信号大小不同，控制机构使左、右电机的转速不同，左、右车轮的不同转速故左、右轮行驶距离不同，从而轮椅行驶方向改变。本装置安装有制动机构时，当手柄处于零位，制动压簧不受力。当手柄后移压缩手柄轴带动制动滑架后移压缩制动压簧时，制动传感器的信号送至控制机构，控制机构根据该信号启动电磁刹车器，手柄后移的距离不同，制动弹簧压缩的程度不同，制动传感器送出的信号大小不同，决定电磁刹车器制动力的大小。本发明电动轮椅控制装置及其控制方法的优点为1、启动、加速、停车、制动便捷平稳，且不受地面不平颠簸振动的影响，还可屏蔽电磁干扰；2、操控灵活，转向灵敏、可180 度原地迥转；3、控制信号发生、传感均集成在本控制装置内，安装方便；4、感应器、传感器及控制机构均可采用市售元件，大幅度地降低了生产制造成本。
图1为本电动轮椅控制装置实施例的整体结构示意图2为本电动轮椅控制装置实施例取下手柄、手柄滑架和滑套后的结构示意图；图3为本电动轮椅控制装置实施例取下手柄、手柄滑架、滑套、手柄轴和左右上导轴后，差动滑块部分剖开的结构示意图；图4为本电动轮椅控制装置实施例取下差动滑块和左右下导轴后的结构示意图；图5为本电动轮椅控制装置实施例在轮椅扶手上的安装情况示意图。图内标号为1、手柄，2、手柄轴，3、手柄滑架，4、右滑套，5、复位弹簧，6、基座，61、 传感器，7、右下导轴，8、底导轴，9、制动滑架，10、制动压簧，11、制动传感器，12、下导架，13、 右差动滑块，131、右差动齿条，132、感应体，14、差动齿轮，15、右上导轴，16、导架，01、外壳， 02、主控界面，03、扶手，04、轮椅车架。
具体实施例方式电动轮椅控制装置实施例本例的电动轮椅包括轮椅、左右电机、控制机构及控制装置，左右电机分别驱动轮椅的左右车轮，左右电机与控制机构连接、控制机构连接电源，控制机构具有调节电机供电电流、控制电机转速和转动方向的电机电流调节模块，为控制电机转速和转动方向的机构。 本控制装置连接控制机构。如图1至图4所示，本控制装置有基座6、手柄1，基座6安装于轮椅扶手03，便于操作。本控制装置的基座6左右对称，图1中只对右侧部件进行标注。基座6前后各有导架16，手柄轴2处于中部，顶端为手柄1，手柄轴2的左、右侧有与之垂直的左上导轴、右上导轴15和左下导轴、右下导轴7。左上导轴、右上导轴15和左下导轴、右下导轴7固定安装在基座6的前后导架16上。左差动滑块和右差动滑块13均有轴向的导向孔，左下导轴、右下导轴7分别穿过左差动滑块和右差动滑块13的导向孔，左下导轴、右下导轴7上还各穿有复位弹簧5，复位弹簧5位于导架16和差动滑块之间。基座6上有与左下导轴、右下导轴7平行的2根导轨， 左差动滑块、右差动滑块13底面一侧有轴向、与导轨相配合的导槽，基座6上的2导轨分别嵌于左差动滑块、右差动滑块13的导槽内，左差动滑块、右差动滑块13沿导轨滑动。左差动滑块、右差动滑块13底面的另一侧两端各嵌有一感应体132，同一差动滑块2个感应体 132连线与轴线平行。基座6底面在左差动滑块、右差动滑块13感应体132的滑动轨迹上各嵌有传感器61，传感器61的信号线与控制机构相连接。左差动滑块、右差动滑块13相对的内侧为左差动齿条和右差动齿条131、分别处于差动齿轮14的左右侧、并与差动齿轮14 啮合。差动齿轮14位于手柄滑架3下方、固定安装于手柄轴2上。手柄滑架3经轴承可转动地安装于手柄轴2上、位于手柄1和差动齿轮14之间，手柄滑架3左右各铰接有左滑套、 右滑套4，左滑套、右滑套4分别套在左上导轴和右上导轴15上。当手柄1处于零位，复位弹簧5不受力，手柄滑架3的左滑套、右滑套4停于左上导轴、右上导轴15中部、左差动滑块、右差动滑块13停于左下导轴、右下导轴7中部，左差动滑块、右差动滑块13上的左差动齿条和右差动齿条131与差动齿轮14啮合。