專利名稱：電動輪椅控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電動輪椅技術領域，具體為一種電動輪椅控制裝置及其控制方法。
背景技術：
對于有行走障礙的人都需要使用輪椅作為代步工具。目前全世界約有6. 5億殘障人，他們需要全社會予以更多的關注。老年人到一定年紀腿腳不便，也需要輪椅。我國現在的老年人已經占到全世界老人的22%，全亞洲的14%。去年年底我國65歲以上的老年人口統計數已達1. 67億，據世界衛生組織的預測，2020年全球老年人口將達到6. 9億。輪椅的市場空間極大。電動輪椅因有電機作為動力，省力，易操作，快而穩，已被廣泛使用。電動輪椅控制裝置是其核心部件，目前的控制裝置有通過電脈沖信號控制的，有通過光柵式信號控制的， 還有各種傳感器信號控制的。其操縱手柄大部分是底部為一圓球的搖桿，圓球的附近不同位置有傳感器，操控時以非常有限的擺幅使圓球旋擺，使各傳感器得到不同信號，控制中心根據各傳感器信號的變化得到使用者需要達到的方向和速度。因為圓球旋擺的方位有限， 再加上地面不平的振動影響，各傳感器的信號不明確也不穩定，從而導致方向定位及速度控制較為模糊、操控性能較差。電動輪椅的主要使用群體為殘障人士、老年人和病患者，他們的反應能力不那么靈敏，對電動輪椅的操控性能就有更高要求，而且這也是安全使用電動輪椅的重要關鍵。因此迫切需要研制一種結構簡潔，操控軌跡明確清晰，傳感信號線性量化，使用安全可靠的電動輪椅控制裝置以滿足市場的需求。另一方面目前我國市場上的電動輪椅的核心控制部件大部份從國外進口，價格昂貴，對廣大輪椅的特定消費群體造成一定的經濟壓力。降低成本也是電動輪椅控制裝置新方案的主要目標之一。

發明內容
本發明的目的是設計一種電動輪椅控制裝置及其控制方法，具有左右滑座和傳感器，可方便準確地實現速度和方向的控制。本發明設計的電動輪椅控制裝置，電動輪椅包括輪椅、左右電機及控制機構，左右電機分別驅動輪椅的左右車輪，左右電機與控制機構連接，控制機構連接電源，控制機構具有調節電機供電電流、控制電機轉速和轉動方向的電機電流調節模塊，為控制電機轉速和的機構。本控制裝置連接控制機構。本控制裝置有基座、手柄，基座安裝于輪椅扶手前端， 便于操作。本控制裝置的基座左右對稱，基座前后各有導架，手柄軸處于中部，頂端為手柄， 手柄軸的左、右側有與之垂直的左上導軸、右上導軸和左下導軸、右下導軸。左上導軸、右上導軸和左下導軸、右下導軸固定安裝在基座的前后導架上。左下導軸、右下導軸分別穿過左差動滑塊和右差動滑塊的導向孔，左、右下導軸上還各穿有復位彈簧，復位彈簧位于導架和差動滑塊之間。基座上有與左、右下導軸平行的2根導軌，左、右差動滑塊底面一側有軸向、 與導軌相配合的導槽，基座上的2導軌分別嵌于左、右差動滑塊的導槽內，左、右差動滑塊沿導軌滑動。左、右差動滑塊底面的另一側兩端各嵌有一感應體，同一差動滑塊2個感應體連線與下導軸平行。基座底面在左、右差動滑塊感應體的滑動軌跡上各嵌有傳感器，傳感器的信號線與控制機構相連接。左、右差動滑塊相對的內側各為左差動齒條和右差動齒條、分別處于差動齒輪的左右側、并與差動齒輪嚙合。差動齒輪固定安裝于手柄軸上，手柄滑架可轉動地安裝于手柄軸上、位于手柄和差動齒輪之間，手柄滑架左右各鉸接有左、右滑套，左、 右滑套分別套在左上導軸和右上導軸上，差動齒輪位于手柄滑架下方、固定于手柄軸。