國內(nèi)電動輪椅市場現(xiàn)狀分析

國內(nèi)電動輪椅市場現(xiàn)狀分析

隨著社會的發(fā)展和人類文明的提高，特殊困難的社會成員越來越需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來提高他們的生活質(zhì)量和生活自由。據(jù)調(diào)查,因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病,每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力(如行走、動手能力等)。目前,我國65歲以上的老年人和需要使用輪椅的殘疾人有一億人以上,而且社會的老齡化程度還在不斷提高。因此,如何利用現(xiàn)代技術(shù)來擴(kuò)大殘疾人和老年人的生活空間、提高他們的生活質(zhì)量,給他們帶來更多的自由和方便成為近幾年來國際學(xué)術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。輪椅作為殘疾人和行動不便的老年人的代步工具,越來越受到市場的歡迎。但目前,市場上的輪椅要么結(jié)構(gòu)簡單、功能單一,安全性、機(jī)動性差,要么價格昂貴、經(jīng)濟(jì)性差,普通家庭購買不起。這就要求國內(nèi)生產(chǎn)的電動輪椅不僅實(shí)用性要強(qiáng),價格也要便宜。國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家和科研院所對電動輪椅做了一定的研究,但與國外相比還很不完善。為此,本文研制了一種適合我國國情的具有速度控制、高度調(diào)節(jié)及靠背角度調(diào)整的多功能電液動輪椅。1結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)輪椅主要由輪椅座位提升系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、靠背傾角調(diào)節(jié)裝置、調(diào)速與制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和前后輪等組成,其框架采用四點(diǎn)支撐立體結(jié)構(gòu),材料使用高強(qiáng)度不銹鋼管,可以提高輪椅的剛度和強(qiáng)度,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。2主要設(shè)備的設(shè)計(jì)2.1關(guān)、電磁控制開關(guān)、液壓缸、流閥、管路輪椅座位提升系統(tǒng)主要是用來調(diào)整輪椅座位的高度。當(dāng)乘用人需要抬高身體去拿高處物品時,可以通過操縱輪椅座位升降開關(guān)來控制液壓泵工作,使前后四個支腿液壓缸工作,提高座位高度。輪椅座位提升系統(tǒng)主要由電源開關(guān)、電磁控制開關(guān)、液壓缸、溢流閥、分流閥及管路等組成,其系統(tǒng)原理如圖2所示。輪椅座位提升系統(tǒng)由一個三位四通電磁換向閥控制其工作狀態(tài),當(dāng)電磁換向閥處于左位時,液壓泵的壓力油經(jīng)過電磁換向閥的左位,經(jīng)節(jié)流閥到前排分流閥和后排分流閥,然后分別供給前排和后排液壓缸。設(shè)置分流閥的目的是使前后四個液壓缸提升平穩(wěn)且同步性好。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定高度時,使電磁換向閥處于中位即可切斷油路,座位停止在指定位置。當(dāng)需要降低座位時,只需使電磁換向閥右位接通,即可控制液壓缸縮回,座位回落。此外,在回油路上設(shè)置了一個單向閥,起背壓閥的作用,可以改善座位回落時的平穩(wěn)性。座位最高可以升高42cm,能夠滿足一般高度拿取東西時的需要。2.2功率驅(qū)動電路電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)由48V直流電源(4塊蓄電池)、速度手柄位置開關(guān)、單片機(jī)、功率驅(qū)動及功率開關(guān)電路、速度/電流檢測電路、直流無刷輪邊驅(qū)動電機(jī)等組成,其驅(qū)動控制原理如圖3所示。功率開關(guān)電路由6個功率晶體管構(gòu)成三相全橋逆變電路,把直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓,驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。功率驅(qū)動電路把單片機(jī)輸出的0～5V的電平控制信號,進(jìn)行功率放大,轉(zhuǎn)換到0～15V,用來控制功率開關(guān)電路中的功率晶體管。速度/電流檢測電路采集速度、電流的反饋信號。2.2.1點(diǎn)和使用點(diǎn)驅(qū)動電機(jī)選擇直流無刷電機(jī),與輪椅后輪做成一體,其特點(diǎn)是啟動和爬坡力矩大,使用可靠,維護(hù)簡單。無刷直流驅(qū)動電機(jī)輪由電機(jī)本體、車輪、轉(zhuǎn)子位置傳感器、功率開關(guān)電路組成,其額定電壓為48V,額定功率250W。2.2.2電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路單片機(jī)接收速度控制手柄給定的速度信號,并根據(jù)電流、速度的反饋調(diào)整輸出的PWM信號的占空比,控制電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。