本例基座6底部前后各有下导架12。下导架12固定有一根底导轴8，底导轴8平行于左下导轴、右下导轴7，制动滑架9经轴承可转动地安装于手柄轴2底部，制动滑架9上有制动导孔，底导轴8穿过制动导孔，在底导轴8上套有位于后方的下导架12与制动滑架9 之间制动压簧10。制动压簧10的一端安装有制动传感器11，其信号线接入控制机构。制动压簧10的簧孔内有一限位拉绳，限位拉绳一端固定于基座后端的下导架12、另一端固定于制动压簧10靠近制动滑架9的一端，制动压簧10的最大延伸量程由限位拉绳的长度决定。手柄1处于零位，制动滑架9接近但不触及制动压簧10，制动传感器11处于非工作状态下，无制动信号发生。所述制动传感器11为磁感式霍尔传感器、或容栅传感器、或光栅传感器、或压阻式压力传感器。本控制装置的控制机构接有主控界面02，其上安装有电源开关，还有倒车按键，倒车按键与控制机构连接。下压倒车按键，控制机构使左、右电机反向转动，手柄1前移和转动仍控制左、右电机的转速大小。如图5所示，本控制装置固定安装于外壳01内，设置在轮椅左或右扶手03上，扶手03安装于轮椅的车架04上。外壳01底部设有T型弹珠固定槽，左和/或右扶手03上有与T型弹珠固定槽配合的槽架，当本控制装置的外壳01的T型弹珠固定槽卡入扶手03 的槽架，本控制装置即可固定于扶手03上。拆装方便、安装稳固。电动轮椅控制装置的控制方法实施例以上述电动轮椅控制装置的实施例说明本控制方法实施例，具体如下手柄1处于零位，复位弹簧5不受力，手柄滑架3停于左上导轴、右上导轴15中部、左差动滑块、右差动滑块13停于左下导轴、右下导轴7中部；当手柄1前移，手柄滑架3 沿左上导轴、右上导轴15轴向前移。差动齿轮14带动左差动滑块、右差动滑块13前移，左差动滑块、右差动滑块13底部两端的感应体132与基座6上的左、右传感器61的相对距离改变，左、右传感器61信号送至控制机构，控制机构根据信号启动左、右电机带动左、右车轮转动。左、右差动齿条前移的距离决定左、右传感器信号的强弱，控制机构根据左、右传感器的信号控制左、右电机的转速。当手柄1前移且向左或向右旋转时，根据手柄1转动角度不同，差动齿轮14带动左、右差动齿条移动的距离就不同，即左、右传感器发出信号大小不同，控制机构使左、右电机的转速不同，左、右车轮的不同转速故左、右轮行驶距离不同，从而轮椅行驶方向改变。本例控制装置安装有制动机构，手柄1处于零位，制动滑架9接近但不触及制动压簧10，制动压簧10不受力，制动传感器11处于非工作状态下，无制动信号发生。当手柄1 后移，手柄轴2带动制动滑架9后移压缩制动压簧10，制动传感器11的信号送至控制机构， 控制机构根据该信号启动电磁刹车器，手柄1后移的力不同，制动弹簧10压缩的程度不同， 制动传感器11送出的信号大小不同，决定电磁刹车器制动力的大小。由以上所述可知，手柄1从零位前移即加速，回到零位即减速至零，从零位向前的位移量与速度成正比；手柄1左右旋动，控制方向，转角大小与轮椅转动角度成正比；手柄1 后移即制动，后移距离与制动力成正比。，当手柄1不受外力时，复位弹簧5和制动弹簧10 使手柄1回复到零位。下压倒车按键，控制机构使左、右电机反向转动，手柄1的前移和转动仍是控制左、右电机的转速大小，手柄1的后移仍为制动。因手柄滑架3和制动滑架9均经轴承安装于手柄轴2上，手柄1带动手柄轴2及差动弹簧14可灵活转动，在与手柄轴2垂直的平面上的转动角度为120度。在行驶过程中， 仅需稍微转动手柄1，视转动角度大小而任意改变行驶方向。
