一种电动辅助轮椅

1.本公开的实施例总体上涉及轮椅，并且具体地涉及一种电动辅助轮椅。


背景技术：

2.电动轮椅已成为行动不便人士不可缺少的代步工具，其可让轮椅的使用者借助于电力驱动而行进更远的距离。电动轮椅通常会在座椅扶手前部安装一个控制模块，让使用者以坐姿操控轮椅。控制模块通常由操纵杆、按钮以及指示灯等组成。对于残疾年轻人和技术适应性较高的人来说，比较容易使用此类控制。然而，对于没有电动轮椅经验的老年人、阿尔茨海默病患者、精神疾病患者等等，即使能够操作电动轮椅，也将是极其危险的。对这些人群而言，由护理人员推动的手动轮椅仍然是一个更安全、更可行的选择。
3.另一方面，手动推轮椅是体力要求很高的活动。即使是最轻微的斜坡或不平的地形，也需要相当大的力量和练习才能顺利完成。推扶者(例如护理人员)的下背部将持续承受压力，而当上下山、行驶更长的距离或行经较崎岖的地形时，这种压力会成倍增加。此外，诸如在下坡时，当座椅向前倾斜时，轮椅使用者会面临更大的风险，倾斜的座椅和靠背将使用者的重心向前推，使使用者更容易从座椅上跌落。
4.随着全球人口老龄化，越来越多的老年人无法控制电动轮椅，因此需要一种新型的电动轮椅，能够让推扶者和不适合自己驾驶轮椅的使用者受益于电动轮椅。


技术实现要素：

5.总体上，本公开的实施例提出用于电动辅助轮椅的操作装置、电动辅助轮椅及操作其的方法。
6.在本公开的第一方面，提供一种用于电动辅助轮椅的操作装置，其被构造成操作电动辅助轮椅以使得电动辅助轮椅执行行驶运动。该装置包括：扶手部，扶手部包括设置于电动辅助轮椅的后上方的扶手，以供推扶者施加力；力传感组件，力传感组件设置于扶手中，并且被构造成能够感测推扶者施加于扶手上的力的幅度和方向；以及驱动控制机构，驱动控制机构与力传感组件电连接，并且被配置成基于力传感组件所感测的力的幅度和方向而控制电动辅助轮椅的电机，进而控制电动辅助轮椅的行驶运动。
7.在本公开的第二方面，提供一种电动辅助轮椅，该轮椅包括根据本公开第一方面所描述的操作装置。
8.在本公开的第三方面，提供一种操作电动辅助轮椅的方法。该方法包括：接收来自于力传感组件的指示受力的幅度和方向的力感测信号，其中力传感组件设置于轮椅的后上方的扶手中，用以感测来自轮椅的推扶者的受力；基于力感测信号，确定推扶者对轮椅的期望动作；以及基于确定的期望动作，生成针对轮椅的电机控制装置的指令，指令包括轮椅的预期速度和预期方向，以便电机控制装置输出适当功率以满足预期速度并且控制电机的运动方向以满足预期方向。
9.根据本公开的第四方面，提供一种电动辅助轮椅。该电动辅助轮椅包括传感组件、
微控制器、电机组件和电源。传感组件包括力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器。力传感器设置于轮椅的后上方的扶手中，用于感测轮椅的推扶者所施加的力的方向和幅度。倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器用于共同感测轮椅的姿态。电机组件包括电机控制器、电机编码器和电机；电机编码器用于感测电机的方向和速度并将其反馈至电机控制器。
10.其中，微控制器被配置为：基于力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器所感测的推扶者所施加的力的方向和幅度以及轮椅的姿态，确定推扶者对轮椅的期望动作；以及基于确定的期望动作，生成针对电机控制器的指令，指令包括轮椅的预期速度和预期方向；并且电机控制器被配置为根据来自微控制器的指令输出来自电源的功率以控制电机对轮椅的驱动。
11.根据本公开实施例的用于电动辅助轮椅的操作装置、电动辅助轮椅及操作方法，采用与椅背扶手集成一体的控制设计，通过推扶者(护理人员)在椅背扶手上施加力而控制电机驱动力，有效地增强了轮椅使用者和推扶者的安全性以及使用体验。
附图说明