無刷電機(jī)內(nèi)部的霍爾元件的輸出信號經(jīng)過位置信號檢測電路,將電機(jī)轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位傳遞給單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)此信號計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速,同時輸出對應(yīng)的換相信號。驅(qū)動電路根據(jù)單片機(jī)的輸出指令,控制三相橋功率開關(guān)電路上下功率管的導(dǎo)通順序和導(dǎo)通時間,從而實(shí)現(xiàn)對無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。單片機(jī)采用ATmega103,具有更快的處理速度,具有更低的功耗,可以使蓄電池工作時間更長。該單片機(jī)具有獨(dú)立的PWM輸出口,可以更靈活地控制PWM的占空比的輸出,內(nèi)置10位的A/D轉(zhuǎn)換器,8位PWM發(fā)生器,具有很高的分辨率,使編程更為簡單,采用FQFP64腳的封裝,占用更小的電路板空間,可以利用JTAG進(jìn)行在線調(diào)試,還可以利用ISP進(jìn)行程序的下載,多個中斷向量使程序控制更為及時、有效,具有穩(wěn)定性好、抗干擾性及靈活性完善的特點(diǎn)。2.2.3轉(zhuǎn)子開關(guān)電路整個系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)子位置檢測電路、測速電路、調(diào)速電路、全橋電路、限流電路等。其中,無刷直流電機(jī)由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測器和電子開關(guān)電路三部分組成。直流電源通過開關(guān)電路向電動機(jī)定子繞組供電,位置檢測器可隨時檢測轉(zhuǎn)子的位置,并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止,從而實(shí)現(xiàn)電子換向。單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件連接如圖4所示,AT-mega103單片機(jī)接收ADC0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號以及剎車、加速、減速按鈕的信號,以此決定PB口的輸出、控制PWM的占空比的輸出,進(jìn)而來進(jìn)行速度控制、速度顯示燈發(fā)光的個數(shù)控制等。2.2.4系統(tǒng)程序介紹ATmega103在軟件上能有效地支持C語言及匯編語言。目前,匯編語言是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用語言,它既有模塊化編程、可讀性好、維護(hù)方便的特點(diǎn),又具有對硬件訪問方便、代碼效率高的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用匯編語言編程實(shí)現(xiàn),具有很好的通用性,其程序流程圖如圖5所示。設(shè)置ADC0809的端口地址為0FH,IN0號模擬輸入通道接電池電壓信號,IN1號模擬輸入通道接電機(jī)電樞電流信號,IN2號模擬輸入通道接電機(jī)轉(zhuǎn)速信號。設(shè)置PWM的端口地址為0EH。Atmega103的PB口輸出PWM控制信號,由PF口輸入ADC0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。PC.0口接剎車按鈕,PC.1口接加速按鈕,PC.2口接減速按鈕,PC.3口接啟動按鈕。2.3方向控制功能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要采用機(jī)械傳動,如圖6所示。當(dāng)乘坐者轉(zhuǎn)動操控手柄1時,傳動桿2受扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)動,通過滑塊4將力和運(yùn)動傳動給連桿5,使桿5產(chǎn)生左右運(yùn)動,從而帶動前輪6左右轉(zhuǎn)動。這樣,方向控制功能就實(shí)現(xiàn)了。其中,支架3起定位作用,以防止傳動桿2在傳遞扭矩的過程中產(chǎn)生彎曲變形。3附加設(shè)備設(shè)計(jì)3.1防后翻倒裝置為防止輪椅因坡度過大,途遇障礙物或使用者坐姿錯誤等原因造成的輪椅突然向后傾倒現(xiàn)象的發(fā)生,本輪椅加設(shè)了防后翻倒裝置。具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。3.2解鎖器調(diào)角器為了滿足不同使用者的身體狀況需求,提高使用者乘坐時的舒適性,加設(shè)了此裝置。為實(shí)現(xiàn)此功能,該輪椅采用了當(dāng)前被廣泛使用的調(diào)角器。調(diào)角器中具有能實(shí)現(xiàn)鎖止和解鎖功能并調(diào)節(jié)角度的部件。該部件可與不同的連接板連接而組成不同的調(diào)角器,以適用于不同結(jié)構(gòu)的座椅。4自動行駛變槳該輪椅結(jié)構(gòu)緊湊,裝配簡單,能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn),與同類產(chǎn)品相比,具有較高的性價比且操作便捷,適合老年人和殘疾