CN109986567A - 一种助力补偿一体化装置 - Google Patents

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胡俊
邸霈
刘世昌
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Abstract

本发明公开了一种助力补偿一体化装置，包括：驱动电机，电机驱动板卡，倾角传感器以及无线通讯模块；所述倾角传感器用于检测助力补偿一体化装置的倾斜角度，并将所述倾斜角度传输至所述电机驱动板卡；所述电机驱动板卡，在接收到所述倾角传感器传输的倾斜角度信息后，计算需要的重力补偿值，并驱动所述驱动电机进行重力补偿提供助力的效果，且将所述助力一体化车轮的实时状态与所述无线通讯模块进行通讯；所述无线通讯模块将所述助力一体化车轮的实时状态与终端设备进行连接通讯，并在终端设备发送相关指令时控制所述电机驱动板卡进行实时控制。本发明公开的助力补偿一体化装置可以进行重力补偿，保证设备在上坡或者下坡时可以稳定运行。

Description

一种助力补偿一体化装置
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别涉及一种助力补偿一体化装置。
背景技术
随着世界人口老龄化问题的加重，我国也将逐渐面临人口老龄化问题。随着老龄人口的增加，社会的劳动力将会减少，从而造成一系列的社会问题。其中，养老助残产业和医疗领域将会迎来更大的发展空间并面临严峻的考验。
在老年人的日常生活中，机器人产品将会改善老年人或者是残疾人的生活质量，影响老年人或残疾人的身心健康。但是目前而言，市场上并没有一款成熟的机器人产品可以满足以上要求。因此本发明提出了一种助力补偿一体化装置，目的在于改善老年人或者残疾人日常出行，达到安全陪护的目的。通过助力补偿，满足年老体弱者行走、买菜、运输轻量物品的需求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种助力补偿一体化装置。所述助力补偿一体化装置包括：驱动电机，电机驱动板卡，倾角传感器以及无线通讯模块；
所述倾角传感器用于检测助力补偿一体化装置的倾斜角度，并将所述倾斜角度传输至所述电机驱动板卡；
所述电机驱动板卡，在接收到所述倾角传感器传输的倾斜角度信息后，计算需要的重力补偿值，并驱动所述驱动电机进行重力补偿提供助力的效果，且将所述助力一体化车轮的实时状态与所述无线通讯模块进行通讯；
所述无线通讯模块将所述助力一体化车轮的实时状态与终端设备进行连接通讯，并在终端设备发送相关指令时控制所述电机驱动板卡进行实时控制。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡上设置有控制电接口，驱动电机动力线接口，与倾角传感器的通讯接口，无线通讯接口。
在一些实施例中，所述驱动电机为无刷直流电机。
在一些实施例中，所述助力补偿一体化装置集成在车轮上。
在一些实施例中，所述倾角传感器安装于无刷直流电机内部。
在一些实施例中，所述无线通讯模块为蓝牙BLE4.0模块。
在一些实施例中，所述倾角传感器通过RS232，RS485或CAN的通讯方式与电机驱动板卡进行通讯。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置在进行上坡运动时，通过倾角传感器检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡通过计算改变助力补偿一体化装置的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置的机器人产生上坡的助力。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置进行下坡运动时，通过倾角传感器检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡通过计算改变助力补偿一体化装置的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置的机器人产生下坡的阻力，用以对机器人下坡时进行重力补偿。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡安装于无刷直流电机内部。
本发明的技术效果：本发明公开的助力补偿一体化装置通过倾角传感器对坡度进行检测，来达到重力补偿的效果，保证设备在上坡或者下坡时可以稳定运行。而且该助力补偿一体化装置可以安装在任何框架上，通过助力补偿一体化装置提供的助力来辅助老年人或者残疾人日常的出行，具有通用性高的优点。同时，本发明公开的助力补偿一体化装置安装方便，结构简单，便于更换和拆卸，在后期设备维护和维修方面具有巨大优势。
附图说明
