CN109256064A - 一种模拟仿真轮椅及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟仿真轮椅，属于医疗器械技术领域，包括轮椅、六自由度平台、人脸捕捉摄像头、投影机幕布、支撑架、一组转速传感器、电控箱、投影机和手持式遥控器。本发明的模拟仿真轮椅的仿真效果良好，能够让体验者体验各种情况下行驶轮椅的情景，既有视觉的仿真场景同时配合实际的轮椅，并伴随轮椅的真实操作，在通过设置的六自由度平台，能够仿真轮椅行驶时的颠簸，从视觉和运动两方面达到最佳的体验，能够让客户全面了解轮椅的真实性能，此仿真轮椅能够最优的向客户展示轮椅的行驶性能。

Description

一种模拟仿真轮椅及其工作方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种模拟仿真轮椅。本发明还涉及一种模拟仿真轮椅的工作方法。

背景技术

轮椅是康复的重要工具，轮椅它不仅是肢体伤残者和行动不便人士的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。普通轮椅一般由轮椅架、车轮、刹车装置及座靠四部分组成。

对于广大的轮椅生产厂商来说，为了提高设计生产的轮椅的竞争力，需要经常参加展会或者客户来公司洽谈业务时，向客户展示自己公司内轮椅的质量，简单的可以通过客户直接坐上轮椅实际使用进行体验，但是由于公司场地有限，尤其是参加展会时，场地资源尤为紧缺，如何在展会或者公司有限的场地资源条件下展示轮椅的全部性能尤为重要，轮椅在客户使用过程中，可能遇到上坡、下坡、草地、坑洼泥泞等各种情况的路段，但是在公司内部不可能提供这样的场地进行展示，尤其是在展会上，更不可能有这样的条件完全展示轮椅的性能，因此，如何提供一套能够完全展示轮椅全部性能的轮椅是本申请解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种模拟仿真轮椅，解决了如何向客户进行全面展示轮椅性能的问题。本发明还提供一种模拟仿真轮椅的工作方法，操作简单，完全模拟真实轮椅的行动轨迹，运行稳定可靠。

