基本信息
- 項目名稱：
- 基于偏心距可調的偏心輪的智能輪椅系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品涉及自助運輸?shù)妮o助工具領域，具體為一種適用于行走不便人群的會爬臺階的輪椅。 該作品采用偏心輪機構、行星輪機構、液壓系統(tǒng)、傳感器等多種裝置，減少輪椅上臺階過程中電動機所需功率，且能夠有效保證輪椅系統(tǒng)的平穩(wěn)和使用者的安全。 該作品結構簡單，且自動化程度較高，操作方便，并且在越過臺階障礙的時候能夠及時的調整使用者的座椅高度，保持平穩(wěn)，提高使用者的安全性，且成本低廉。
- 詳細介紹：
- 該輪椅涉及自助運輸?shù)妮o助工具領域，具體為一種適用于行走不便人群的會爬臺階的輪椅。 功能：可上臺階、可自動調節(jié)重心、可上臺階或避障 創(chuàng)新點： 1、主輪采用內外圈結構； 2、采用偏心距可調的偏心輪機構； 3、將行星輪、棘輪、萬向輪等特點進整合運用； 4、采用可自動調節(jié)的升降裝置； 5、綜合運用超聲波和加速度傳感器。 特點和進步： 1、主輪采用具有內外圈的結構，使該電動輪椅能零半徑轉向； 2、開發(fā)主軸與輪心距離可調的偏心輪結構，可根據(jù)臺階高度調節(jié)偏心距離，降低上臺階過程中所需的最大功率； 3、座靠椅為單側可繞軸旋轉結構，可保證輪椅在上、下坡過程中使用者的安全； 4、將行星輪與棘輪的特點整合運用，使輪椅能輕松越障、上臺階，甚至能上樓梯； 5、運用傳感器檢測路況信息，使整個系統(tǒng)更加自動化、智能化； 6、可實現(xiàn)全手動、半自動或全自動控制，以適應不同工作環(huán)境。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 輪椅是康復工具，是老人和肢體傷殘者的代步工具，還為他們進行身體鍛煉和參與社會活動提供了可能。因此，開發(fā)高性能、低成本的智能電動輪椅對提高老人和殘疾人的生活質量，保證社會穩(wěn)定發(fā)展有重要意義，并將為他們帶來人性化幫助?；舅悸罚?保證輪椅基本功能實現(xiàn)，并開發(fā)偏心距可調的偏心輪機構；2研究行星輪和中心輪半徑與可上臺階高度間的關系；3將棘輪與行星輪結合，使輪椅能連續(xù)上臺階；4設計合理的升降結構，使輪椅重心穩(wěn)定；5運用傳感器采集路況信息，滿足輪椅智能化要求；6集信號檢測、分析為一體，由單片機控制工作。創(chuàng)新點：1內外圈結構。該結構能解決兩輪同軸，且需要自由轉動的問題；2偏心距可調的偏心輪機構。該機構降低輪椅在上臺階過程中重心上升的高度，減小電動機實際功率；3將行星輪、棘輪、萬向輪等的特點整合運用，使輪椅能連續(xù)上臺階；4升降裝置可自動調節(jié)座靠椅以保證系統(tǒng)重心的穩(wěn)定；5運用傳感器，實時檢測路況信息。技術關鍵：1設計內外圈結構，使兩輪同軸，且可自由轉動；2根據(jù)實際，估算最佳偏心輪大小及可偏心的距離；3收集臺階參數(shù)，研究其與行星輪和中心輪半徑的關系；4尋找可自動檢測臺階高度和障礙物距離的方法；5尋找控制偏心距離和升降裝置上升（下降）高度的最佳方法；6整合各輪特點，使輔助輪能上臺階。主要技術指標：額定載量：150kg;最大爬坡能力（載重100kg時）：17%（約10°）;最大速度：6km/h;最小額定功率：180W;最小轉彎半徑:0m;可越障礙高度：18cm;座椅仰角范圍：-15°—45°
科學性、先進性
- 電動輪椅是在普通輪椅的基礎上對其機械結構作一些優(yōu)化改進，具有普通輪椅的外表特征和基本功能，取消了普通的無動力車輪，安裝了永磁無刷直流電動機（或步進電機）、控制器、蓄電池、控制鍵盤、傳感器及各種顯示儀表，以鉛酸蓄電池為能源，對電動機進行控制，實現(xiàn)電動控制輪椅的功能。特點和進步：1、該輪椅主輪設計采用具有內外圈的結構，使得該電動輪椅的最小轉彎半徑縮減為零，克服了電動輪椅不能原地轉彎的難題；2、開發(fā)主軸與輪心距離可調的偏心輪結構，可根據(jù)臺階高度調節(jié)偏心距離，將輪椅上臺階過程中所需做的功分成兩部分完成，有效降低此過程中電動機所需的最大功率；3、將輪椅的座靠椅設計成單側可繞軸旋轉結構，使輪椅在上、下坡過程中，座靠椅能夠始終保持水平，起到了調節(jié)輪椅系統(tǒng)重心的目的，擴大了輪椅的應用范圍；4、將行星輪與棘輪的特點整合運用，不僅能使輪椅輕松越障礙、上臺階，還使得輪椅能夠上樓梯；5、運用傳感器檢測路況信息，使整個輪椅系統(tǒng)更加自動化、智能化；6、軟件部分可實現(xiàn)全手動、半自動或全自動控制，以適應不同工作環(huán)境。