12.结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
13.图1示出了在其中可以实现本公开实施例的电动辅助轮椅的示意图；
14.图2是示出根据本公开一个实施例的包括扶手部的轮椅局部的示意图；
15.图3示出了根据本公开一个实施例的扶手部的部分的示意图；
16.图4示出了根据本公开一个实施例的用于电动辅助轮椅的操作装置的示意框图；
17.图5是示出根据本公开一个实施例的电动辅助轮椅的数据传输和电力传输路径图的示意图；
18.图6示出了根据本公开实施例的用于操作电动辅助轮椅的方法的示例流程图；以及
19.图7示出了根据本公开一个实施例的操作电动辅助轮椅的方法的示例流程图。
具体实施方式
20.现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代的实施方式。
21.如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“耦接”可以被理解为任何适当的连接方式。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。
22.如前所述，为了能够让推扶者和不适合自己驾驶轮椅的使用者受益于电动轮椅，提高轮椅使用安全性，降低对推扶者施力的要求以及提升使用体验，本公开实施例在一方面提供一种用于电动辅助轮椅的操作装置，其被构造成操作电动辅助轮椅以使得电动辅助
轮椅执行行驶运动。该装置包括：扶手部，扶手部包括设置于电动辅助轮椅的后上方的扶手，以供推扶者施加力；力传感组件，力传感组件设置于扶手中，并且被构造成能够感测推扶者施加于扶手上的力的幅度和方向；以及驱动控制机构，驱动控制机构与力传感组件电连接，并且被配置成基于力传感组件所感测的力的幅度和方向而控制电动辅助轮椅的电机，进而控制电动辅助轮椅的行驶运动。
23.在某些实施例中，扶手由柔性材料制成，并且力传感组件包括称重传感器，称重传感器被柔性材料所包围。
24.在某些实施例中，扶手部还包括扶手基座，扶手基座固定连接至电动辅助轮椅的主体，并且称重传感器被固定连接至扶手基座。
25.在某些实施例中，力传感组件还包括传感信号放大器，传感信号放大器被设置在扶手基座内并且与称重传感器电连接。
26.在某些实施例中，扶手部包括相对设置的左扶手和右扶手，左扶手与电动辅助轮椅的椅背左框杆耦接并且右扶手与电动辅助轮椅的椅背右框杆耦接；并且力传感组件包括至少两个力传感器，其分别设置于左扶手和右扶手中。在某些实施例中，左扶手和后扶手与电动辅助轮椅的左右方向平行设置，并且每个扶手中布置有至少两个传感器，每个扶手中的至少两个传感器均衡地设置于该扶手的前方位置和后方位置。
27.在某些实施例中，力传感组件包括一组力传感器。扶手包括外壳和内芯，一组力传感器分布于外壳和内芯之间。
28.在某些实施例中，驱动控制机构包括控制处理装置和电机驱动装置，控制处理装置与力传感组件以及设置于电动辅助轮椅上的倾斜传感器、加速度传感器、角运动检测器的各输出端电连接，并且被配置成根据各输出端的感测输出而指令电机驱动装置，进而控制电动辅助轮椅的行驶运动。
29.在本公开的第二方面，提供一种电动辅助轮椅，该轮椅包括根据本公开第一方面所描述的操作装置。
30.在本公开的第三方面，提供一种操作电动辅助轮椅的方法。该方法包括：接收来自于力传感组件的指示受力的幅度和方向的力感测信号，其中力传感组件设置于轮椅的后上方的扶手中，用以感测来自轮椅的推扶者的受力；基于力感测信号，确定推扶者对轮椅的期望动作；以及基于确定的期望动作，生成针对轮椅的电机控制装置的指令，指令包括轮椅的预期速度和预期方向，以便电机控制装置输出适当功率以满足预期速度并且控制电机的运动方向以满足预期方向。
31.在某些实施例中，确定推扶者所期望的对轮椅的期望动作还包括：响应于力感测信号指示小于第一阈值的受力，确定期望动作为制动轮椅以使得轮椅静止。