技术方案：一种模拟仿真轮椅，包括轮椅、六自由度平台、人脸捕捉摄像头、投影机幕布、支撑架、一组转速传感器、电控箱、投影机和手持式遥控器，所述轮椅设置在六自由度平台的上端面上，所述电控箱设置在六自由度平台上，所述转速传感器设置在轮椅的车轮上，所述轮椅的正面设有投影机幕布，所述投影机幕布设置在支撑架上，所述投影机设置在投影机幕布的前方，并且投影机可在投影机幕布上投射图像，所述人脸捕捉摄像头设置在投影机幕布的上方，并且人脸捕捉摄像头的采集区域设置为轮椅所在区域，所述手持式遥控器与电控箱之间进行无线通讯。本发明通过模拟仿真轮椅，在电脑上通过仿真软件，建立人工生活和工作的多个场景，通过投影机投影在投影机幕布，人坐在轮椅上，前面面对的投影机幕布上显示生活场景，根据操作员选择进入特定场景，例如选择公园，在投影机幕布上显示仿真的图形，此时操作人员转动像正常使用一样转动轮椅手轮，转速传感器分别检测轮椅两个转轮的转速，根据转速将轮椅的行驶映射到仿真的场景中，好像人真的坐在轮椅上，在公园内活动，同时由于公园内路面可能有高低不平或者遇到上坡、下坡等情况，六自由度平台根据仿真轮椅在场景中行进的路面的具体情况，六个电动缸进行不同的伸出或者收回的活动，从而营造出设置在六自由度平台上的轮椅在路面上行驶时会出现的上下左右颠簸，结合投影机幕布上的场景，轮椅犹如置身真实环境中行驶，再配合人脸捕捉摄像头，捕捉人面部转向，人脸向左转时，仿真场景中的视角也向左转，向右转同理，因此大大增加了真实的体验感，此仿真轮椅能够在有限空间内，不需实际移动轮椅即可向用户展示轮椅的全部功能，能够像轮椅客户提供更加真实的体验，尤其适用于展会或者公司展示宣传产品时使用。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述六自由度平台包括一组伺服电机、一组电动缸、上平台和下底座，所述伺服电机与电动缸连接，所述电动缸的上端部与上平台的下端面铰接，并且电动缸的下端部与下底座的上端面铰接，所述电控箱设置在下底座的中间位置。六个伺服电机分别根据程序设定控制电动缸伸出或者收回，因此上平台会呈现出各种角度的倾斜，从而使得仿真轮椅行驶时坐在轮椅上的操作者会随着平台的倾斜而倾斜，犹如在真实路面上行驶轮椅。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述上平台和下底座之间设有风琴式防护罩，所述风琴式防护罩的上端部固定在上平台的外壁上，并且风琴式防护罩的下端部固定在下底座的外壁上。设置的风琴式防护罩能够将伺服电机、电动缸、电控箱和电线完全罩设住，外形美观。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述上平台上设有轮椅支撑板，所轮椅架设在轮椅支撑板上，所述轮椅支撑板上设有凹槽，所述凹槽数量为2个，并且凹槽设置在轮椅车轮的下方。将轮椅悬空架设起来，尤其是轮椅的车轮，能够使得操作者转动轮椅车轮，仿真轮椅真实的推动，提高了体验感。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述轮椅的椅背上设有安全带。设置的安全带避免仿真倾斜角度较大的斜坡时，操作人员从座椅上掉下来造成危险，同时此仿真轮椅也能让体验者体验危险环境的行驶，在实际体验轮椅时，不可能进行危险路面的行驶，以免造成人员伤害，但是仿真轮椅完全解决了这个问题，通过安全带人完全不会动轮椅上掉下来，同时让体验者体验到危险情况的近似真实情况，同时增强了轮椅使用者安全行驶的意识。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述轮椅的下方设有剪叉机构。向客户展示过程中，体验者会有高矮的不同，为了满足高矮人员对于投影机幕布不同高度的要求，以便能够最佳角度查看仿真的场景，设置的剪叉机构可调整轮椅高度。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述投影机幕布的截面为弧形。设置的弧形，使得仿真场景真实性提高。

进一步的，上述的模拟仿真轮椅，所述电控箱内设有一组伺服驱动器、伺服运动控制卡、工控机和控制器，所述伺服运动控制卡和伺服驱动器连接，所述伺服运动控制卡和控制器连接，所述控制器和工控机连接。在电控箱内设置的控制六自由度平台的伺服驱动器、伺服运动控制卡、工控机和控制器，能够保证六自由度平台稳定高效的运行。

本发明还提供一种模拟仿真轮椅的工作方法，包括以下步骤：

1）电控箱上电，投影机在投影机幕布上投影；

2）人脸捕捉摄像头启动捕捉人面部；

3）手持式遥控器选择投影机的投影界面，选择轮椅活动的场景，并确定进入场景；

4）坐在轮椅上的操作人员转动轮椅的手轮，轮椅的车轮转动，转速传感器采集轮椅两个车轮的转速，并反馈给控制器；

5）工控机接收控制器的信号，并且控制器根据工控机内设定的轮椅活动场景将信号发送给伺服运动控制卡；

6）伺服运动控制卡将信号发送至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机转动，从而控制电动缸伸出或者收回；

