基本信息
- 项目名称：
- 新型残疾人轮椅运动平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 新型残疾人轮椅运动平台采用螺旋摩擦轮机构、专用运动控制器及四轴联动控制算法，实现前、后、左、右、正转、反转、各种角度斜行 、S形行走，以及原地360°打转等功能，解决了目前轮椅位于狭小空间内转向困难的问题。本作品的驱动原理和运动方式与现有运动平台具有本质的区别和创新。该平台可广泛应用于轮型机器人、残疾人运动比赛轮椅等各种运动机械中，具有广阔的应用空间和应用前景。
- 详细介绍：
- 系统总体方案 通过运动平台需求的详细分析，将运动平台按功能模块划分机械部分、电力部分和控制部分。 为实现运动平台以上各项功能，项目研究内容主要包括以下几点： 1．运动平台结构设计： 螺旋摩擦轮机构设计：螺旋摩擦轮与地面的接触可参照蜗轮蜗杆之间的作用。轮子在不同转向与地面摩擦的同时受到不同方向的轴向力，此轴向力可以用来作为横向运动的驱动力。实现轮子抓地力满足要求而又能够提供足够的轴向力，关键是螺旋摩擦轮的螺旋角设计、牙型设计以及轮子材料的选择。 车身支撑结构设计：合理设计支撑结构可以使车身重心稳定在四个车轮的中心，使得四轮联动设计不受重心偏移的影响。 2．电力驱动系统设计： 电源电机选择：电源的选择既要有合适的电池容量又要体积合适充电方便；电机要便于程序进行实时控制，其外形要与机械结构相协调。 电路系统设计：包括人机交互电路设计和中心控制电路设计。要在考虑电路的可靠性安全性的基础之上解决控制信号的放大驱动、控制处理单元的信号输出、各电路元件的合理配置。 3．控制系统设计 四轮联动设计：新型残疾人轮椅运动平台采用四个轮子作为与地面的接触支撑，这四个轮子均为驱动轮。四个轮子同时驱动，分别产生不同的沿车身前后方向的力和轴向力。实现各力的合成效果为运动平台前向、后向、横向左移、横向右移、左转、右转六个基本运动模式。在此基础上，设计复合运动模式（例如：左前移动、右前移动等）的实现方法。这需要在基本运动模式的基础上研究四轮联动的转向配合以及转速配合。 用户指令防抖动设计：在采集用户指令时，要采取必要的防抖动措施排除干扰信号，防止误响应。 控制算法设计：控制主程序需要能够实时响应用户指令，并根据指令改变四轮联动状态，实现用户期望的运动模式和运动规律。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的 传统轮椅已经很难满足残疾人对便利行动的期望和需求。若能研制一种能够实现横向移动的残疾人运动平台，将大大改善残疾人的生活，给残疾人带来超乎想象的便利。针对目前各种运动机构的特点，设计一种新型残疾人轮椅运动平台，支持横向移动、电力驱动和自动控制，克服现有运动机构小转角情况下运动困难的问题。 基本思路 新型残疾人轮椅运动平台采用螺旋摩擦轮机构、专用运动控制器及四轴联动控制算法，通过改变四轮的转动方向、转动速度，主动提供不同大小的横向驱动力和纵向驱动力，实现前进、后退、横向左移、横向右移、正转、反转、各种角度斜行 、S形行走等各种运动模式。 创新点 利用螺旋摩擦轮驱动技术，实现残疾人轮椅运动平台的多向自由运动，解决了残疾人在有限空间里的小转角运动不便的问题，大大方便了残疾人的运动灵活性。 应用新型四轮联动控制算法，对四个螺旋摩擦轮进行实时联动控制，实现残疾人轮椅运动平台的运动过程的自动控制，提高了运动的机动性和灵活性。 良好的用户界面设计，方便用户操作控制，并通过电力自主驱动，大大提高残疾人轮椅的方便性和易用性。 关键技术 螺旋摩擦轮机构、专用运动控制器及四轴联动控制算法。 技术指标 载重 ； 平台体积160mm×130mm×103mm； 重量 。
科学性、先进性
- 作品的先进性与科学性 本作品的研究内容涉及到螺旋摩擦轮设计、机构运动分析、专用运动控制器及四轴联动控制算法等研究领域，是一个多学科交叉的研究项目。 新型残疾人轮椅运动平台采用螺旋摩擦轮机构、专用运动控制器及四轴联动控制算法，实现前、后、左、右、正转、反转、各种角度斜行 、S形行走，以及原地360°打转等功能，解决了目前轮椅位于狭小空间内转向困难的问题。本作品的驱动原理和运动方式与现有运动平台具有本质的区别和创新。该平台可广泛应用于轮型机器人、残疾人运动比赛轮椅等各种运动机械中，具有广阔的应用空间和应用前景。
