根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的方法和装置与流程

本发明涉及移动小车的检测方法，尤其是涉及一种根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的方法和装置。

背景技术：

随着智能控制和锂电池技术的发展，电动车技术获得了飞速的发展。电动轮椅车，对于一些老年人群或有残疾的人群来说，被认为是现在最理想的代步工具，尤其是日益严重的老龄化使电动轮椅成为老年人的生活必需品。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，我国电动车市场也非常火爆。由于智能电动轮椅主要面向的是老年人和行动不便人士，其安全性提出更高的要求。

据统计，全球使用轮椅者约1亿人，其中，每年约10％的人在使用轮椅的过程中发生过事故，其中，60％以上是由于轮椅平衡性不佳引起的。同时，这些事例比例还在逐年增加。

目前，根据国家标准gb/t-2012《电动轮椅车》，轮椅耐久性试验是通过双轮滚动试验完成，该实验能够直接检测轮椅的耐久性，只能间接检测出平衡性。轮椅能否直线行进则依靠斜坡自由滑行试验完成，虽然直观简单，但是需要大量人力物力和时间。

专利《一种轮椅稳定性检测装置与方法，201710589767.7》公开了一种将轮椅放在四角有传感器的平台上，根据平台受力情况计算重心的方法。但是不能解决轮椅在行进过程中是否平衡(包括两只轮子高度一致和左右轮平行度)。

技术实现要素：

1、发明目的。

由于轮椅的前后和左右轮的直径大小并不完全相同，对于其平衡和偏转难以得到有效测试，本发明为了解决这一问题，而提出了一种根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的方法和装置。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明为了精确测试轮椅的平衡问题，提供了一种根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的装置，包括平行设置两半径相等的轴承，轮椅前轮放置在一个轴承上，后轮放置在一个轴承上，可随着轴承的滚动带动轮椅前轮和后轮滚动；轴承设有自转驱动电动机，通过电动机速度设置调节轮椅双轮的摩擦力，传感器埋藏在铁皮、布或塑料中，然后包裹在滚动轴承上，形成传感层。

本发明的另一种测试位置安装方式，平行设置两半径相等的轴承，轮椅前轮放置在一个轴承上，后轮放置在一个轴承上，可随着轴承的滚动带动轮椅前轮和后轮滚动；轴承设有自转驱动电动机，通过电动机速度设置调节轮椅双轮的摩擦力，包裹在轮椅的轮胎外表面。

本发明的另一种测试位置安装方式，平行设置两半径相等的轴承，轮椅前轮放置在一个轴承上，后轮放置在一个轴承上，可随着轴承的滚动带动轮椅前轮和后轮滚动；轴承设有自转驱动电动机，通过电动机速度设置调节轮椅双轮的摩擦力，传感器直接在或者靠近轮胎与轴承接触点安装，传感器不随车轮或轴承滚动而运动。

本发明提出的上述三种根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的装置，所述的轴承为半径25-100厘米。

本发明提出的根据加速度矢量球判定电动智能轮椅平衡性的方法，其特征在于按照如下步骤进行:

步骤1、开动电动智能轮椅，设定速度，轴承随着转动，带动轴承的电动机根据测试要求决定设定功率；

步骤2、加速度传感器开始工作，测量三维加速度，测量频率不低于10次/转，即轮胎转动一次，最少要测量10次；测量的相对误差不高于10％；

步骤3、测量在轮椅运行速度不变后开始，测量的结果输入电脑软件，形成三维加速度球形图；根据球体积判断平衡：

(1)如果球体积很小，说明运行过程中，上下，左右，前后平衡性很好，轮子和轴承不需要给于很多外力保持轮椅平衡运行；

(2)如果体积比较大，则说明需要的外力比较大；

(3)如果加速度的中心不再原点，说明长时间需要某一方向的外力来保持平衡；

步骤4、根据左右两个轮子的平均加速度判断轮子是否偏转：

(1)左右两个轮子的垂直向上平均加速度方向相反，则说明轮子不一样高；

(2)左右两个轮子的加速度平均值在平衡范围内，且方向相同，说明轮椅朝同一方向偏移，左偏或右偏；方向相反，则朝外偏或内偏。

更进一步，所述的步骤4中，设加速度球体体积为v，对应半径为r；

(1)如果加速度矢量球的球心对应的加速度值大于15％*r，或多次测量后加速度矢量球的体积变化大于15％*v，判定为严重不平衡；

(2)10％，判定为轮椅不平衡；(3)5％，判定为轮椅平衡性合格。

3、本发明所产生的技术效果。

本发明在现有的双轮滚动技术的基础上，通过在特定位置上设置传感器，同时测量行进过程中轮椅的三维加速度，根据加速度矢量球的形状，判定是否平衡。本发明可以在耐久性试验中得到轮椅平衡性结果，避免了轮椅的斜坡测试和稳定性测试；仪器设备简单，所需费用较少，测试结果可靠。

附图说明

图1为轮椅轴承安装示意图。

图2为加速度传感器安装具体实施方式一。

图3为加速度传感器安装具体实施方式二。

图4为加速度传感器安装具体实施方式三。

图5为三维加速度球形图。

图6为x方向加速度。

图7为y方向加速度。

图8为z方向加速度。

图9为加速度矢量图(加速度球)。

图10为球提半径分析图。

附图标记：

1、轴承、2、轮椅前轮、3重物、4轮椅后轮。

具体实施方式

实施例1

测量装置测试方法：如图1所示，轮椅前后轮放置在半径25-100厘米的轴承上，随着轮椅的前进，轴承滚动，轴承也自带电动机，能够自己转动。轮椅上有100千克重物，作用是模拟成人坐在轮椅上。轴承对轮椅双轮的摩擦力可以调节，调节方法是采用电动机带动轴承，改变轴承的转速。

传感器埋藏在铁皮、布或塑料中，然后包裹在滚动轴承上，形成传感层，如图2。

实施例2

包裹在轮椅的轮胎外表面，如图3。

实施例3

传感器直接在或者靠近轮胎与轴承接触点安装，如图4，传感器不随车轮或轴承滚动而运动。

实施例4

测量方法：开动电动智能轮椅，速度由测试要求确定，轴承随着转动，带动轴承的电动机根据测试要求决定注入功率。加速度传感器开始工作，测量三维加速度，测量频率不低于10次/转，即轮胎转动一次，最少要测量10次。测量的相对误差不高于10％。

测量在轮椅运行速度不变后开始，测量的结果输入电脑软件，形成三维加速度球形图，如图5。

·如果球体积很小，说明运行过程中，上下，左右，前后平衡性很好，轮子和轴承不需要给于很多外力保持轮椅平衡运行。

·如果体积比较大，则说明需要的外力比较大。

·如果加速度的中心不再原点，说明长时间需要某一方向的外力来保持平衡。

1.左右两个轮子的z方向平均加速度方向相反，则说明轮子不一样高；

2.左右两个轮子的加速度平均值不为零，方向相同，说明轮椅朝同一方向偏移，左偏或右偏；方向相反，则朝外偏或内偏。

设加速度球体体积为v，对应半径为r，如果球心对应的加速度(xyz方向矢量合成值)大于15％，判定为严重不平衡；10％，判定为不平衡；5％，判定为平衡性合格。

实验验证

在轮椅轮胎上加传感器，测量得到的加速度如下：如图6为x方向加速度、图7为y方向加速度，如图8为z方向加速度，图9为加速度矢量图(加速度球)。

分析：如图10所示，球体半径，球心位置(0.1,0,1.12)，结论：x方向平衡性在10％范围内，轮胎左右需要调整，长时间行驶会自动拐弯。z方向加速度过大，轮椅两个轮子的高度不一致，出厂前必须调整。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。