图1示意性示出根据本发明一个实施例的助力补偿一体化装置的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的重力补偿算法的原理框图；
图3为根据本发明一个实施例的助力补偿一体化装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
参考图1至图2所示，示意出了根据本发明一个实施例的助力补偿一体化装置100。所述助力补偿一体化装置100包括：
驱动电机M，电机驱动板卡20，倾角传感器30以及无线通讯模块10；
所述倾角传感器30用于检测助力补偿一体化装置100的倾斜角度，并将所述倾斜角度传输至所述电机驱动板卡20；
所述电机驱动板卡20，在接收到所述倾角传感器30传输的倾斜角度信息后，计算需要的重力补偿值，并驱动所述驱动电机M进行重力补偿提供助力的效果，且将所述助力一体化车轮的实时状态与所述无线通讯模块10进行通讯；
所述无线通讯模块10将所述助力一体化车轮的实时状态与终端设备200进行连接通讯，并在终端设备200发送相关指令时控制所述电机驱动板卡20进行实时控制。所述终端设备200可以包括平板，手机等手持设备，设计有可兼容IOS/Android/Windows等***的助力补偿一体化装置100运动控制面板。同时终端设备200可以与助力补偿一体化装置100可通过无线通讯模块10进行通讯。
在一些实施例中，所述助力补偿一体化装置100集成在车轮上。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡20上设置有控制电接口，驱动电机M动力线接口，与倾角传感器30的通讯接口，无线通讯接口。
在一些实施例中，所述驱动电机M为无刷直流电机。在一些实施例中，所述电机驱动板卡20安装于无刷直流电机内部。
在一些实施例中，所述无刷直流电机为外转子电机。
在一些实施例中，所述倾角传感器30安装于无刷直流电机内部。
在一些实施例中，所述无线通讯模块10为蓝牙BLE4.0模块。所述蓝牙BLE4.0模块与终端设备200进行通讯，需要传输助力一体化车轮的实时状态，同时终端设备200也可以通过蓝牙对助力补偿一体化装置100进行实时控制。
所述无线通讯模块10，倾角传感器30，电机驱动板卡20都通过电源模块40来进行供电，所述电源模块40可以为助力补偿一体化装置100中的无线通讯模块10，倾角传感器30，电机驱动板卡20提供稳定的直流电压。
所述电源模块40可以通过外部电池300来供电，所述外部电池300可以是开关电源，锂电池或者其他直流电源等，其可以为助力补偿一体化装置100提供持续稳定的直流电压。当然可以理解的是，所述电源模块40也可以通过其他供电***来进行供电。
在一些实施例中，所述倾角传感器30通过RS232，RS485，I IC或CAN的通讯方式与电机驱动板卡20进行通讯。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡20中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置100在进行上坡运动时，通过倾角传感器30检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡20通过计算改变助力补偿一体化装置100的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置100的机器人产生上坡的助力。
在一些实施例中，所述电机驱动板卡20中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置100进行下坡运动时，通过倾角传感器30检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡20通过计算改变助力补偿一体化装置100的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置100的机器人产生下坡的阻力，用以对机器人下坡时进行重力补偿。
如图2所示，是本发明一个实施例所示的重力补偿算法原理图，所述重力补偿算法具体为：
当人手推动安装有助力补偿一体化装置100的行走辅助设备时产生的推力此时内嵌的倾角传感器30对坡度的判断，生成参数K0，确定助力补偿一体化装置100提供的助力方向此时，行走辅助设备实际受到的推力(阻力)为F(t)。K0确定电机运行方向的控制指令Iin，电机Motor为助力补偿一体化装置100的执行机构即直流无刷电机，终端设备200通过蓝牙BLE4.0模块(或其他无线通讯设备)给助力补偿一体化装置100设置的最大速度直流无刷电机在最大限速模式下，通过PID控制环节对电机进行调速，使电机能够正向或反向运行。