當手柄處于零位，復位彈簧不受力，手柄滑架的左滑套、右滑套停于左上導軸、右上導軸中部、左差動滑塊、右差動滑塊停于左下導軸、右下導軸中部，左差動滑塊、右差動滑塊上的左差動齒條和右差動齒條與差動齒輪嚙合。本控制裝置還有制動機構。在基座底部前后各有下導架，下導架固定有一根底導軸，底導軸平行于左、右下導軸，手柄軸底部有制動滑架，制動滑架上有制動導孔，底導軸穿過制動導孔，且在底導軸上套有位于后導架、與制動滑架之間制動壓簧。制動壓簧的一端安裝有制動傳感器，其信號線接入控制機構。本控制裝置連接的控制機構接有主控界面，其上安裝有電源開關，還有倒車按鍵， 倒車按鍵與控制機構連接。下壓倒車按鍵，控制機構使左、右電機反向轉動，手柄前移和轉動仍是控制左、右電機的轉速大小。本控制裝置可設置在輪椅左或右扶手的前端。本輪椅控制裝置外殼設有T型彈珠固定槽，左和/或右扶手前端上有與T型彈珠固定槽配合的槽架，當本控制裝置的T型彈珠固定槽卡入扶手的槽架，即可固定于扶手上。本電動輪椅控制裝置的控制方法如下手柄處于零位，復位彈簧不受力，手柄滑架停于左、右上導軸中部、左、右差動滑塊停于左、右下導軸中部；當手柄前移，差動齒輪帶動左、右差動滑塊前移，左、右差動滑塊底部兩端的感應體與基座上的左、右傳感器的相對距離改變，左、右傳感器信號送至控制機構，控制機構根據信號啟動左、右電機帶動左、右車輪轉動。左、右差動齒條前移的距離決定左、右傳感器信號的強弱，控制機構根據左、右傳感器的信號控制左、右電機的轉速。當手柄前移且向左或向右旋轉時，根據手柄轉動角度不同，差動齒輪帶動左、右差動齒條移動的距離就不同，即左、右傳感器發出信號大小不同，控制機構使左、右電機的轉速不同，左、右車輪的不同轉速故左、右輪行駛距離不同，從而輪椅行駛方向改變。本裝置安裝有制動機構時，當手柄處于零位，制動壓簧不受力。當手柄后移壓縮手柄軸帶動制動滑架后移壓縮制動壓簧時，制動傳感器的信號送至控制機構，控制機構根據該信號啟動電磁剎車器，手柄后移的距離不同，制動彈簧壓縮的程度不同，制動傳感器送出的信號大小不同，決定電磁剎車器制動力的大小。本發明電動輪椅控制裝置及其控制方法的優點為1、啟動、加速、停車、制動便捷平穩，且不受地面不平顛簸振動的影響，還可屏蔽電磁干擾；2、操控靈活，轉向靈敏、可180 度原地迥轉；3、控制信號發生、傳感均集成在本控制裝置內，安裝方便；4、感應器、傳感器及控制機構均可采用市售元件，大幅度地降低了生產制造成本。


圖1為本電動輪椅控制裝置實施例的整體結構示意圖2為本電動輪椅控制裝置實施例取下手柄、手柄滑架和滑套后的結構示意圖；圖3為本電動輪椅控制裝置實施例取下手柄、手柄滑架、滑套、手柄軸和左右上導軸后，差動滑塊部分剖開的結構示意圖；圖4為本電動輪椅控制裝置實施例取下差動滑塊和左右下導軸后的結構示意圖；圖5為本電動輪椅控制裝置實施例在輪椅扶手上的安裝情況示意圖。圖內標號為1、手柄，2、手柄軸，3、手柄滑架，4、右滑套，5、復位彈簧，6、基座，61、 傳感器，7、右下導軸，8、底導軸，9、制動滑架，10、制動壓簧，11、制動傳感器，12、下導架，13、 右差動滑塊，131、右差動齒條，132、感應體，14、差動齒輪，15、右上導軸，16、導架，01、外殼， 02、主控界面，03、扶手，04、輪椅車架。