复位弹簧5的弹性应力小于制动压簧10的张力，自动复位时，复位弹簧5无法推动制动滑架9，需要外力后压手柄1才能压动制动压簧10使制动传感器11发出制动信号。 指压最大操作力度> 13. 5/N，手柄1的后压力大小决定制动力的大小，符合国家标准(GB/ T18029.3/-2008/7176-3 :2003)。上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.电动轮椅控制装置，电动轮椅包括轮椅、左右电机及控制机构，左右电机分别驱动轮椅的左右车轮，左右电机与控制机构连接，控制机构具有调节电机供电电流、控制电机转速和转动方向的电机电流调节模块，控制电机转速和转动方向的控制机构连接电源；控制装置连接控制机构；其特征在于所述控制装置有基座(6)、手柄(1)，基座(6)安装于轮椅扶手(02)，基座(6)左右对称，基座(6)前、后各有导架(16)，手柄轴⑵处于中部，顶端为手柄(1)，手柄轴(2)的左、 右侧有与之垂直的左上导轴、右上导轴(15)和左下导轴、右下导轴(7)；左上导轴、右上导轴(15)和左下导轴、右下导轴(7)固定安装在基座(6)的前、后的导架(16)上；左差动滑块和右差动滑块(1 均有轴向的导向孔，左下导轴、右下导轴(7)分别穿过左差动滑块和右差动滑块(1 的导向孔，左下导轴、右下导轴(7)上还各穿有复位弹簧 (5)，复位弹簧( 位于导架(16)和差动滑块之间；基座(6)上有与左下导轴、右下导轴(7) 平行的2根导轨，左差动滑块、右差动滑块(1 底面一侧有轴向、与导轨相配合的导槽，基座(6)上的2导轨分别嵌于左差动滑块、右差动滑块(1 的导槽内，左差动滑块、右差动滑块(1 沿导轨滑动；左差动滑块、右差动滑块(1 底面的另一侧两端各嵌有一感应体 (132)，同一差动滑块2个感应体(13 连线与下导轴平行；基座(6)底面在左差动滑块、右差动滑块(1 感应体的滑动轨迹上各嵌有传感器(61)，传感器(61)的信号线与控制机构相连接；左差动滑块、右差动滑块(1 相对的内侧为左差动齿条和右差动齿条(131)、分别处于差动齿轮(14)的左右侧、并与差动齿轮(14)啮合；差动齿轮(14)位于手柄滑架(3) 下方、固定安装于手柄轴(2)上；手柄滑架(3)可转动地安装于手柄轴(2)上、位于手柄(1) 和差动齿轮(14)之间，手柄滑架(3左右各铰接有左滑套、右滑套(4，左滑套、右滑套0分别套在左上导轴和右上导轴(15上；当手柄(1处于零位，复位弹簧(5不受力，手柄滑架(3) 的左滑套、右滑套(4)停于左上导轴、右上导轴(1 中部、左差动滑块、右差动滑块(13)停于左下导轴、右下导轴(7)中部，左差动滑块、右差动滑块(1 上的左差动齿条和右差动齿条(131)与差动齿轮(14)啮合。
2.根据权利要求1所述的电动轮椅控制装置，其特征在于所述基座(6)底部前后各有下导架(1 ；下导架(1 固定有一根底导轴(8)，底导轴 (8)平行于左下导轴、右下导轴(7)，制动滑架(9)可转动地安装于手柄轴( 底部，制动滑架(9)上有制动导孔，底导轴(8)穿过制动导孔，在底导轴(8)上套有制动压簧(10)，制动压簧(10)位于后方的下导架(1 与制动滑架(9)之间；制动压簧(10)的一端安装有制动传感器(11)，其信号线接入控制机构；手柄⑴处于零位，制动滑架(9)接近但不触及制动压簧(10)，制动传感器(11)处于非工作状态下，无制动信号发生。
3.根据权利要求2所述的电动轮椅控制装置，其特征在于所述制动压簧(10)的簧孔内有一限位拉绳，限位拉绳一端固定于基座(6)后端的下导架(12)、另一端固定于制动压簧(10)靠近制动滑架(9)的一端。
4.根据权利要求2所述的电动轮椅控制装置，其特征在于所述制动传感器(11)为磁感式霍尔传感器、或容栅传感器、或光栅传感器、或压阻式压力传感器。