获奖情况及鉴定结果
- 校三航杯突围
作品所处阶段
- A实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- □实物、产品 ■模型 ■图纸 ■磁盘 □现场演示 ■图片 ■录像 □样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品发明一种新型残疾人轮椅运动平台，该作品采用螺旋摩擦轮机构、专用运动控制器及四轴联动控制算法，实现前、后、左、右、正转、反转、各种角度斜行 、S形行走，以及原地360°打转等功能，解决了目前轮椅位于狭小空间内转向困难的问题。该平台可广泛应用于轮型机器人、残疾人运动比赛轮椅等各种运动机械中，具有广阔的应用空间和应用前景。 新型残疾人轮椅运动平台所依托的技术在其它工业产品中已有成熟的工程实现，其技术成熟度高，所需知识易于学习和掌握，并能够方便地应用于轮椅运动平台的设计及制作。 使用范围和市场分析 目前，我国残疾人总数已超过8300万,其中肢体残疾者占残疾人总数的14.6%。 现有的残疾人运动平台，无法残疾人需求。 本项目旨在通过发明一种能够实现横向移动运动的残疾人轮椅运动平台，满足残疾人的出行需求，为他们的生活带来便利。通过市场调研，发现但市场上并无此类产品，因此具有极大的社会效益、经济效益和推广价值。
同类课题研究水平概述
- 轮椅种类繁多，主要有智能轮椅、可充电的轮椅、可自由运动的新型电动轮椅、全塑料康复轮椅、新颖轮椅、手动轮椅、可防碰撞的智能轮椅和可上楼的轮椅等。 目前美国、德国、日本、法国、加拿大、西班牙及中国等国家的一些大学和公司的科学家长期从事轮椅的开发研制工作，旨在给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具,帮助他们提高行动自由度、生活质量及重新融入社会。 自1986 年英国开始研制第一辆智能轮椅来, 许多国家投入较多资金研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、德国乌尔姆大学MAID( 老年人及残疾人助动器) 项目、Bremen Autonomous Wheelchair 项目、西班牙SIAMO 项目、加拿大AAI 公司TAO 项目、欧盟TIDE 项目、KISS学院TINMAN 项目、台湾中正大学电机系LUOSON项目、我国863 智能机器人智能轮椅项目及第三军医大学外科研究所项目等。由于各个实验室的目标及研究方法不尽相同,每种轮椅解决的问题及达到的能力不同。 西班牙SIAMO始于1996年,由ONCE 基金会资助,目标是根据用户的残障程度及特殊需求建造多功能系统。 麻省理工智能实验室的智能轮椅威尔斯利,为一半自主式机器人轮椅,配备有计算机控制和传感器的电动轮椅。 日本本田技研工业公司最近将把新研制的一种面向高龄人及残疾人的新式电动轮椅车 投入市场。 美国橡树岭国家实验室的一个科研小组应用机器人的运动原理, 开发出了一种可自由运动的轮椅, 消除了普通轮椅换向困难的缺点。。 由英国威尔士大学推出可防碰撞的智能轮椅，这种轮椅装备着人工智能软件, 利用新型红外探测器追踪并定位半径为3英尺以内的物体, 并根据周围的具体环境自动调节轮椅的灵敏度及运动方向。 我国智能轮椅研究起步较晚,在机构的复杂性和灵活性上和国外相比有一定差距, 但也根据自身特色研制出技术指标接近国外先进水平的智能轮椅。研究单位有中科院自动化所、上海交通大学和第三军医大学等。 中国科学院自动化研究所研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅,曾在“863”计划十五周年成就展展馆的人群中穿梭自如。。 上海交通大学开发成功一种声控轮椅。