具體實施例方式電動輪椅控制裝置實施例本例的電動輪椅包括輪椅、左右電機、控制機構及控制裝置，左右電機分別驅動輪椅的左右車輪，左右電機與控制機構連接、控制機構連接電源，控制機構具有調節電機供電電流、控制電機轉速和轉動方向的電機電流調節模塊，為控制電機轉速和轉動方向的機構。 本控制裝置連接控制機構。如圖1至圖4所示，本控制裝置有基座6、手柄1，基座6安裝于輪椅扶手03，便于操作。本控制裝置的基座6左右對稱，圖1中只對右側部件進行標注。基座6前后各有導架16，手柄軸2處于中部，頂端為手柄1，手柄軸2的左、右側有與之垂直的左上導軸、右上導軸15和左下導軸、右下導軸7。左上導軸、右上導軸15和左下導軸、右下導軸7固定安裝在基座6的前后導架16上。左差動滑塊和右差動滑塊13均有軸向的導向孔，左下導軸、右下導軸7分別穿過左差動滑塊和右差動滑塊13的導向孔，左下導軸、右下導軸7上還各穿有復位彈簧5，復位彈簧5位于導架16和差動滑塊之間。基座6上有與左下導軸、右下導軸7平行的2根導軌， 左差動滑塊、右差動滑塊13底面一側有軸向、與導軌相配合的導槽，基座6上的2導軌分別嵌于左差動滑塊、右差動滑塊13的導槽內，左差動滑塊、右差動滑塊13沿導軌滑動。左差動滑塊、右差動滑塊13底面的另一側兩端各嵌有一感應體132，同一差動滑塊2個感應體 132連線與軸線平行。基座6底面在左差動滑塊、右差動滑塊13感應體132的滑動軌跡上各嵌有傳感器61，傳感器61的信號線與控制機構相連接。左差動滑塊、右差動滑塊13相對的內側為左差動齒條和右差動齒條131、分別處于差動齒輪14的左右側、并與差動齒輪14 嚙合。差動齒輪14位于手柄滑架3下方、固定安裝于手柄軸2上。手柄滑架3經軸承可轉動地安裝于手柄軸2上、位于手柄1和差動齒輪14之間，手柄滑架3左右各鉸接有左滑套、 右滑套4，左滑套、右滑套4分別套在左上導軸和右上導軸15上。當手柄1處于零位，復位彈簧5不受力，手柄滑架3的左滑套、右滑套4停于左上導軸、右上導軸15中部、左差動滑塊、右差動滑塊13停于左下導軸、右下導軸7中部，左差動滑塊、右差動滑塊13上的左差動齒條和右差動齒條131與差動齒輪14嚙合。本例基座6底部前后各有下導架12。下導架12固定有一根底導軸8，底導軸8平行于左下導軸、右下導軸7，制動滑架9經軸承可轉動地安裝于手柄軸2底部，制動滑架9上有制動導孔，底導軸8穿過制動導孔，在底導軸8上套有位于后方的下導架12與制動滑架9 之間制動壓簧10。制動壓簧10的一端安裝有制動傳感器11，其信號線接入控制機構。制動壓簧10的簧孔內有一限位拉繩，限位拉繩一端固定于基座后端的下導架12、另一端固定于制動壓簧10靠近制動滑架9的一端，制動壓簧10的最大延伸量程由限位拉繩的長度決定。手柄1處于零位，制動滑架9接近但不觸及制動壓簧10，制動傳感器11處于非工作狀態下，無制動信號發生。所述制動傳感器11為磁感式霍爾傳感器、或容柵傳感器、或光柵傳感器、或壓阻式壓力傳感器。本控制裝置的控制機構接有主控界面02，其上安裝有電源開關，還有倒車按鍵，倒車按鍵與控制機構連接。下壓倒車按鍵，控制機構使左、右電機反向轉動，手柄1前移和轉動仍控制左、右電機的轉速大小。如圖5所示，本控制裝置固定安裝于外殼01內，設置在輪椅左或右扶手03上，扶手03安裝于輪椅的車架04上。