32.在某些实施例中，轮椅包括在椅背上部相对设置的左扶手和右扶手，并且左扶手内设置有第一力传感器以及右扶手内设置有第二力传感器。确定推扶者对轮椅的期望动作包括：比较来自第一力传感器的第一力感测信号和来自第二力传感器的第二力感测信号；确定受力的主导方向；以及基于第一力感测信号与第二力感测信号的幅度差值和主导方向，确定期望动作。
33.在某些实施例中，确定推扶者对轮椅的期望动作还包括：响应于幅度差值处于第二阈值和第三阈值之间并且主导方向为向前，确定期望动作为轮椅前进，其中第二阈值小
于第三阈值；以及响应于幅度差值大于或等于第三阈值并且主导方向为向前，确定期望动作为轮椅偏向左方或右方前进。
34.在某些实施例中，确定推扶者对轮椅的期望动作还包括：响应于幅度差值处于第二阈值和第三阈值之间并且主导方向为向后，确定期望动作为轮椅后退，其中第二阈值小于第三阈值；以及响应于幅度差值大于或等于第三阈值并且主导方向为向后，确定期望动作为轮椅偏向左方或右方后退。
35.在某些实施例中，确定推扶者对轮椅的期望动作还包括：响应于幅度差值小于或等于第二阈值，确定期望动作是轮椅保持当前运动。
36.在某些实施例中，该方法还包括：接收来自设置于轮椅上的倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器的轮椅运动感测信号；基于轮椅运动感测信号，确定期望动作是否处于轮椅的安全操作范围；以及响应于确定期望动作处于轮椅的安全操作范围，基于确定的期望动作，生成针对轮椅的电机控制器的指令。
37.在某些实施例中，接收来自于力传感器的指示受力的幅度和主导方向的力感测信号包括：周期性地采集来自于力传感器的力感测信号。
38.在某些实施例中，由力传感器的应变部件获取力应变信号，力应变信号指示与受力的幅度相对应的电位差的变化；以及由信号放大器对力应变信号放大以生成力感测信号。
39.根据本公开的第四方面，提供一种电动辅助轮椅。该电动辅助轮椅包括传感组件、微控制器、电机组件和电源。传感组件包括力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器。力传感器设置于轮椅的后上方的扶手中，用于感测轮椅的推扶者所施加的力的方向和幅度。倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器用于共同感测轮椅的姿态。电机组件包括电机控制器、电机编码器和电机；电机编码器用于感测电机的方向和速度并将其反馈至电机控制器。
40.其中，微控制器被配置为：基于力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器所感测的推扶者所施加的力的方向和幅度以及轮椅的姿态，确定推扶者对轮椅的期望动作；以及基于确定的期望动作，生成针对电机控制器的指令，指令包括轮椅的预期速度和预期方向；并且电机控制器被配置为根据来自微控制器的指令输出来自电源的功率以控制电机对轮椅的驱动。
41.在某些实施例中，电机控制器还被配置为基于电机编码器所反馈的电机的方向和速度来确定电机的操作是否符合所接收的来自微控制器的指令。
42.以下结合附图进行详细描述。图1示出了在其中可以实现本公开实施例的电动辅助轮椅100的示意图。根据本公开的实施例，轮椅使用者坐在轮椅100上，其被构造成由推扶者操作。
43.如图所示，电动辅助轮椅100可以包括轮椅主体框架110、电池120、电机驱动装置130以及一对驱动轮140。轮椅主体框架110被构造成用于支撑轮椅使用者坐于轮椅上以及适于相关轮椅部件设置于轮椅上，可以包括诸如座椅椅面、椅背、脚踏板、腿支撑部件、使用者手臂支撑部件等等。
44.在某些实施例中，一对驱动轮140设置于轮椅主体轮椅的中间位置，使得轮椅100的行驶运动仅依靠该对驱动轮140。在图1示出的实施例中，轮椅100的驱动轮140设置于轮
椅主体的后方位置，轮椅100还包括一对从动轮150，其设置于轮椅主体的前方位置，从而使得轮椅100的行驶运动依靠驱动轮140和从动轮150的共同移动。