7）根据6个电动缸的活动不同，可模拟在各种路面推动轮椅时的颠簸；

8）控制器根据轮椅两个车轮上的转速传感器采集的转速的不同，经过工控机的转化，在投影机幕布上场景中形成轮椅的转动；

9）人脸捕捉摄像头捕捉面部转向，将数据信号反馈给工控机，在投影机幕布上场景中转动方向，观察轮椅两侧的不同角度的场景。

上述一种模拟仿真轮椅的工作方法，还包括以下步骤：

10）操作人员坐在轮椅上，将安全带系好；

11）手持式遥控器上按动剪叉机构的控制按键，调整剪叉机构的伸长或者收回，从而调整轮椅的座椅高度。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：本发明所述的模拟仿真轮椅，其结构设计合理，易于生产。模拟仿真轮椅的仿真效果良好，能够让体验者体验各种情况下行驶轮椅的情景，既有视觉的仿真场景同时配合实际的轮椅，并伴随轮椅的真实操作，在通过设置的六自由度平台，能够仿真轮椅行驶时的颠簸，从视觉和运动两方面达到最佳的体验，能够让客户全面了解轮椅的真实性能，此仿真轮椅能够最优的向客户展示轮椅的行驶性能。

附图说明

图1为本发明所述的模拟仿真轮椅的整体结构示意图；

图2为本发明所述的模拟仿真轮椅的整体结构示意图一；

图3为本发明所述的模拟仿真轮椅的内部结构示意图；

图4为本发明所述的模拟仿真轮椅的主要控制元件的连接关系示意图。

图中：轮椅1、六自由度平台2、伺服电机21、电动缸22、上平台23、下底座24、人脸捕捉摄像头3、投影机幕布4、支撑架5、转速传感器6、电控箱7、伺服驱动器71、伺服运动控制卡72、工控机73、控制器74、投影机8、手持式遥控器100、风琴式防护罩9、轮椅支撑板10、凹槽101、安全带11、剪叉机构12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1-4所示的模拟仿真轮椅，包括轮椅1、六自由度平台2、人脸捕捉摄像头3、投影机幕布4、支撑架5、一组转速传感器6、电控箱7、投影机8和手持式遥控器100，所述轮椅1设置在六自由度平台2的上端面上，所述电控箱7设置在六自由度平台2上，所述转速传感器6设置在轮椅1的车轮上，所述轮椅1的正面设有投影机幕布4，所述投影机幕布4设置在支撑架5上，所述投影机8设置在投影机幕布4的前方，并且投影机8可在投影机幕布4上投射图像，所述人脸捕捉摄像头3设置在投影机幕布4的上方，并且人脸捕捉摄像头3的采集区域设置为轮椅1所在区域，所述手持式遥控器100与电控箱7之间进行无线通讯。优选的，投影机幕布4的截面为弧形，弧形结构的投影机幕布4形成一种将轮椅1和坐在轮椅1上的操作者形成一种环绕包围感，这样操作者推动轮椅时，投影机幕布4上同时显示轮椅移动的场景，体验的真实感大大提高。其中，六自由度平台2包括一组伺服电机21、一组电动缸22、上平台23和下底座24，所述伺服电机21与电动缸22连接，所述电动缸22的上端部与上平台23的下端面铰接，并且电动缸22的下端部与下底座24的上端面铰接，所述电控箱7设置在下底座24的中间位置。六自由度平台的电控系统为，电控箱7内设有一组伺服驱动器71、伺服运动控制卡72、工控机73和控制器74，所述伺服运动控制卡72和伺服驱动器71连接，所述伺服运动控制卡72和控制器74连接，所述控制器74和工控机73连接。

此外，为了保持完形外观，上平台23和下底座24之间设有风琴式防护罩9，所述风琴式防护罩9的上端部固定在上平台23的外壁上，并且风琴式防护罩9的下端部固定在下底座24的外壁上。风琴式防护罩9将设置线束较多的六自由度平台2的外侧罩设住，将电线全部集中在六自由度平台2内。

再次，为了操作者体验推动轮椅的真实性，将轮椅1整体悬空，具体及结构为上平台23上设有轮椅支撑板10，所轮椅1架设在轮椅支撑板10上，所述轮椅支撑板10上设有凹槽101，所述凹槽101数量为2个，并且凹槽101设置在轮椅1车轮的下方。

