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基本信息
- 項目名稱：
- 新型殘疾人輪椅運動平臺
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 新型殘疾人輪椅運動平臺采用螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法，實現(xiàn)前、后、左、右、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、各種角度斜行 、S形行走，以及原地360°打轉(zhuǎn)等功能，解決了目前輪椅位于狹小空間內(nèi)轉(zhuǎn)向困難的問題。本作品的驅(qū)動原理和運動方式與現(xiàn)有運動平臺具有本質(zhì)的區(qū)別和創(chuàng)新。該平臺可廣泛應(yīng)用于輪型機(jī)器人、殘疾人運動比賽輪椅等各種運動機(jī)械中，具有廣闊的應(yīng)用空間和應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 系統(tǒng)總體方案 通過運動平臺需求的詳細(xì)分析，將運動平臺按功能模塊劃分機(jī)械部分、電力部分和控制部分。 為實現(xiàn)運動平臺以上各項功能，項目研究內(nèi)容主要包括以下幾點： 1．運動平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計： ? 螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)設(shè)計：螺旋摩擦輪與地面的接觸可參照蝸輪蝸桿之間的作用。輪子在不同轉(zhuǎn)向與地面摩擦的同時受到不同方向的軸向力，此軸向力可以用來作為橫向運動的驅(qū)動力。實現(xiàn)輪子抓地力滿足要求而又能夠提供足夠的軸向力，關(guān)鍵是螺旋摩擦輪的螺旋角設(shè)計、牙型設(shè)計以及輪子材料的選擇。 ? 車身支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計：合理設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)可以使車身重心穩(wěn)定在四個車輪的中心，使得四輪聯(lián)動設(shè)計不受重心偏移的影響。 2．電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計： ? 電源電機(jī)選擇：電源的選擇既要有合適的電池容量又要體積合適充電方便；電機(jī)要便于程序進(jìn)行實時控制，其外形要與機(jī)械結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。 ? 電路系統(tǒng)設(shè)計：包括人機(jī)交互電路設(shè)計和中心控制電路設(shè)計。要在考慮電路的可靠性安全性的基礎(chǔ)之上解決控制信號的放大驅(qū)動、控制處理單元的信號輸出、各電路元件的合理配置。 3．控制系統(tǒng)設(shè)計 ? 四輪聯(lián)動設(shè)計：新型殘疾人輪椅運動平臺采用四個輪子作為與地面的接觸支撐，這四個輪子均為驅(qū)動輪。四個輪子同時驅(qū)動，分別產(chǎn)生不同的沿車身前后方向的力和軸向力。實現(xiàn)各力的合成效果為運動平臺前向、后向、橫向左移、橫向右移、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)六個基本運動模式。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計復(fù)合運動模式（例如：左前移動、右前移動等）的實現(xiàn)方法。這需要在基本運動模式的基礎(chǔ)上研究四輪聯(lián)動的轉(zhuǎn)向配合以及轉(zhuǎn)速配合。 ? 用戶指令防抖動設(shè)計：在采集用戶指令時，要采取必要的防抖動措施排除干擾信號，防止誤響應(yīng)。 ? 控制算法設(shè)計：控制主程序需要能夠?qū)崟r響應(yīng)用戶指令，并根據(jù)指令改變四輪聯(lián)動狀態(tài)，實現(xiàn)用戶期望的運動模式和運動規(guī)律。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的 傳統(tǒng)輪椅已經(jīng)很難滿足殘疾人對便利行動的期望和需求。若能研制一種能夠?qū)崿F(xiàn)橫向移動的殘疾人運動平臺，將大大改善殘疾人的生活，給殘疾人帶來超乎想象的便利。針對目前各種運動機(jī)構(gòu)的特點，設(shè)計一種新型殘疾人輪椅運動平臺，支持橫向移動、電力驅(qū)動和自動控制，克服現(xiàn)有運動機(jī)構(gòu)小轉(zhuǎn)角情況下運動困難的問題。 基本思路 新型殘疾人輪椅運動平臺采用螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法，通過改變四輪的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度，主動提供不同大小的橫向驅(qū)動力和縱向驅(qū)動力，實現(xiàn)前進(jìn)、后退、橫向左移、橫向右移、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、各種角度斜行 、S形行走等各種運動模式。 創(chuàng)新點 ? 利用螺旋摩擦輪驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)殘疾人輪椅運動平臺的多向自由運動，解決了殘疾人在有限空間里的小轉(zhuǎn)角運動不便的問題，大大方便了殘疾人的運動靈活性。 ? 應(yīng)用新型四輪聯(lián)動控制算法，對四個螺旋摩擦輪進(jìn)行實時聯(lián)動控制，實現(xiàn)殘疾人輪椅運動平臺的運動過程的自動控制，提高了運動的機(jī)動性和靈活性。 ? 良好的用戶界面設(shè)計，方便用戶操作控制，并通過電力自主驅(qū)動，大大提高殘疾人輪椅的方便性和易用性。 