45.电池120包括各种适宜的可充电电池，诸如容量为数千毫安时的锂电池，其为轮椅100的电机(未示出)以及各种电气部件提供电力供应。电机驱动装置130可以包括电机控制器、电机编码器等，其控制来自电池120的输出电量，从而为驱动轮140提供适当的驱动，以便轮椅100以适当的速度和方向行驶运动。
46.根据本公开的实施例，轮椅100还包括扶手部160和控制处理装置(未示出)。扶手部160设置于轮椅100的后上方位置，以供推扶者施加力于电动辅助轮椅100。扶手部160中设置有力传感组件，其能够感测推扶者施加于扶手部160上的力，从而控制处理装置能够基于力传感组件的输出而控制电动辅助轮椅100的电机操作，进而控制电动辅助轮椅100的行驶运动。
47.扶手部160的具体设置和结构将在下文详细描述。可以理解，尽管图1中示出了扶手部160与椅背的上端面耦接，在某些实施例中，扶手部160可以设置于轮椅100的适宜推扶者施加力的任何位置，诸如椅背的中上位置处等。
48.根据本公开的实施例，电动辅助轮椅100还包括各种传感器件，诸如倾斜传感器、加速度传感器、角运动检测器(例如陀螺仪)等，用以感测轮椅100的姿态和运动参数。这些传感器件能够输出各自所感知的参数(总称之为轮椅运动感测信号)，以数字信号形式提供给控制处理装置。
49.控制处理装置可以设置于轮椅100的任何适合位置，诸如扶手部160中或者椅背中或其他合适位置，其能够根据来自各器件的数字信号而智能地判断推扶者的意图，并将其解释为机械运动。值得注意的是，根据本公开的实施例，电动辅助轮椅100采用了一种直观的集成控制系统，显著不同于现有产品。该控制系统的外观和操作感觉就像机械轮椅上的扶手，当推扶者推动控制器(扶手)时，电机驱动轮椅前进。当拉动扶手时，电机驱动轮椅后退。当对扶手施加相反或不均匀的力时，轮椅转向。
50.图2是示出根据本公开一个实施例的包括扶手部160的轮椅局部200的示意图。如图所示，扶手部160包括扶手210，其耦接至轮椅主体，例如轮椅椅背框架220。扶手210可以以适当的方式与轮椅主体耦接，例如通过一体成型构造或者通过充当连接件的扶手基座230。
51.可以理解，尽管图2示出了扶手部160由两个与轮椅的左右方向平行的扶手210组成，在其他实施例中，扶手160可以由两个与轮椅的前后方向平行的扶手210组成。可选地，扶手160可以由单个扶手210组成。
52.图3示出了根据本公开一个实施例的扶手部160的部分300的示意图。如图所示，该部分300包括扶手套310和力传感组件320，力传感组件320设置于扶手套310中。在一个实施例中，力传感组件320包括称重传感器(load cell)，其可以具有量程诸如为10公斤。称重传感器主体(例如力敏元件)上分布有应变片321，其将外力的大小转化为电学量输出。在一些实施例中，可以将多个应变片321分布于称重传感器的不同方位，以便感测不同位置的受力。例如在轮椅局部200所示的扶手中，应变片或者其他力传感器件均衡地分布于相对于扶手的前侧面和后侧面，或者上侧面和下侧面，形成传感器件阵列以促进对受力方向和幅度的进一步识别。
53.在本实施例中，扶手部还包括扶手基座330，其固定连接至电动辅助轮椅的主体，并且称重传感器被固定连接至扶手基座330。力传感组件320还可以包括传感信号放大器322，其将传感信号进行放大处理。传感信号放大器322可以被设置在扶手部的任何适宜位置，诸如扶手基座330内并且与称重传感器电连接(连接线未示出)。
54.扶手套310可以由柔性材料制成，并且力传感组件320被柔性材料所包围，构造成力传感组件320与扶手套310紧密接触，从而使得推扶者施加于扶手上的力能够更适于被压力传感组件320感测，以形成智能扶手。结果，推扶者仅通过向智能扶手施加力就能完成对轮椅的行驶控制。