本申请的模拟仿真轮椅可设计坡度较大的陡坡，操作者推动轮椅在投影机幕布4上虚拟场景的陡坡上推动轮椅，六自由度平台2根据具体坡度进行动作，坐在轮椅1上的操作者可能前倾，为了保证安全，防止前倾角度过大使操作者从轮椅1上掉下来，在轮椅1的椅背上设有安全带11。此外，由于不同的操作者身高不同，为了使操作者处于投影机幕布4的最佳体验角度，在轮椅1的下方设有剪叉机构12，并且剪叉机构12的升降通过手持式遥控器100控制，方便操作者灵活调整高度。

基于上述结构特征的基础上，一种模拟仿真轮椅的工作方法，包括以下步骤：

1）电控箱7上电，投影机8在投影机幕布4上投影；

2）人脸捕捉摄像头3启动捕捉人面部；

3）手持式遥控器100选择投影机8的投影界面，选择轮椅1活动的场景，并确定进入场景；

4）坐在轮椅1上的操作人员转动轮椅1的手轮，轮椅1的车轮转动，转速传感器6采集轮椅1两个车轮的转速，并反馈给控制器74；

5）工控机73接收控制器74的信号，并且控制器74根据工控机73内设定的轮椅活动场景将信号发送给伺服运动控制卡72；

6）伺服运动控制卡72将信号发送至伺服驱动器71，伺服驱动器71驱动伺服电机21转动，从而控制电动缸22伸出或者收回；

7）根据6个电动缸22的活动不同，可模拟在各种路面推动轮椅1时的颠簸；

8）控制器74根据轮椅1两个车轮上的转速传感器6采集的转速的不同，经过工控机73的转化，在投影机幕布4上场景中形成轮椅1的转动；

9）人脸捕捉摄像头3捕捉面部转向，将数据信号反馈给工控机73，在投影机幕布4上场景中转动方向，观察轮椅1两侧的不同角度的场景。

为了保证操作人员的安全，同时提高操作人员处于投影机幕布4的最佳视角，还包括如下步骤：

10）操作人员坐在轮椅1上，将安全带11系好；

11）手持式遥控器100上按动剪叉机构12的控制按键，调整剪叉机构12的伸长或者收回，从而调整轮椅1的座椅高度。

本申请的模拟仿真轮椅，通过虚拟仿真建立出人们生活中的各种各样场景、例如马路、公园、颠簸路面等多种情形，通过转速传感器6采集轮椅1的车轮速度，并将信号反馈给工控机，工控机获取转速信号，结合工控机中软件设定的虚拟场景的路面信息数据，控制六自由度平台2进行升降动作，从而使得设置在六自由度平台上的轮椅1随着一起活动，操作者坐在轮椅1上转动轮椅，结合六自由度平台2的活动和面前的虚拟仿真场景，营造出体验者真实推动轮椅的过程。此模拟仿真轮椅还可以让体验者体验坡度较大路面行驶轮椅的感觉。此仿真轮椅不仅仅可以用在展会或者公司的公开展示台，在轮椅生产厂家设计轮椅过程中，也可以通过此仿真轮椅仿真真实轮椅的行进，可通过此设备试验轮椅在危险路面行驶时的安全措施是否能够真正起到保护行动不便的人们，此仿真轮椅可用于检测实际生产轮椅的性能，提供真实的参考值，供研发人员改进轮椅的设计，提高轮椅的安全性和舒适性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模拟仿真轮椅，其特征在于：包括轮椅（1）、六自由度平台（2）、人脸捕捉摄像头（3）、投影机幕布（4）、支撑架（5）、一组转速传感器（6）、电控箱（7）、投影机（8）和手持式遥控器（100），所述轮椅（1）设置在六自由度平台（2）的上端面上，所述电控箱（7）设置在六自由度平台（2）上，所述转速传感器（6）设置在轮椅（1）的车轮上，所述轮椅（1）的正面设有投影机幕布（4），所述投影机幕布（4）设置在支撑架（5）上，所述投影机（8）设置在投影机幕布（4）的前方，并且投影机（8）可在投影机幕布（4）上投射图像，所述人脸捕捉摄像头（3）设置在投影机幕布（4）的上方，并且人脸捕捉摄像头（3）的采集区域设置为轮椅（1）所在区域，所述手持式遥控器（100）与电控箱（7）之间进行无线通讯。

