A Star-Wheel Stair-Climbing Wheelchair

In order to achieve a wheelchair climb stairs function, this paper designs a star-wheel stair-climbing mechanism. Through the effect of the lock coupling, the star-wheel stair-climbing mechanism is formed to be fixed axis gear train or planetary gear train achieving flat-walking and stair-climbing functions. Crossing obstacle analysis obtains the maximum height and minimum width of obstacle which the wheelchair can cross. Stress-strain analysis in Solidworks simulation is performed to verify material strength.

基于激光SLAM自主导航技术的多功能共享轮椅

共享轮椅可以使老年人和残障人士的生活更加便利。为了实现轮椅智能化的共享使用,创新设计了一种基于激光SLAM导航技术的多功能智能共享轮椅,该轮椅配备有激光雷达传感器,利用Cartographer算法的激光SLAM建图技术,对所在场所环境进行扫描,完成地图构建;基于DWA动态窗口算法,应用多种控制方式来实现智能轮椅的自主导航、自主避障和定位。并用Rviz仿真验证了轮椅的各项功能,实现了轮椅在特定场所环境下使用的可行性和有效性。

高效自动爬梯轮椅的研究与设计

设计了一款新型自动爬楼梯轮椅,对这种新型自动爬梯轮椅的爬楼时间提供了一种计算方法,为提高该款仿人脚形爬梯轮椅的工作效率,通过简化力学模型,分析了这种新型爬楼梯轮椅的运动过程并计算了爬梯时间。同时利用了UG建立三维模型并使用MATLAB进行数据分析,找到了影响爬梯效率的三个因素,运用机械效率研究分析方法,改变了机械脚及电机的参数,实现了提升轮椅爬楼效率的目的,使轮椅爬一级台阶的时间缩短至6.234s,新型自动爬梯轮椅具有广阔的市场前景。

基于计算机视觉的轮椅跟随系统设计

为解决老年人口日益增多而看护人员缺乏的问题,设计了一种具有自动跟随功能的智能轮椅系统。该系统通过计算机视觉传感器获取图像信息后,首先利用自适应高斯混合建模的背景减除法完成对目标的检测,再利用基于多特征融合的粒子滤波的TLD(Tracking-Learning-Detection)跟踪算法完成对目标的跟踪,最后结合双目定位算法得到目标在相机坐标系下的三维位置。根据目标的位置控制轮椅的速度和方向,使轮椅与目标人物保持设定的距离和相对方位,完成对目标的跟随。对轮椅跟随系统各项功能进行测试,结果表明,该系统不仅能够完成对使用者的实时跟随,同时也能实现对障碍物安全的躲避。

个性化轮椅自动装配系统的开发

以Pro/Engeneer为开发平台,通过MFC和PRO/TOOLKIT开发工具相结合的方法,基于坐标系重合原理,在轮椅车体和个性化附件之间进行自动装配。结果表明基于坐标系重合的自动装配方法与现有的装配方法相比更加方便、实用,而不需要查找零件的几何特征和设立零件几何特征之间的约束关系。将这种二次开发的自动装配方法及友好的用户界面应用于个性化轮椅系统中,完全能够实现参数化装配设计,满足不同轮椅用户的需求。此技术在其它领域具有一定的通用性,为其它自动装配系统的开发提供很好的借鉴作用。

基于视觉测量的智能轮椅床自动对接

为了提高智能轮椅床系统对接的自主性,提出了一种基于视觉测量的自动对接架构。轮椅床对接过程分为远程导引阶段和近程对接阶段。在远程导引阶段,室内天花板视觉系统采集并识别轮椅上的新型人工标志,利用卡尔曼滤波(KF)的跟踪检测路标特征,继而采用P3P的视觉定位方法确定路标与相机的相对位姿,根据轮椅坐标系与远程阶段的世界坐标系的变换关系确定轮椅的姿态。在近程对接阶段,车载单目视觉系统采集对接目标的引导标志,利用引导标志的角点估计轮椅与床的相对位姿,最后根据实时的视觉反馈实现床椅的自动对接。多次实验结果表明所提出的视觉对接方法具有可行性和有效性。

基于TRIZ的自动爬梯轮椅专利规避创新设计

为解决行走障碍人员无法正常行走的问题,将TRIZ/专利规避集成技术应用到自动爬楼梯轮椅创新设计中。对我国专利数据库中自动爬梯轮椅专利进行了分析,确定了其规避对象为欠驱动自适应式轮椅;采用了TRIZ理论的功能模型对专利技术进行了问题分析,对不足功能、过剩功能及有害功能进行了结合、替换、裁剪等功能变形;在对变形后的功能模型进行分析之后,得到了两对技术矛盾,采用了TRIZ理论的39个通用参数对应的发明原理解决技术矛盾;将TRIZ理论应用于专利规避,创新设计了一种行星-履带综合式自动爬梯轮椅,采用了SOLIDWORKS对基础零件和整体进行了有限元分析,验证了设计的合理性。研究结果表明:和行星式爬梯轮椅相比,该产品爬梯过程更稳定、安全;和履带式轮椅相比,该产品耐用性更好;和已有综合式轮椅相比,质量更轻、成本更低。