55.在某些实施例中，力传感组件320可以包括其他形状和类型的力传感器件。例如，扶手部包括扶手外壳和内芯，一个或多个力传感器分布于外壳和内芯之间。
56.在另一实施例中，扶手部包括相对设置的左扶手和右扶手，左扶手与轮椅的后背左框杆耦接，并且右扶手与轮椅的后背右框杆耦接。在每个扶手中均设置有一个或多个力传感器。在每个扶手布置多个力传感器的情况下，至少在扶手前方位置和后方位置各布置有一个力传感器件，以促进对推或拉动作的感测。
57.图4示出了根据本公开一个实施例的用于电动辅助轮椅的操作装置400的示意框图，操作装置400被构造成操作电动辅助轮椅以使得电动辅助轮椅执行行驶运动。
58.总体上，操作装置400包括扶手部410和驱动控制机构420。在某些实施例中，扶手部410如图1-图3中所示。扶手部410包括设置于电动辅助轮椅的后上方的扶手411以及设置于扶手411中的力传感组件412。扶手411供推扶者施加力于电动辅助轮椅，力传感组件412被构造成能够感测推扶者施加于扶手上的力。
59.驱动控制机构420与力传感组件412电连接，并且被配置成基于力传感组件412的输出而控制电动辅助轮椅的电机操作，进而控制电动辅助轮椅的行驶运动。
60.在一个实施例中，驱动控制机构420包括控制处理装置421和电机驱动装置422。电机驱动装置422可以包括电机控制器、电机编码器等。电机控制器输出合适的功率以驱动电机，同时读取电机编码器所输出得电机运行方向和速度。
61.控制处理装置421可以包括微处理器等数字信号处理设备，其对力传感组件412的输出信号进行处理，确定推扶者的意图，并将其解释为机械运动，然后对电机控制器发布指令，从而使得电机控制器按照推扶者的意图控制电机的操作。
62.在某些实施例中，轮椅上还设置有其他传感器，诸如倾斜传感器431、加速度传感器432、角运动检测器433等。这些传感器可以感测轮椅的姿态，并输出至控制处理装置421。控制处理装置421进一步被配置成根据各传感器输出端的感测输出而指令电机驱动装置422，并进而控制电动辅助轮椅的行驶运动。
63.图5是示出根据本公开一个实施例的电动辅助轮椅的数据传输和电力传输路径图500的示意图。如图所示，加速度传感器501、陀螺仪503、倾斜传感器505和力传感器507均与微控制器510进行数据通信。可选地，力传感器507的输出信号进一步被信号放大器509处理再传递给微控制器510。同时，电机编码器523读取电机521的实时数据，并将其反馈给电机控制器520和/或微控制器510。
64.另一方面，可充电电池530为轮椅的各个电气元件供电。在本实施例中，加速度传感器501、陀螺仪503、倾斜传感器505和力传感器507、信号放大器509均由微控制器510提供
相应的供电端子；而电机521和电机编码器523由电机控制器520提供相应的供电端子。
65.根据本公开的实施例，当推扶者大体上往前推或者向后拉扶手时，力传感组件(或力传感器阵列)感测推扶者施加力的方向和幅度。同时，陀螺仪、加速度传感器和倾斜传感器感测轮椅的姿态，电机编码器感测电机的速度和方向，电机控制器读取电池的健康状况和功率水平。这些信号均被实时或者周期性地提供给微控制器，由其评估这些数字信号并确定推扶者的意图。然后，微控制器根据推扶者的意图向电机控制器发布向前、向后、转弯、停止或者减速等命令。电机控制器执行这些命令，并且相对于所命令的速度和方向，检查电机的当前速度和方向，以判断是否符合所接收到的最新命令。
66.图6示出了根据本公开实施例的用于操作电动辅助轮椅的方法600的示例流程图，方法600可以由轮椅的控制处理装置421执行。
67.在610，接收来自于力传感组件的力感测信号，该力感测信号指示受力的幅度和方向。如前所述，力传感组件设置在电动辅助轮椅的后上方的扶手中，用以感测来自轮椅的推扶者的受力。
68.力传感组件可以包括一组传感器，分布在推扶者使用的扶手中。在某些实施例中，轮椅可以包括在椅背上部相对设置的左右两个扶手，各个扶手中分别设置有一个或多个传感器。这些传感器感测所受到的力的幅度(即大小)和方向，输出力感测信号给控制处理装置。该力感测信号指示了受力的幅度和方向。