5.根据权利要求1所述的电动轮椅控制装置，其特征在于所述控制机构接有主控界面(02)，其上安装有电源开关，还有倒车按键，倒车按键与控制机构连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动轮椅控制装置，其特征在于所述控制装置安装在轮椅左或右扶手(0 的前端；所述控制装置的外壳(01)设有T 型弹珠固定槽，左和/或右扶手(0 上有与T型弹珠固定槽配合的槽架，外壳(01)的T型弹珠固定槽卡入扶手(0 的槽架、所述控制装置固定于扶手(0 上。
7.根据权利要求1所述的电动轮椅控制装置的控制方法，其特征在于所述电动轮椅控制装置的手柄(1)处于零位，复位弹簧( 不受力，手柄滑架C3)停于左上导轴、右上导轴(1 中部、左差动滑块、右差动滑块(1 停于左下导轴、右下导轴(7) 中部；当手柄(1)前移，手柄滑架C3)沿左上导轴、右上导轴(1 轴向前移；差动齿轮(14) 带动左差动滑块、右差动滑块(1 前移，左差动滑块、右差动滑块(1 底部两端的感应体 (132)与基座(6)上的左、右传感器(61)的相对距离改变，左、右传感器(61)信号送至控制机构，控制机构根据信号启动左、右电机带动左、右车轮转动；左、右差动齿条前移的距离决定左、右传感器(61)信号的强弱，控制机构根据左、右传感器(61)的信号控制左、右电机的转速；当手柄⑴前移且向左或向右旋转时，根据手柄⑴转动角度不同，差动齿轮(14)带动左、右差动齿条移动的距离不同，左、右传感器(61)发出信号大小不同，控制机构使左、 右电机的转速不同，轮椅行驶方向改变。
8.根据权利要求7所述的电动轮椅控制装置的控制方法，其特征在于所述基座(6)底部前后各有下导架(12)，下导架(1 固定有一根底导轴(8)，底导轴 (8)平行于左下导轴、右下导轴(7)，制动滑架(9)可转动地安装于手柄轴( 底部，制动滑架(9)上有制动导孔，底导轴(8)穿过制动导孔，在底导轴(8)上套有制动压簧(10)，制动压簧(10)位于后方的下导架(1 与制动滑架(9)之间；制动压簧(10)的一端安装有制动传感器(11)，其信号线接入控制机构；手柄(1)处于零位，制动滑架(9)接近但不触及制动压簧(10)，制动传感器(11)处于非工作状态下，无制动信号发生；当手柄(1)后移，手柄轴( 带动制动滑架(9)后移压缩制动压簧(10)，制动传感器 (11)的信号送至控制机构，控制机构根据该信号启动电磁刹车器，手柄(1)后移的力不同， 制动传感器(11)送出的信号大小不同，决定电磁刹车器制动力的大小。
全文摘要
本发明为电动轮椅控制装置及其控制方法，本控制装置顶端为手柄的手柄轴左右为安装于基座导架的左右上导轴和左右下导轴。左右下导轴分别穿过左右差动滑块和复位弹簧。基座的2导轨嵌于差动滑块底面导槽内。差动滑块底面嵌有2感应体，基座嵌有与控制机构相接的传感器，二差动滑块内侧的差动齿条与手柄轴上的差动齿轮啮合。装于手柄轴的手柄滑架分别铰接二上导轴的滑套。固定于基座下导架的底导轴穿过手柄轴底部的制动滑架和制动压簧，二者之间的制动传感器接控制机构。控制方法为手柄前移或转动，二差动滑块移动，传感器信号给控制机构、调节二轮转速，轮椅直行加减速或转向，手柄后移制动。本发明对电动轮椅操控便捷平稳灵活。
文档编号A61G5/04GK102525755SQ201110347489
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月5日 优先权日2011年11月5日
发明者陈戈平 申请人:桂林埃力克电控智能车业制造有限公司, 陈戈平