外殼01底部設有T型彈珠固定槽，左和/或右扶手03上有與T型彈珠固定槽配合的槽架，當本控制裝置的外殼01的T型彈珠固定槽卡入扶手03 的槽架，本控制裝置即可固定于扶手03上。拆裝方便、安裝穩固。電動輪椅控制裝置的控制方法實施例以上述電動輪椅控制裝置的實施例說明本控制方法實施例，具體如下手柄1處于零位，復位彈簧5不受力，手柄滑架3停于左上導軸、右上導軸15中部、左差動滑塊、右差動滑塊13停于左下導軸、右下導軸7中部；當手柄1前移，手柄滑架3 沿左上導軸、右上導軸15軸向前移。差動齒輪14帶動左差動滑塊、右差動滑塊13前移，左差動滑塊、右差動滑塊13底部兩端的感應體132與基座6上的左、右傳感器61的相對距離改變，左、右傳感器61信號送至控制機構，控制機構根據信號啟動左、右電機帶動左、右車輪轉動。左、右差動齒條前移的距離決定左、右傳感器信號的強弱，控制機構根據左、右傳感器的信號控制左、右電機的轉速。當手柄1前移且向左或向右旋轉時，根據手柄1轉動角度不同，差動齒輪14帶動左、右差動齒條移動的距離就不同，即左、右傳感器發出信號大小不同，控制機構使左、右電機的轉速不同，左、右車輪的不同轉速故左、右輪行駛距離不同，從而輪椅行駛方向改變。本例控制裝置安裝有制動機構，手柄1處于零位，制動滑架9接近但不觸及制動壓簧10，制動壓簧10不受力，制動傳感器11處于非工作狀態下，無制動信號發生。當手柄1 后移，手柄軸2帶動制動滑架9后移壓縮制動壓簧10，制動傳感器11的信號送至控制機構， 控制機構根據該信號啟動電磁剎車器，手柄1后移的力不同，制動彈簧10壓縮的程度不同， 制動傳感器11送出的信號大小不同，決定電磁剎車器制動力的大小。由以上所述可知，手柄1從零位前移即加速，回到零位即減速至零，從零位向前的位移量與速度成正比；手柄1左右旋動，控制方向，轉角大小與輪椅轉動角度成正比；手柄1 后移即制動，后移距離與制動力成正比。，當手柄1不受外力時，復位彈簧5和制動彈簧10 使手柄1回復到零位。下壓倒車按鍵，控制機構使左、右電機反向轉動，手柄1的前移和轉動仍是控制左、右電機的轉速大小，手柄1的后移仍為制動。因手柄滑架3和制動滑架9均經軸承安裝于手柄軸2上，手柄1帶動手柄軸2及差動彈簧14可靈活轉動，在與手柄軸2垂直的平面上的轉動角度為120度。在行駛過程中， 僅需稍微轉動手柄1，視轉動角度大小而任意改變行駛方向。
復位彈簧5的彈性應力小于制動壓簧10的張力，自動復位時，復位彈簧5無法推動制動滑架9，需要外力后壓手柄1才能壓動制動壓簧10使制動傳感器11發出制動信號。 指壓最大操作力度> 13. 5/N，手柄1的后壓力大小決定制動力的大小，符合國家標準(GB/ T18029.3/-2008/7176-3 :2003)。上述實施例，僅為對本發明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發明并非限定于此。凡在本發明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.