69.在620，基于力感测信号，确定推扶者对轮椅的期望动作。在一些实施例中，根据力感测信号所指示的受力大小和方向，可以判断推扶者期望轮椅的动作或者对轮椅的意图。期望动作可以包括：轮椅向前、向后、转向、停止、减速、加速等。在另一些实施例中，确定推扶者对轮椅的期望动作还进一步考虑其他传感器(诸如加速度传感器、陀螺仪、倾斜传感器)所感测的轮椅的当前运动状态。
70.在630，基于确定的期望动作，生成针对轮椅的电机控制装置的指令。指令包括轮椅的预期速度和预期方向，以便电机控制装置输出适当电量以满足预期速度并且控制电机的运动方向以满足预期方向。
71.在某些实施例中，生成指令的过程包括考虑其他传感器所感测的轮椅的当前运动状态以及考虑电池当前的状态。通过向电机控制装置指令所指示的预期速度和方向，控制处理装置将力传感组件的受力所传达的推扶者的意图转化为轮椅的机械机构可以执行的机械运动。也就是说，电机控制装置根据指令而输出适当电量以满足预期速度，并且控制电机的运动方向以满足预期方向。
72.图7示出了根据本公开一个实施例的操作电动辅助轮椅的方法700的示例流程图，方法700以示例方式给出了推扶者在以上所描述的电动辅助轮椅的扶手上施加力情形下的操作。
73.在本实施例中，力传感组件分布于椅背上部相对设置的左右两个扶手中。为了便于描述，左扶手中的力传感组件称之为第一传感器，右扶手中的力传感器组件称之为第二传感器。第一传感器或第二传感器分别可以包括一个或一组传感器件，传感器件可以包括称重传感器。
74.如图所示，方法700开始于701，推扶者在两个扶手上施加力。在703，各个扶手中的称重传感器感测受力。具体地，各个称重传感器的应变片拾取信号，其将外力的大小转化为
电学量输出。该信号可以表征相对于力幅度的电势差的变化。在705，信号放大器对应变片信号进行放大，并传递给微控制器。在707，微控制器比较来自左扶手的经放大的应变片信号和来自右扶手的经放大的应变片信号。
75.其中，应变片信号即为力感测信号，其指示了受力的幅度和方向。为描述方便，来自左扶手的力感测信号称之为第一力感测信号，来自右扶手的力感测信号称之为第二力感测信号。在本实施例中，接下来，微控制器基于力感测信号来确定推扶者对轮椅的期望动作。
76.具体而言，在709，判断第一力感测信号和第二力感测信号的幅度是否均小于第一阈值，第一阈值可以接近于零。当两个力感测信号均非常微弱甚至无法探测到时，可以确定当前推扶者期望轮椅静止下来。由此，在711当判断力感测信号的幅度是否均小于第一阈值，确定期望动作为轮椅静止。
77.如果在709判断第一力感测信号和第二力感测信号的幅度并不都小于第一阈值，则在713确定力感测信号的主导方向，判断力感测信号的主导方向是否是向前(推)还是向后(拉)。
78.在一个实施例中，主导方向可以通过比较两个力感测信号的幅度大小，并选取力幅度较大者所对应的力感测信号的方向作为主导方向。在每个扶手包括多个不同方位(例如前后)设置的应变片的另一实施例中，通过先选取力幅度较大者所对应的应变片，将其相对于该扶手的前/后位置作为该扶手相关联的力感测信号的方向。之后再通过比较来自两个扶手的两个力感测信号的幅度大小，并选取力幅度较大者所对应的力感测信号的方向作为主导方向。
79.当确定了主导方向后，在715判断第一力感测信号和第二力感测信号的幅度之差是否处于某一较小的阈值区间，如果处于这一阈值区间，则表明推扶者施加了有效的力并且左右扶手上的力基本相同。例如，当两者幅度之差处于第二阈值3％至第三阈值10％之间时，在717判断期望动作是轮椅大体上径直向前进或者向后退。在719，如果两者幅度之差大于等于该第三阈值，则表明两个扶手上的力有明显大小之分，推扶者期望将轮椅向左或右偏转。因此，在721确定期望动作为轮椅向前偏左或者偏右转向，或者是向后偏左或者偏右转向。在723，如果两者幅度之差小于等于该第二阈值，表明两个扶手上的力持续稳定，确定期望动作是轮椅保持当前运动不做调整，则在725忽略当前的力感测信号，并且返回707进行下一次力感测信号的处理。