助力补偿一体化装置100的外部可配置pad，手机等手持终端设备200，通过蓝牙与助力补偿一体化装置100进行连接，可以在手持终端设备200中实时显示助力补偿一体化装置100运行情况和具体运行参数，同时终端设备200也可以对助力补偿一体化装置100进行调控，通过限制运行速度，运行电流等参数来满足不同工况下的需求。以上功能皆以蓝牙BLE4.0模块通讯为基础。助力补偿一体化装置100需要外部电池300或者其他供电设备进行供电，以满足助力补偿一体化装置100的动力需求和功能需求。
助力补偿一体化装置100可以安装在机器人底盘处，作为机器人的辅助动力装置，用以给老年人或者残疾人提供行走助力，方便出行。
助力补偿一体化装置100可用于行走辅助机器人及其他相关领域中。可以将机器人的动力***进行改造，由原来的从动轮变成主动轮，并且改造方便，仅需将原有轮子替换成助力补偿一体化装置100即可。将本发明提出的助力补偿一体化装置100可以对生活中现有设备进行直接改造，例如，将手推车的车轮替换成助力补偿一体化装置100即可达到省力的目的；将机场行李车的车轮改造成助力补偿一体化装置100，将可减轻推力达到辅助运输的目的。本发明提出的一种助力补偿一体化装置100还可以用于其它领域相关设备中，不仅仅限于机器人设备，普通公用设备也可以进行应用，也可以达到辅助行走，方便运输，减轻人力的作用。
本发明实施例提供的助力补偿一体化装置100的电机驱动板卡20及其外部配套模块嵌入到无刷直流电机中，可以有效的缩小体积，使得本发明具有结构轻巧的优点。由于电机和电机驱动板卡20可以集成安装，使得助力补偿一体化装置100成为一个整体，在实际应用当中，方便安装和拆卸，维护和修理方便。所述助力补偿一体化装置100的倾角传感器30可以对坡度进行检测，达到重力补偿的效果，保证设备在上坡或者下坡时可以稳定运行。在应用上，本发明提出的助力补偿一体化装置100可以安装在行走辅助机器人底盘两侧，可以提供行走助力和减速阻力。
下面结合具体的实施例对本发明提供的助力补偿一体化装置100进行详细的说明。
如图3所示，是本发明一个具体实施例提供的助力补偿一体化装置100。所述助力补偿一体化装置100集成在车轮上，其包括：驱动电机M，电机驱动板卡20，倾角传感器30以及无线通讯模块10；所述倾角传感器30用于检测助力补偿一体化装置100的倾斜角度，并将所述倾斜角度传输至所述电机驱动板卡20；所述电机驱动板卡20在接收到所述倾角传感器30传输的倾斜角度信息后，计算需要的重力补偿值，并驱动所述驱动电机M进行重力补偿提供助力的效果，且将所述助力一体化车轮的实时状态与所述无线通讯模块10进行通讯；所述无线通讯模块10将所述助力一体化车轮的实时状态与终端设备200进行连接通讯，并在终端设备200发送相关指令时控制所述电机驱动板卡20进行实时控制。所述终端设备200可以包括平板，手机等手持设备，设计有可兼容IOS/Android/Windows等***的助力补偿一体化装置100运动控制面板。同时终端设备200可以与助力补偿一体化装置100可通过无线通讯模块10进行通讯。所述无线通讯模块10为蓝牙BLE4.0模块。
本实施例提供的助力补偿一体化装置100的工作原理可参考图2所示：助力补偿一体化装置100本体为一个外转子式的无刷直流电机，嵌入到助力补偿一体化装置100中的电机驱动板卡20对无刷直流电机进行驱动，满足助力补偿一体化装置100的动力需求。嵌入在助力补偿一体化装置100中的倾角传感器30可以检测助力补偿一体化装置100在运行过程中与水平面的角度。在助力补偿一体化装置100运行前，需要对倾角传感器30进行角度的校正，保证倾角传感器30与大地水平面平行，即当助力补偿一体化装置100在水平地面静止时，倾角传感器30与水平面的夹角为0。当助力补偿一体化装置100在进行上坡运动时，通过倾角传感器30检测出此时与水平面夹角的大小，来进行重力补偿，电机驱动板卡20中有重力补偿算法，通过计算改变助力补偿一体化装置100的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置100的机器人产生上坡的助力，用以对机器人上坡时进行重力补偿，减少老年人或者残疾人的推力，以到达辅助行走的目的。当助力补偿一体化装置100进行下坡运动时，通过倾角传感器30检测出此时与水平面夹角的大小，来进行重力补偿，电机驱动板卡20中有重力补偿算法，通过计算改变助力补偿一体化装置100的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置100的机器人产生下坡的阻力，用以对机器人下坡时进行重力补偿，减少老年人或者残疾人的推力，以到达辅助行走的目的。嵌入在助力补偿一体化装置100中的蓝牙BLE4.0模块可以满足与终端设备200进行通讯的目的。助力补偿一体化装置100运行时的参数，如电流，电压，电机转速等，可以通过蓝牙模块进行传输，在手持终端设备200中进行显示。同时，手持终端设备200可以通过蓝牙BLE4.0模块对助力补偿一体化装置100的电机转速，电流，电压等参数进行设置。助力补偿一体化装置100中的电源模块40需要外部进行供电。供电后，电源模块40可以输出低纹波系数的稳定直流电压，为电机驱动板卡20，蓝牙BLE4.0模块和倾角传感器30模块进行供电。