電動輪椅控制裝置，電動輪椅包括輪椅、左右電機及控制機構，左右電機分別驅動輪椅的左右車輪，左右電機與控制機構連接，控制機構具有調節電機供電電流、控制電機轉速和轉動方向的電機電流調節模塊，控制電機轉速和轉動方向的控制機構連接電源；控制裝置連接控制機構；其特征在于所述控制裝置有基座(6)、手柄(1)，基座(6)安裝于輪椅扶手(02)，基座(6)左右對稱，基座(6)前、后各有導架(16)，手柄軸⑵處于中部，頂端為手柄(1)，手柄軸(2)的左、 右側有與之垂直的左上導軸、右上導軸(15)和左下導軸、右下導軸(7)；左上導軸、右上導軸(15)和左下導軸、右下導軸(7)固定安裝在基座(6)的前、后的導架(16)上；左差動滑塊和右差動滑塊(1 均有軸向的導向孔，左下導軸、右下導軸(7)分別穿過左差動滑塊和右差動滑塊(1 的導向孔，左下導軸、右下導軸(7)上還各穿有復位彈簧 (5)，復位彈簧( 位于導架(16)和差動滑塊之間；基座(6)上有與左下導軸、右下導軸(7) 平行的2根導軌，左差動滑塊、右差動滑塊(1 底面一側有軸向、與導軌相配合的導槽，基座(6)上的2導軌分別嵌于左差動滑塊、右差動滑塊(1 的導槽內，左差動滑塊、右差動滑塊(1 沿導軌滑動；左差動滑塊、右差動滑塊(1 底面的另一側兩端各嵌有一感應體 (132)，同一差動滑塊2個感應體(13 連線與下導軸平行；基座(6)底面在左差動滑塊、右差動滑塊(1 感應體的滑動軌跡上各嵌有傳感器(61)，傳感器(61)的信號線與控制機構相連接；左差動滑塊、右差動滑塊(1 相對的內側為左差動齒條和右差動齒條(131)、分別處于差動齒輪(14)的左右側、并與差動齒輪(14)嚙合；差動齒輪(14)位于手柄滑架(3) 下方、固定安裝于手柄軸(2)上；手柄滑架(3)可轉動地安裝于手柄軸(2)上、位于手柄(1) 和差動齒輪(14)之間，手柄滑架(3左右各鉸接有左滑套、右滑套(4，左滑套、右滑套0分別套在左上導軸和右上導軸(15上；當手柄(1處于零位，復位彈簧(5不受力，手柄滑架(3) 的左滑套、右滑套(4)停于左上導軸、右上導軸(1 中部、左差動滑塊、右差動滑塊(13)停于左下導軸、右下導軸(7)中部，左差動滑塊、右差動滑塊(1 上的左差動齒條和右差動齒條(131)與差動齒輪(14)嚙合。
2.根據權利要求1所述的電動輪椅控制裝置，其特征在于所述基座(6)底部前后各有下導架(1 ；下導架(1 固定有一根底導軸(8)，底導軸 (8)平行于左下導軸、右下導軸(7)，制動滑架(9)可轉動地安裝于手柄軸( 底部，制動滑架(9)上有制動導孔，底導軸(8)穿過制動導孔，在底導軸(8)上套有制動壓簧(10)，制動壓簧(10)位于后方的下導架(1 與制動滑架(9)之間；制動壓簧(10)的一端安裝有制動傳感器(11)，其信號線接入控制機構；手柄⑴處于零位，制動滑架(9)接近但不觸及制動壓簧(10)，制動傳感器(11)處于非工作狀態下，無制動信號發生。
3.根據權利要求2所述的電動輪椅控制裝置，其特征在于所述制動壓簧(10)的簧孔內有一限位拉繩，限位拉繩一端固定于基座(6)后端的下導架(12)、另一端固定于制動壓簧(10)靠近制動滑架(9)的一端。
4.根據權利要求2所述的電動輪椅控制裝置，其特征在于所述制動傳感器(11)為磁感式霍爾傳感器、或容柵傳感器、或光柵傳感器、或壓阻式壓力傳感器。