80.当微控制器通过推扶者在扶手上所施加的力而预测出推扶者的意图(即对轮椅的期望动作)后，微处理器可以进一步细化或者优化这种预测。可选地，微处理器还可以根据力感测信号和从电机编码器获得的电机方向和速度，来确定推扶者对轮椅的期望动作。
81.在727，微控制器检测倾斜传感器、陀螺仪和加速度传感器的轮椅运动感测信号，以确定轮椅当前运动姿态，并判断是否适合执行期望动作。在739，如果发现轮椅当前运动姿态指示轮椅的期望动作处于不安全操作范围，例如有可能向某一侧翻转，或者本应该停止而不应该加速等，则忽略当前的力感测信号，并且返回707进行下一次力感测信号的处理。
82.如果在729判断当前轮椅状态满足安全操作要求，则在731生成指示期望的速度和方向的指令，并发送给电机控制器。期望的速度与受力幅度正相关，期望的方向指向前述的
主导方向，并且方向角可以与受力幅度相关联。可选地，该指令还可以考虑可充电电池的当前健康状况和当前电量。
83.当电机控制器收到指令后，在733输出合适的功率以驱动电机。在735，电机控制器读取电机编码器数据以便验证电机操作。电机编器数据指示电机方向和速度，电机控制器通过读取该数据，判断电机是否以所指示的期望速度和方向工作。至此，完成了对当前获得的力感测信号的处理，返回707微控制器进行下一次力感测信号的处理。
84.以上结合图7描述了根据本公开一个实施例的操作电动辅助轮椅的方法示例。可以理解，当电动辅助轮椅仅设置一个推扶者使用的扶手时，可以类似地操作电动辅助轮椅。例如，在709-725中可以对该扶手中的一个或多个力传感器进行类似操作。
85.相应地，在这样的一个具体实施例中，电动辅助轮椅可以包括传感组件、微控制器、电机组件和电源。传感组件包括力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器；力传感器设置于轮椅的后上方的扶手内，用于感测所述轮椅的推扶者所施加的力的方向和幅度；倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器用于共同感测轮椅的姿态。电机组件包括电机控制器、电机编码器和电机。电机编码器用于感测所述电机的方向和速度，并将其反馈至电机控制器。
86.其中，微控制器被配置为基于力传感器、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器所感测的推扶者所施加的力的方向和幅度以及轮椅的姿态，确定推扶者所期望的对轮椅的期望动作；以及基于确定的期望动作，生成针对电机控制器的指令，指令包括轮椅的预期速度和预期方向。
87.电机控制器被配置为根据来自微控制器的指令输出来自电源的电量以控制电机对轮椅的驱动。电机控制器还被配置为基于电机编码器所反馈的电机的方向和速度来确定电机的操作是否符合所接收的来自微控制器的指令。
88.根据本公开实施例的电动辅助轮椅的控制系统的外观和操作感觉就像机械轮椅上的扶手，非常直观和灵敏。当推扶者前推或后拉控制器(扶手)时，电机驱动轮椅前进或后退；而当对扶手施加相反或不均匀的力时，轮椅相应地转向。利用力传感组件来检测力的变化并解释推扶者的意图，有效提升了轮椅使用安全性和用户体验。
89.另外，尽管操作以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何发明或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定发明的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。
90.尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

