[发明专利]一种Zigbee接入的电动轮椅控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于无线传感器网络和机器人技术领域，特别涉及一种 Zigbee接入的电动轮椅控制器及方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是当今涉及多学科高度 交叉的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术，现代计算机网络技术，嵌 入式计算技术及分布式计算和控制技术等。分布于网络中的节点通过各种传 感器对周围环境进行实时的感知和信息的采集，节点之间利用无线通信模块 2进行协作，信息共享，知识融合，使用分布式计算和控制技术，对网络的 下一步行为进行决策。无线传感器网络把物理环境和信息世界有机地融合在 一起，大大地提高了认知环境能力，拓展了计算智能在现实环境中的应用。

Zigbee是部署无线传感器网络的新技术。它是一种短距离、低速率无线 网络技术，是一种介于无线标记技术和BlueTooth之间的技术提案。Zigbee 一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到 交换信息的目的。借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率 的近程无线网络通信技术。

电动轮椅是一种使用电力驱动的运动装置，广泛用于医院、疗养中心和 老年社区等场所，为行动不便的人士提供了一种有效的代步工具。将电动轮 椅用Zigbee技术接入无线传感器网络，可以利用网络的强大环境感知能力获 取充分的导航信息，实现电动轮椅在环境中的自主运动，从而为使用者带来 极大的方便。目前国内有关电动轮椅控制器设计的相关研究已经出现，部分 解决了电动轮椅运动控制、人机交互方面的问题。2008年授予郭永吉等人的 发明专利CN101214182“电动轮椅的方向速度控制装置”提出了一种电动轮 椅方向速度控制装置的设计方案。该方案的重点在于给电动轮椅安装一种测 量装置，用以测量电动轮椅运动过程中的扰动量并在控制器上加以校正，达 到控制电动轮椅方向速度的目的。同年授予原魁等人的发明专利CN1830413 “一种嵌入式智能电动轮椅控制系统及方法”提出了一种电动轮椅智能控制 系统的设计方案，该方案使用超声波传感器检测环境中的障碍物信息，实现 电动轮椅的避障智能。

发明内容

本发明的目的是提供一种Zigbee接入的电动轮椅控制器及方法。该控 制器设计方法针对无线传感器网络这一特定环境，通过给电动轮椅安装无线 通信模块2、传感器等装置，以Zigbee协议接入无线传感器网络并接收语义 指令，在传感器的协助下实现电动轮椅的运动控制及避障等功能。

一种Zigbee接入的电动轮椅控制器，所述控制器包括主控制板、数据 采集板9、电机控制盒12和无线通信模块2；无线通信模块2与主控制板连 接并通信，数据采集板9与主控制板连接，电机控制盒12与主控制板连接； 在主控制板上还连接有左红外接近开关1、右红外接近开关3、第一超声波传 感器4、第二超声波传感器5、第三超声波传感器7、第四超声波传感器8和 电子罗盘11；在电机控制盒12还连接有左轮直流电机14和右轮直流电机15； 左轮直流电机14通过左码盘13与数据采集板9连接，右轮直流电机15通过 右码盘16与数据采集板9连接；左红外接近开关1、右红外接近开关3、第 一超声波传感器4、第二超声波传感器5、第三超声波传感器7、第四超声波 传感器8、电子罗盘11和数据采集板9采集到的电动轮椅运动参数输入到主 控制板，主控制板通过输出指令调整左轮直流电机14和右轮直流电机15的 转速；在数据采集板9上连接有陀螺仪，陀螺仪测量电动轮椅转动的角速率。

所述主控制板由CPU和在CPU周围设置的I2C接口、第一RS232接口18、 第二RS232接口22、第一IO口17、第二IO口19和SPI总线20构成。

(1)采集参数：左红外接近开关1和右红外接近开关3检测电动轮椅周 围的障碍物；第一超声波传感器4、第二超声波传感器5、第三超声波传感器 7和第四超声波传感器8测量电动轮椅与周围的障碍物的距离；电子罗盘11 测量电动轮椅的绝对朝向；数据采集板9采集左轮直流电机14和右轮直流电 机15的转速；

(2)建立控制模型：先建立两轮差动驱动电动轮椅的动力学模型，再建 立直流电机数学模型，最后结合两轮差动驱动电动轮椅的动力学模型与直流 电机数学模型获得电动轮椅的控制模型；