關(guān)鍵技術(shù) 螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法。 技術(shù)指標(biāo) ? 載重 ； ? 平臺體積160mm×130mm×103mm； ? 重量 。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的先進(jìn)性與科學(xué)性 本作品的研究內(nèi)容涉及到螺旋摩擦輪設(shè)計、機(jī)構(gòu)運動分析、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法等研究領(lǐng)域，是一個多學(xué)科交叉的研究項目。 新型殘疾人輪椅運動平臺采用螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法，實現(xiàn)前、后、左、右、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、各種角度斜行 、S形行走，以及原地360°打轉(zhuǎn)等功能，解決了目前輪椅位于狹小空間內(nèi)轉(zhuǎn)向困難的問題。本作品的驅(qū)動原理和運動方式與現(xiàn)有運動平臺具有本質(zhì)的區(qū)別和創(chuàng)新。該平臺可廣泛應(yīng)用于輪型機(jī)器人、殘疾人運動比賽輪椅等各種運動機(jī)械中，具有廣闊的應(yīng)用空間和應(yīng)用前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 校三航杯突圍
作品所處階段
- A實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- □實物、產(chǎn)品 ■模型 ■圖紙 ■磁盤 □現(xiàn)場演示 ■圖片 ■錄像 □樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品發(fā)明一種新型殘疾人輪椅運動平臺，該作品采用螺旋摩擦輪機(jī)構(gòu)、專用運動控制器及四軸聯(lián)動控制算法，實現(xiàn)前、后、左、右、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、各種角度斜行 、S形行走，以及原地360°打轉(zhuǎn)等功能，解決了目前輪椅位于狹小空間內(nèi)轉(zhuǎn)向困難的問題。該平臺可廣泛應(yīng)用于輪型機(jī)器人、殘疾人運動比賽輪椅等各種運動機(jī)械中，具有廣闊的應(yīng)用空間和應(yīng)用前景。 新型殘疾人輪椅運動平臺所依托的技術(shù)在其它工業(yè)產(chǎn)品中已有成熟的工程實現(xiàn)，其技術(shù)成熟度高，所需知識易于學(xué)習(xí)和掌握，并能夠方便地應(yīng)用于輪椅運動平臺的設(shè)計及制作。 使用范圍和市場分析 目前，我國殘疾人總數(shù)已超過8300萬,其中肢體殘疾者占?xì)埣踩丝倲?shù)的14.6%。 現(xiàn)有的殘疾人運動平臺，無法殘疾人需求。 本項目旨在通過發(fā)明一種能夠?qū)崿F(xiàn)橫向移動運動的殘疾人輪椅運動平臺，滿足殘疾人的出行需求，為他們的生活帶來便利。通過市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)但市場上并無此類產(chǎn)品，因此具有極大的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。
同類課題研究水平概述
- 輪椅種類繁多，主要有智能輪椅、可充電的輪椅、可自由運動的新型電動輪椅、全塑料康復(fù)輪椅、新穎輪椅、手動輪椅、可防碰撞的智能輪椅和可上樓的輪椅等。 目前美國、德國、日本、法國、加拿大、西班牙及中國等國家的一些大學(xué)和公司的科學(xué)家長期從事輪椅的開發(fā)研制工作，旨在給老年人和殘障人士提供性能優(yōu)越的代步工具,幫助他們提高行動自由度、生活質(zhì)量及重新融入社會。 自1986 年英國開始研制第一輛智能輪椅來, 許多國家投入較多資金研究智能輪椅。如美國麻省理工學(xué)院WHEELESLEY項目、法國VAHM項目、德國烏爾姆大學(xué)MAID( 老年人及殘疾人助動器) 項目、Bremen Autonomous Wheelchair 項目、西班牙SIAMO 項目、加拿大AAI 公司TAO 項目、歐盟TIDE 項目、KISS學(xué)院TINMAN 項目、臺灣中正大學(xué)電機(jī)系LUOSON項目、我國863 智能機(jī)器人智能輪椅項目及第三軍醫(yī)大學(xué)外科研究所項目等。由于各個實驗室的目標(biāo)及研究方法不盡相同,每種輪椅解決的問題及達(dá)到的能力不同。 西班牙SIAMO始于1996年,由ONCE 基金會資助,目標(biāo)是根據(jù)用戶的殘障程度及特殊需求建造多功能系統(tǒng)。 麻省理工智能實驗室的智能輪椅威爾斯利,為一半自主式機(jī)器人輪椅,配備有計算機(jī)控制和傳感器的電動輪椅。 日本本田技研工業(yè)公司最近將把新研制的一種面向高齡人及殘疾人的新式電動輪椅車 投入市場。 美國橡樹嶺國家實驗室的一個科研小組應(yīng)用機(jī)器人的運動原理, 開發(fā)出了一種可自由運動的輪椅, 消除了普通輪椅換向困難的缺點。。 由英國威爾士大學(xué)推出可防碰撞的智能輪椅，這種輪椅裝備著人工智能軟件, 利用新型紅外探測器追蹤并定位半徑為3英尺以內(nèi)的物體, 并根據(jù)周圍的具體環(huán)境自動調(diào)節(jié)輪椅的靈敏度及運動方向。 我國智能輪椅研究起步較晚,在機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和靈活性上和國外相比有一定差距, 但也根據(jù)自身特色研制出技術(shù)指標(biāo)接近國外先進(jìn)水平的智能輪椅。研究單位有中科院自動化所、上海交通大學(xué)和第三軍醫(yī)大學(xué)等。 中國科學(xué)院自動化研究所研制了一種具有視覺和口令導(dǎo)航功能并能與人進(jìn)行語音交互的機(jī)器人輪椅,曾在“863”計劃十五周年成就展展館的人群中穿梭自如。。 上海交通大學(xué)開發(fā)成功一種聲控輪椅。