獲獎情況及鑒定結果
- 鄭州大學第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽一等獎 鄭州大學機械工程學院“新火飛揚”第一屆創(chuàng)新設計大賽二等獎 鄭州大學機械工程學院2009級課外科技作品大賽二等獎 中華人民共和國國家知識產權局受理實用新型專利一種會爬臺階的輪椅申請
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 專利技術轉讓
作品可展示的形式
- 模型 現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：該系統(tǒng)結構簡單，自動化程度高，操作方便，在越臺階或障礙時能及時調整使用者的座靠椅傾角，保持平穩(wěn)，提高安全性，成本低廉。使用過程為：啟動；爬臺階；上、下坡；控制部分。作品技術特點和優(yōu)勢：1安全的乘坐環(huán)境；2路況信息快速檢測；3準確判斷臺階高度；4傳感器與單片機綜合運用。 推廣前景：目前市場上的輪椅大多結構復雜，成本高昂，尤其是涉及能越臺階或障礙物的輪椅，在越障時對于使用者來說，坐姿不能及時調整，安全性小。該輪椅涉及自助運輸?shù)妮o助工具領域，為一種適于行走不便人的會爬臺階的輪椅。它克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單、自動化程度高、成本低廉且在越過障礙物時能對使用者提供較高安全性的輪椅。市場分析：據(jù)統(tǒng)計，中國約有5000萬行走不便的人士。這些人對行動自由有強烈的渴望。但由于國內無障礙設施的欠缺及普通輪椅在智能化及越障上的缺陷，他們的需求沒有得到滿足。因此，他們都是此輪椅的潛在需求者。初步估計，有購買能力的需求人群約占總數(shù)的20%，即1000萬。若做好合理宣傳，每年購買基數(shù)可達5萬臺。
同類課題研究水平概述
- 國內： 電動輪椅核心技術是電動驅動總成、嵌入式控制器、傳感器和傳感器信息處理技術、電源技術。 (1) 電動驅動總成 在電動輪椅電動總成生產方面，我國目前已有多家企業(yè)具有生產技術和能力。如貴州華烽電器公司2004年生產電動輪椅用電動驅動總成超10萬臺，出口金額達1000多萬美元；蘭州萬里航空機電公司電動輪椅電動驅動總成的產能在2萬臺左右。上述產品不但用于國內電動輪椅產品，而且被國外電動輪椅產品廣泛采用。 (2) 嵌入式控制器 在嵌入式控制器研究方面，在國家“863”計劃支持下，我國做了大量研究開發(fā)工作，并取得了一批可用于智能輪椅產品的成果。如，中科院自動化所一直在進行基于DSP技術的嵌入式控制器和傳感器處理技術研究，已研制出基于DSP的高性能低成本嵌入式智能輪椅控制器。該控制器的成本只有國外進口控制器的1/3，不但具有進口輪椅控制器的基本功能，而且可根據(jù)超聲傳感器和紅外傳感器的信息對輪椅進行控制，使電動輪椅具有平穩(wěn)加減速、自主避障等功能。 (3) 傳感器技術 在傳感器和傳感器信息處理技術方面，國內近年來已有長足進步，具有了很好的技術基礎。如，在超聲波傳感器方面，與進口超聲波傳感器每套需近千元相比，目前國內已經研制開發(fā)出平均單只成本只有40～50元的集成化超聲波傳感器系統(tǒng)。這種超聲傳感器與高性能控制器配合，所感知的環(huán)境信息完全可以滿足智能輪椅和智能傳感器需要。此外，在紅外傳感器、嵌入式視覺系統(tǒng)等傳感器方面，我國都取得一定成果，有一定的工作基礎。 (4) 電源技術 在電源技術方面，目前普通智能輪椅與智能助行器所需的鉛酸電池技術已非常成熟。如，春蘭電器公司研制開發(fā)的鎳氫電池已被成功地用于國產電動汽車和電動自行車，其產品也完全可以被應用于智能輪椅與智能助行器產品。 國外： 歐美和日本等國家，電動輪椅已逐漸代替普通輪椅，其市場也進入穩(wěn)定期。臺灣工研院經資中心2003年的調查顯示，日本2001年電動輪椅市場約為45萬臺，占其人口總數(shù)的0.3%左右；歐美國家的電動輪椅市場與日本相當。 歐美品牌知名度高，但人工成本高昂，售價偏高。目前，歐美市場電動輪椅售價在5000美元左右，政府對用戶給予較大額度補貼。近年來，為降低成本，歐美廠商大多委托日本、韓國及臺灣進行代工生產，而臺灣的電動輪椅OEM產品發(fā)展很快，已占有歐美市場的30%。