技术特征：
1.一种电动辅助轮椅，其特征在于：包括轮椅主体、扶手部、传感组件、驱动控制机构和电机组件，所述传感组件包括力传感组件、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器；所述扶手部包括设置于所述电动辅助轮椅的后上方、耦接至所述轮椅主体的扶手，以供推扶者施加力；所述力传感组件设置于所述扶手中，并且被构造成能够感测推扶者施加于所述扶手上的力的幅度和方向；所述倾斜传感器、所述加速度传感器以及所述角运动检测器设置于所述轮椅主体上，被配置为共同感测所述电动辅助轮椅的姿态；以及驱动控制机构，所述驱动控制机构与所述传感组件的输出端电连接，并且被配置成根据所述传感组件的输出端的感测输出而控制所述电动辅助轮椅的电机组件，进而控制所述电动辅助轮椅的行驶运动。2.根据权利要求1所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述扶手由柔性材料制成，并且所述力传感组件包括称重传感器，所述称重传感器被所述柔性材料所包围。3.根据权利要求2所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述扶手部还包括扶手基座，所述扶手基座固定连接至所述轮椅主体，并且所述称重传感器被固定连接至所述扶手基座。4.根据权利要求3所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述力传感组件还包括传感信号放大器，所述传感信号放大器被设置在所述扶手基座内并且与所述称重传感器电连接。5.根据权利要求1-4中任一项所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述扶手部包括相对设置的左扶手和右扶手，所述左扶手与所述电动辅助轮椅的椅背左框杆耦接并且所述右扶手与所述电动辅助轮椅的椅背右框杆耦接；并且所述力传感组件包括至少两个力传感器，其分别设置于所述左扶手和所述右扶手中。6.根据权利要求5所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述左扶手和所述右扶手与所述电动辅助轮椅的左右方向平行设置，并且每个扶手中布置有至少两个力传感器，每个扶手中的至少两个力传感器均衡地设置于该扶手的前方位置和后方位置。7.根据权利要求1所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述力传感组件包括一组力传感器，所述扶手包括外壳和内芯，所述一组力传感器分布于所述外壳和所述内芯之间。8.根据权利要求1所述的电动辅助轮椅，其特征在于：所述电机组件包括电机控制器、电机编码器和电机，并且所述电机编码器被配置成感测所述电机的方向和速度并将其反馈至所述电机控制器。9.根据权利要求8所述的电动辅助轮椅，其特征在于：还包括电源，其中所述电机控制器通过控制来自所述电源的功率以控制所述电机对所述电动辅助轮椅的驱动。

技术总结
本公开的实施例公开了一种电动辅助轮椅。该电动辅助轮椅包括轮椅主体、扶手部、传感组件、驱动控制机构和电机组件。传感组件包括设置于轮椅主体上的力传感组件、倾斜传感器、加速度传感器以及角运动检测器，被配置为共同感测轮椅的姿态；扶手部包括设置于轮椅的后上方、耦接至轮椅主体的扶手，以供推扶者施加力；力传感组件设置于扶手中并且被构造成能够感测推扶者施加于扶手上的力的幅度和方向；驱动控制机构与传感组件的输出端电连接并且被配置成根据传感组件的输出端的感测输出而控制轮椅的电机组件，进而控制轮椅的行驶运动。本公开的技术方案有效地增强了电动轮椅使用的安全性以及使用体验。安全性以及使用体验。安全性以及使用体验。


技术研发人员：高永贤
受保护的技术使用者：岭南大学
技术研发日：2021.07.09
技术公布日：2022/3/8