5.根據權利要求1所述的電動輪椅控制裝置，其特征在于所述控制機構接有主控界面(02)，其上安裝有電源開關，還有倒車按鍵，倒車按鍵與控制機構連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的電動輪椅控制裝置，其特征在于所述控制裝置安裝在輪椅左或右扶手(0 的前端；所述控制裝置的外殼(01)設有T 型彈珠固定槽，左和/或右扶手(0 上有與T型彈珠固定槽配合的槽架，外殼(01)的T型彈珠固定槽卡入扶手(0 的槽架、所述控制裝置固定于扶手(0 上。
7.根據權利要求1所述的電動輪椅控制裝置的控制方法，其特征在于所述電動輪椅控制裝置的手柄(1)處于零位，復位彈簧( 不受力，手柄滑架C3)停于左上導軸、右上導軸(1 中部、左差動滑塊、右差動滑塊(1 停于左下導軸、右下導軸(7) 中部；當手柄(1)前移，手柄滑架C3)沿左上導軸、右上導軸(1 軸向前移；差動齒輪(14) 帶動左差動滑塊、右差動滑塊(1 前移，左差動滑塊、右差動滑塊(1 底部兩端的感應體 (132)與基座(6)上的左、右傳感器(61)的相對距離改變，左、右傳感器(61)信號送至控制機構，控制機構根據信號啟動左、右電機帶動左、右車輪轉動；左、右差動齒條前移的距離決定左、右傳感器(61)信號的強弱，控制機構根據左、右傳感器(61)的信號控制左、右電機的轉速；當手柄⑴前移且向左或向右旋轉時，根據手柄⑴轉動角度不同，差動齒輪(14)帶動左、右差動齒條移動的距離不同，左、右傳感器(61)發出信號大小不同，控制機構使左、 右電機的轉速不同，輪椅行駛方向改變。
8.根據權利要求7所述的電動輪椅控制裝置的控制方法，其特征在于所述基座(6)底部前后各有下導架(12)，下導架(1 固定有一根底導軸(8)，底導軸 (8)平行于左下導軸、右下導軸(7)，制動滑架(9)可轉動地安裝于手柄軸( 底部，制動滑架(9)上有制動導孔，底導軸(8)穿過制動導孔，在底導軸(8)上套有制動壓簧(10)，制動壓簧(10)位于后方的下導架(1 與制動滑架(9)之間；制動壓簧(10)的一端安裝有制動傳感器(11)，其信號線接入控制機構；手柄(1)處于零位，制動滑架(9)接近但不觸及制動壓簧(10)，制動傳感器(11)處于非工作狀態下，無制動信號發生；當手柄(1)后移，手柄軸( 帶動制動滑架(9)后移壓縮制動壓簧(10)，制動傳感器 (11)的信號送至控制機構，控制機構根據該信號啟動電磁剎車器，手柄(1)后移的力不同， 制動傳感器(11)送出的信號大小不同，決定電磁剎車器制動力的大小。
全文摘要
本發明為電動輪椅控制裝置及其控制方法，本控制裝置頂端為手柄的手柄軸左右為安裝于基座導架的左右上導軸和左右下導軸。左右下導軸分別穿過左右差動滑塊和復位彈簧。基座的2導軌嵌于差動滑塊底面導槽內。差動滑塊底面嵌有2感應體，基座嵌有與控制機構相接的傳感器，二差動滑塊內側的差動齒條與手柄軸上的差動齒輪嚙合。裝于手柄軸的手柄滑架分別鉸接二上導軸的滑套。固定于基座下導架的底導軸穿過手柄軸底部的制動滑架和制動壓簧，二者之間的制動傳感器接控制機構。控制方法為手柄前移或轉動，二差動滑塊移動，傳感器信號給控制機構、調節二輪轉速，輪椅直行加減速或轉向，手柄后移制動。本發明對電動輪椅操控便捷平穩靈活。
文檔編號A61G5/04GK102525755SQ201110347489
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月5日 優先權日2011年11月5日
發明者陳戈平 申請人:桂林埃力克電控智能車業制造有限公司, 陳戈平