自動控制輪椅一、摘要為了方便老人出行，特此設計出該自動控制輪椅。該自動控制輪椅設有操縱桿來接受老人的輸入信號，操縱桿將位移信號轉換成電信號送到比較計算單元，通過信號的處理，再送到執行元件及被控對象，即兩個動力輪和兩個方向輪，在這部分中，又將電信號轉化成了機械信號。在該輪椅中，安裝有諸多傳感器，比如位移傳感器用來檢測前方是否有障礙，速度傳感器及加速度傳感器用來控制整體的速度和加速度不致過大等等。關鍵詞：傳感器，控制系統，輸入量，輸出量目錄TOC\o"1-3"\h\u一、摘要 1二、目錄 2三、正文 31.結構圖 32.概述 33.操縱桿 44.執行機構及被控對象 44.1直流伺服電動機 44.2液壓系統 55.傳感器 65.1超聲波傳感器 65.2電渦流式轉速傳感器 75.3壓電式加速度傳感器 8四、結論 9五、參考文獻 9六、組員名單及分工 10三、正文1.結構圖輸出量輸入量輸出量輸入量執行比較計算被控對象操縱桿執行比較計算被控對象操縱桿傳感器傳感器2.概述該自動控制輪椅由控制系統，計算元件，執行機構以及傳感器反饋和機械框架五部分組成。控制系統主要是通過操縱桿從使用者中獲取輸入量，然后送給計算元件進行數據處理，再將處理結果送到執行機構即左右兩個電機和方向控制輪，將電能轉換為機械能。最后，通過位移傳感器，速度傳感器以及加速度傳感器的檢測，將檢測信號反饋到比較計算單元，重新算出控制信號。3.操縱桿該輪椅用于人機交互的界面僅僅是一個操縱桿。老人們可以通過操縱桿來控制輪椅的前進、后退、剎車以及控制方向。操縱桿的基本原理是將塑料桿的運動轉換成計算機能夠處理的電子信息。這種基本的設計包括一個安放在帶有彈性橡膠外殼的塑料底座上的操縱桿。在底座中操縱桿正下方位置裝有一塊電路板。電路板由一些“印刷線路”組成，并且這些線路連接到幾個接觸觸點。然后，從這些觸點引出普通電線連接到計算機。當計算機檢測到特定線路上的電流后，便會了解操縱桿當前所處的位置需要接通相關的電路。向前推操縱桿將會閉合“前進開關”，而向左推則會閉合“左移開關”，依次類推。在某些設計中，計算機還能在操縱桿閉合兩個開關時識別出對角線位置（例如，同時閉合前進開關和左移開關意味著向左前方的對角線運動）。4.執行機構及被控對象4.1直流伺服電動機該輪椅左右兩個動力輪由兩個直流伺服電機來驅動，以下講一下直流伺服電機的工作原理及特性。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環，如此一來，系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩定，電機功率有局限做不大。容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護不存在碳刷損耗的情況，效率很高，運行溫度低噪音小，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環境。4.2液壓系統方向的控制也是輪椅的必不可少的一個部分，此輪椅的前邊兩個控制方向的小輪由兩個小型液壓桿來控制，液壓桿可以用來接受來自執行系統的信號，進而將電信號轉化成動力信號，即前進的方向。以下說明一下液壓動力桿的工作原理。液壓桿的工作主要依靠機油壓力、挺柱體與座孔間隙、氣門桿與挺柱間隙及挺柱內止回球閥。液壓挺柱剛開始工作時，由于腔內無油壓，故挺柱柱塞處在最底部，挺柱與氣門間隙較大，氣門產生短時異響。隨著發動機的運轉，在機油壓力的作用下，挺柱內柱塞腔內充注油液，柱塞下行，挺柱有效工作長度增加，氣門間隙減小。由于挺柱內柱塞所產生的力較小，不能產生壓縮氣門彈簧的力量，所以當挺柱與氣門間隙達到很小時，挺柱不再運動。同時又因挺柱內止回球閥的作用，挺柱柱塞腔內的油壓不能迅速排出，使得柱塞保持在原位不動并維持原有長度形成剛性，從而推動氣門打開。隨著發動機的運轉，氣門間隙保持一定間隙。5.傳感器5.1超聲波傳感器該輪椅的一大特色便是可以自行檢測輪椅前方是否有障礙物，如果在規定距離內發現障礙物，輪椅便會迅速制動，以防發生碰撞，而實現這一功能的元件便是超聲波距離傳感器。超聲波距離傳感器會檢測到前方是否有物體，一旦有的話，便會向控制系統發出反饋信號，即使輪椅停止運動。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。當電壓作用于壓電陶瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產生一個電信號。5.2電渦流式轉速傳感器該轉速傳感器以及下節中的加速度傳感器是為了防止輪椅的速度、加速度過快給老人帶來不適。當速度或加速度過快時，速度傳感器和加速度傳感器便會向控制系統發回負反饋信號，減弱操縱桿發過來的信號，使速度或加速度迅速降低，保持在一定的范圍內。如下圖，當敏感線圈中通過交流電流時，線圈產生交變的磁場，附近如存在金屬物體（被測目標），則會感應出電渦流。電渦流的流動方向與線圈中電流方向相反，因此會減小線圈內的磁通量，即減小線圈的電感。電渦流同時還會耗散能量，因此會增加線圈的電阻。

如下圖，由于被測金屬體發生了轉動，也就使得探頭和被測體之間的距離發生了有規律性的變化，線圈阻抗也隨之周期性的變化，從而產生正比于轉速的電壓變化的頻率。其經過檢波、濾波、脈沖轉換等電路處理后，最終的輸出為方波信號，且頻率與轉速呈線性關系。旋轉體電渦流傳感器旋轉體電渦流傳感器5.3壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的。某些晶體在一定方向上受力變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力去除后，又重新恢復到不帶電狀態，這種現象稱為“壓電效應”，具有“壓電效應”的晶體稱為壓電晶體。實際測量時，將圖中的支座與待測物剛性地固定在一起。當待測物運動時，支座與待測物以同一加速度運動，壓電元件受到質量塊與加速度相反方向的慣性力的作用，在晶體的兩個表面上產生交變電荷(電壓)。當振動頻率遠低于傳感器的固有頻率時，傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比。電信號經前置放大器放大，即可由一般測量儀器測試出電荷(電壓)大小，從而得出物體的加速度。

壓電加速度傳感器的壓敏元件采用具有壓電效應的壓電材料，換能元件是以壓電材料受力后在其表面產生電荷的壓電效應為轉換原理。這些壓電材料，當沿著一定方向對其施力而使它變形時，內部就產生極化現象，同時在它的兩個相對的表面上便產生符號相反的電荷；當外力去掉后，又重新恢復不帶電的狀態；當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨著改變。四、結論在當今老齡化日趨嚴重的中國，如何讓老人過的更加安逸將成為一個熱門話題，衣食住行將成為這個話題中的焦點。而在于行這一方面，本自動控制輪椅可以完美的幫助老人安全舒適的出行，而且操作簡便，為老人們解決了一大難題