2.根据权利要求1所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述六自由度平台（2）包括一组伺服电机（21）、一组电动缸（22）、上平台（23）和下底座（24），所述伺服电机（21）与电动缸（22）连接，所述电动缸（22）的上端部与上平台（23）的下端面铰接，并且电动缸（22）的下端部与下底座（24）的上端面铰接，所述电控箱（7）设置在下底座（24）的中间位置。

3.根据权利要求2所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述上平台（23）和下底座（24）之间设有风琴式防护罩（9），所述风琴式防护罩（9）的上端部固定在上平台（23）的外壁上，并且风琴式防护罩（9）的下端部固定在下底座（24）的外壁上。

4.根据权利要求2所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述上平台（23）上设有轮椅支撑板（10），所轮椅（1）架设在轮椅支撑板（10）上，所述轮椅支撑板（10）上设有凹槽（101），所述凹槽（101）数量为2个，并且凹槽（101）设置在轮椅（1）车轮的下方。

5.根据权利要求1所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述轮椅（1）的椅背上设有安全带（11）。

6.根据权利要求5所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述轮椅（1）的下方设有剪叉机构（12）。

7.根据权利要求1所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述投影机幕布（4）的截面为弧形。

8.根据权利要求2所述的模拟仿真轮椅，其特征在于：所述电控箱（7）内设有一组伺服驱动器（71）、伺服运动控制卡（72）、工控机（73）和控制器（74），所述伺服运动控制卡（72）和伺服驱动器（71）连接，所述伺服运动控制卡（72）和控制器（74）连接，所述控制器（74）和工控机（73）连接。

9.根据权利要求8所述的模拟仿真轮椅的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）电控箱（7）上电，投影机（8）在投影机幕布（4）上投影；

2）人脸捕捉摄像头（3）启动捕捉人面部；

3）手持式遥控器（100）选择投影机（8）的投影界面，选择轮椅（1）活动的场景，并确定进入场景；

4）坐在轮椅（1）上的操作人员转动轮椅（1）的手轮，轮椅（1）的车轮转动，转速传感器（6）采集轮椅（1）两个车轮的转速，并反馈给控制器（74）；

5）工控机（73）接收控制器（74）的信号，并且控制器（74）根据工控机（73）内设定的轮椅活动场景将信号发送给伺服运动控制卡（72）；

6）伺服运动控制卡（72）将信号发送至伺服驱动器（71），伺服驱动器（71）驱动伺服电机（21）转动，从而控制电动缸（22）伸出或者收回；

7）根据6个电动缸（22）的活动不同，可模拟在各种路面推动轮椅（1）时的颠簸；

8）控制器（74）根据轮椅（1）两个车轮上的转速传感器（6）采集的转速的不同，经过工控机（73）的转化，在投影机幕布（4）上场景中形成轮椅（1）的转动；

9）人脸捕捉摄像头（3）捕捉面部转向，将数据信号反馈给工控机（73），在投影机幕布（4）上场景中转动方向，观察轮椅（1）两侧的不同角度的场景。

10.根据权利要求5或6所述的模拟仿真轮椅的工作方法，其特征在于：还包括以下步骤：

10）操作人员坐在轮椅（1）上，将安全带（11）系好；

11）手持式遥控器（100）上按动剪叉机构（12）的控制按键，调整剪叉机构（12）的伸长或者收回，从而调整轮椅（1）的座椅高度。