轮腿式爬楼轮椅控制系统设计

发布时间：2017-10-15 13:37

  本文关键词：轮腿式爬楼轮椅控制系统设计

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【摘要】：随着社会的发展和科技的进步,我国面临着越来越严重的人口老龄化问题和各种事故造成的伤残问题。电动轮椅作为面向老年人和残疾人而开发的一种辅助工具应运而生。电动轮椅是一种以蓄电池为能源、通过操纵杆控制、由电动机驱动、由传感器对环境进行检测的轮椅车,而且操作简便、自主性强、运行平稳、噪声低。目前国内缺少高性能的电动轮椅产品以及有关的控制技术,国内用户很难接收国外产品高昂的价格。因此设计出一款高性能、低成本的电动轮椅控制系统成为我们当前的主要研究目的。本文主要围绕电动轮椅环境感知系统进行设计。首先对电动轮椅的研究背景和国内外的研究现状做了介绍,然后通过对国内外的先进控制技术进行研究,并根据电动轮椅的功能及运动要求,设计出一套基于STC12C5A32S2单片机的电动轮椅环境感知系统。其次,对系统的各个模块进行了软硬件设计,包括电源模块、测距传感器模块、倾角传感器模块、步进电机模块及外围辅助设计模块、USART异步通信模块等,同时根据可靠性要求设计了传感器故障检测模块,自主避障模块。最后通过Proteus软件对上位机系统进行了搭建仿真,使上位机可以通过传感器测量的数据对前腿的动作及座椅的位姿进行调整,同时还为座椅的调整添加了手动模式,方便用户使用。通过搭建控制系统的样机,对系统进行了模拟调试并对结果加以分析,实验结果验证了本设计的可行性,达到了预期目的。
【关键词】：电动轮椅控制器 步进电机 测距传感器 倾角传感器 串口通信
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题背景与意义8-9
• 1.2 爬楼轮椅的国内外研究现状9-13
• 1.2.1 履带式10
• 1.2.2 轮组式10-11
• 1.2.3 步行式11-13
• 1.3 轮椅的分类13-14
• 1.4 课题的主要内容及结构安排14-16
• 第二章 电动轮椅控制系统总体方案设计16-30
• 2.1 电动轮椅的功能与运动要求16-17
• 2.2 主要硬件的选型17-25
• 2.2.1 超声波测距传感器17-19
• 2.2.2 红外线测距传感器19-21
• 2.2.3 加速度传感器21-23
• 2.2.4 步进电机23-25
• 2.3 控制系统的设计与分析25-29
• 2.3.1 环境感知系统方案拟定25-26
• 2.3.2 PID算法介绍26-28
• 2.3.3 电动轮椅控制系统框图28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 基于STC单片机控制系统硬件设计30-40
• 3.1 电源模块30-31
• 3.2 单片机选型及其电路31-32
• 3.3 环境检测模块32-37
• 3.3.1 测距模块32-35
• 3.3.2 倾角模块35-36
• 3.3.3 故障检测与反馈36
• 3.3.4 状态指示灯36-37
• 3.4 电机模块37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于STC单片机控制系统软件设计40-56
• 4.1 STC12系列单片机开发及调试工具40
• 4.2 主程序设计及流程图40-42
• 4.3 传感器模块设计42-50
• 4.3.1 A/D模块软件设计42-47
• 4.3.2 超声波模块软件设计47-49
• 4.3.3 中位值平均滤波法数字滤波49-50
• 4.4 电机PID控制模块设计50-52
• 4.5 串行通信模块设计52
• 4.6 轮椅动作模块52-53
• 4.7 本章小结53-56
• 第五章 实验结果及误差分析56-62
• 5.1 电动轮椅控制系统实验平台56-57
• 5.2 距离检测相关试验57-59
• 5.3 实验误差分析59-60
• 5.4 上位机系统仿真60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果70

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1 沈杰;轻便省电可折叠电动轮椅[N];大众科技报;2007年

2 刘洋;创新产品点亮生活 助力社会健康发展[N];中国社会科学报;2013年

3 台湾电机电子工业同业公会副秘书长 罗怀家;台湾推动行动辅具产业起飞[N];中国企业报;2010年

4 早报记者 史寅f　刘哲瑜;电动代步车进地铁遭拒 残疾人出行再遇尴尬[N];东方早报;2011年

5 本报记者 张丽娜;电动代步车路之惑[N];消费日报;2013年

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1 郭哲;全方位运动电动轮椅的系统设计与研制[D];浙江大学;2014年

2 易海涛;太阳能电动轮椅的设计与研究[D];西南大学;2015年

3 杨楠;老年多功能电动轮椅的人性化设计研究[D];西南交通大学;2015年

4 常宏;轮腿式爬楼轮椅控制系统设计[D];河北工业大学;2015年

5 陆磊;电动轮椅的建模与轨迹控制的仿真研究[D];上海交通大学;2010年

6 袁世奇;全方向电动轮椅控制部分设计[D];沈阳工业大学;2005年

7 黄精;残疾人电动轮椅控制驱动电路研究[D];西安工业大学;2014年

8 赵婧;电动轮椅操纵杆设计[D];哈尔滨工业大学;2009年

9 褚超;主从式电动轮椅控制器设计[D];华中科技大学;2006年

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本文编号：1037427