本实施例提供的助力补偿一体化装置100的具体算法如图2所示：当人手推动安装有助力补偿一体化装置100的行走辅助设备时产生的推力此时内嵌的倾角传感器30对坡度的判断，生成参数K0，确定助力补偿一体化装置100提供的助力方向此时，行走辅助设备实际受到的推力(阻力)为F(t)。K0确定电机运行方向的控制指令Iin，电机Motor为助力补偿一体化装置100的执行机构即直流无刷电机，终端设备200通过蓝牙BLE4.0模块(或其他无线通讯设备)给助力补偿一体化装置100设置的最大速度直流无刷电机在最大限速模式下，通过PID控制环节对电机进行调速，使电机能够正向或反向运行。
本实施例提供的助力补偿一体化装置的外部可配置pad，手机等手持终端设备，通过蓝牙与助力补偿一体化装置进行连接，可以在手持终端设备中实时显示助力补偿一体化装置运行情况和具体运行参数，同时终端设备也可以对助力补偿一体化装置进行调控，通过限制运行速度，运行电流等参数来满足不同工况下的需求。以上功能皆以蓝牙BLE4.0模块通讯为基础。助力补偿一体化装置需要外部电池或者其他供电设备进行供电，以满足助力补偿一体化装置的动力需求和功能需求。
本发明的技术效果：本发明公开的助力补偿一体化装置通过倾角传感器对坡度进行检测，来达到重力补偿的效果，保证设备在上坡或者下坡时可以稳定运行。而且该助力补偿一体化装置可以安装在任何框架上，通过助力补偿一体化装置提供的助力来辅助老年人或者残疾人日常的出行，具有通用性高的优点。同时，本发明公开的助力补偿一体化装置安装方便，结构简单，便于更换和拆卸，在后期设备维护和维修方面具有巨大优势。
本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种助力补偿一体化装置，其特征在于，包括：驱动电机，电机驱动板卡，倾角传感器以及无线通讯模块；
所述倾角传感器用于检测助力补偿一体化装置的倾斜角度，并将所述倾斜角度传输至所述电机驱动板卡；
所述电机驱动板卡，在接收到所述倾角传感器传输的倾斜角度信息后，计算需要的重力补偿值，并驱动所述驱动电机进行重力补偿提供助力的效果，且将所述助力一体化车轮的实时状态与所述无线通讯模块进行通讯；
所述无线通讯模块将所述助力一体化车轮的实时状态与终端设备进行连接通讯，并在终端设备发送相关指令时控制所述电机驱动板卡进行实时控制。
2.如权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述电机驱动板卡上设置有控制电接口，驱动电机动力线接口，与倾角传感器的通讯接口，无线通讯接口。
3.根据权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述驱动电机为无刷直流电机。
4.根据权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述助力补偿一体化装置集成在车轮上。
5.根据权利要求3所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述倾角传感器安装于无刷直流电机内部。
6.根据权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述无线通讯模块为蓝牙BLE4.0模块。
7.根据权利要求5所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述倾角传感器通过RS232，RS485或CAN的通讯方式与电机驱动板卡进行通讯。
8.根据权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述电机驱动板卡中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置在进行上坡运动时，通过倾角传感器检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡通过计算改变助力补偿一体化装置的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置的机器人产生上坡的助力。
9.根据权利要求1所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述电机驱动板卡中设置有重力补偿算法，当助力补偿一体化装置进行下坡运动时，通过倾角传感器检测出此时与水平面夹角的大小，所述电机驱动板卡通过计算改变助力补偿一体化装置的输出功率，使得安装助力补偿一体化装置的机器人产生下坡的阻力，用以对机器人下坡时进行重力补偿。
10.根据权利要求3所述的助力补偿一体化装置，其特征在于，所述电机驱动板卡安装于无刷直流电机内部。
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