一种导盲轮椅智慧控制系统设计及测试

针对盲人或残障人士出行难的热点问题,设计一种智能控制系统,为轮椅添加一双智慧“眼睛”,提高轮椅自动控制能力,方便其独立出行。导盲轮椅智慧控制系统的核心模块由硬件和软件两部分构成,硬件主要包括STM32F104单片机、避障模块、循迹模块和动力牵引模块等;软件主要包括电机驱动、避障系统和C语言程序等。通过模拟测试,控制模型在设定通道上,通过红外接收、GPS定位等传感器模块,将采集的路况信息传递到控制中心,由其判断和驱动轮椅自动完成了前进、倒退、转向和停止等运动,同时模型具有人行道循迹、红绿灯识别报警、自动避障和APP远程控制等功能。相比较已有的智能拐杖和导航手环等导盲产品,该控制系统功能更全面、使用更安全,为设计、制造新一代智慧导盲轮椅提供了技术基础。

基于STM32的多功能自动平衡轮椅设计

随着我国人口老龄化不断加剧,市场对电动轮椅乃至智能轮椅的需求逐渐增加。本设计基于STM32单片机,实现了轮椅座椅平面在一定范围内自动平衡的功能。本设计还集成了其他诸多实用功能,包括定位信息收发、人体生理信息监控、摇杆控制、轮椅制动、超声波障碍物检测等物联网功能,并开发了供亲属使用的微信小程序。系统通过数字运动处理器进行姿态数据结算,输出平衡电机控制力矩,实现座椅平面自动调节。经过广泛的市场调查,设计的自动平衡功能获得了用户的良好评价,有效填补了智能电动轮椅市场的部分空缺。

一种智能限速助起轮椅结构设计

为解决老人意外跌倒无法及时救助的问题,课题组在现有轮椅的基础上,设计了一种智能限速助起轮椅。仿真结果表明:该轮椅设计比较人性化,结构简单,操作方便,通过程序控制电机正反转来控制往复杆件上下运动和舵机转向,驱动轮椅座上下翻转和限制轮椅速度,起到限速和助起的作用,方便老年人的生活。

一种新型自动上下楼轮椅的力学分析

一种新型可自动上下楼梯的轮椅既适应平地行走,又能在无人陪同的情况下搭载使用者自动上下楼梯,极大地方便了老年人和腿脚不便人士的日常生活。新型轮椅在投入生产前必须要进行严格的测试分析,首先要满足轮椅上下楼梯的功能,对其平地行走和上下楼过程进行力学计算和动力分析,为其动力系统的选定提供数据支撑;同时也要保障人员在使用过程中的安全性,故要对其结构进行强度和刚度的校核并针对上下楼过程开展运动分析,以验证其安全性能。

新型多功能助老旋转爬楼轮椅设计

该助老旋转爬楼轮椅是一款非常适合老年人上下楼梯和出行不便的产品。首先该产品采用了新型可靠的机械结构连接三角板,然后借助可靠的传动和半自动电控系统并考虑到老年人的生活习惯专门设计,最后使用大功率的三向异步电机提供动力爬楼和伺服电机调节靠背和腿部角度实现重心下移而进一步提升舒适性和安全可靠性。采用三角板的上楼装置经过严格的尺寸计算可以适应国内大多数阶梯具有很好的爬楼效果;经过试验反复验证表明本轮椅多方面性能优于市场上的同类轮椅。此轮椅未来在市场上拥有很大的潜力。

轮椅手推圈固定片自动装配机研究

分析了轮椅手推圈固定片手工装配的特点,提出了自动装配机构设计方案,通过计算、分析、选型,完成了整体机构设计,实现了手推圈固定片的自动装配。对控制算法进行了理论分析与研究,提高了装配效率,保证了装配质量,降低了人员成本,具有很强的实用性。

自动上下楼电扶椅设计

轮椅是康复的重要工具,它不仅是肢体伤残者和行动不便人士的代步工具,更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。轮椅方便了老年人及残疾人的出行,但当遇到楼梯或者台阶时,轮椅便不能前行,这造成了很大的不便,但如果轮椅不仅仅局限于平地的前进,也能够攀爬楼梯台阶,这会给行动不便的人带来新的生活。自动上下楼电扶椅不仅仅能够在平地前行,也能往返于楼梯台阶,将会带来极大的便利,也会有广阔的市场空间。

智能电动轮椅的关键技术分析

智能电动轮椅是工具智能化发展的衍生产品,智能化目的在于为日益增多的老年人及残障人士提供更安全合理的出行和生活方式。基于国内外相关产品基础,结合计算机、红外线、物联网技术,介绍爬楼运动控制、健康监测、主动避障等系统组成,提出相关产品设计方向。