轮椅超速自动制动器设计

　　传统的轮椅制动器是利用四杆机构将车轮完全卡死，制动过于剧烈，没有缓冲的余地，制动时容易造成患者倾覆，并且遇到紧急情况需要患者自己操纵，若患者没有行为能力，将会产生意想不到的后果。例如在坡道上行驶，一旦失控后果不堪设想。鉴于此，设计了一款新型轮椅制动器，它不但可以实现超速自动制动，而且制动柔和稳定，使用安全可靠。

　　1 制动装置的结构和工作原理

　　制动装置有机械执行机构和电气控制两大部分。机械结构由拉力弹簧、滑动导轨、制动拉线、刹车蹄片，复位杠杆等组成，如图 1 所示。

　　工作原理是: 霍尔接近开关将轮椅的转速信号转换成脉冲信号，经放大整形之后送入单片机，并与设定参数进行比较，当输入频率低于设定参数时，单片机输出低电平，继电器线圈不得电，常开触点断开，电动机不动作，制动器不工作; 当输入频率高于设定参数时，单片机输出高电平，继电器得电，常开触点闭合，电动机旋转，触发制动器进行制动。信号处理器如图 2 所示，由控制模块组成。

　　超速参数的设置: 假设轮椅的行驶速度超过 2 m/s 就定为超速，轮椅车轮的周长约为 2 m，速度信号传感器上有20 个磁钢，车轮每旋转一圈，霍尔接近开关就产生 20 个脉冲信号，若频率超过20 Hz 就是超速，因此 20 Hz 就是超速设定值。该参数可根据实际情况进行调整，如图3 所示。电动机控制系统主要采用单片机进行控制，主控制原理如图 4 所示: 设定好安全车速，写入存储器，轮椅在行驶过程中的车速通过速度监控系统将车速以脉冲信号的形式传输给电动机控制系统，当传输进来的信号频率大于设置值时，单片机输出一个控制信号，触发电动机启动。

　　2 使用说明

　　制动前先用复位杠杆将拉力弹簧预紧，并用锁销锁住，制动时抽出锁销，拉力弹簧牵引传动导块移动，传动导块拉紧制动钢丝，制动蹄片将轮椅钢圈夹紧实现制动。本装置有手动和自动两种控制方式在轮椅的扶手处安装了一个手动按钮，患者只要轻轻一按就可以实现刹车制动，便于驻车，行驶时按下复位杠杆就可以解除制动; 在装置内安装了一块 6 V 的充电电池，由于装置的制动力来自拉力弹簧，电池只要保证控制板供电，因此电能消耗很少，冲一次电可连续使用 3 个月以上，在电源开关的旁边设置了充电接口，使用非常方便。

　　3 总结展望

　　该制动器是独立装置，结构简单，安装方便，可安装在各种型号的轮椅上，不影响轮椅的乘坐和推扶，经多次试验，性能稳定可靠，制动柔和，极大地提高了轮椅使用的安全性。该装置成本低廉，花较少的钱就可以大大提高产品的品质和性能，可在康复中心、疗养院、医院等地推广使用。本装置在制动力的调整和平衡上稍显麻烦，相信通过不断试验和改进一定能解决这个问题，使装置使用起来更加方便简单。