基于PLC的多功能輪椅萬(wàn)向功能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張恒 劉黎

摘要：本設(shè)計(jì)主要對(duì)基于PLC的多功能輪椅萬(wàn)向功能進(jìn)行分析，并對(duì)其硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：多功能輪椅;PLC;萬(wàn)向功能;控制系統(tǒng)

引言

隨著人們的生活水平的不斷提高，由于個(gè)人不注意養(yǎng)生，導(dǎo)致富貴病的發(fā)生，癱瘓、行走不便的病人越來(lái)越多，多功能輪椅對(duì)病人頗為重要，因此實(shí)現(xiàn)輪椅的自動(dòng)化和智能化是發(fā)展的必然要求和結(jié)果。

1方案設(shè)計(jì)

西門(mén)子PLC控制輪子上的直流電動(dòng)機(jī)，從而帶動(dòng)A、B、a、b四個(gè)輪子各自轉(zhuǎn)動(dòng)，在不同組成模式轉(zhuǎn)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)輪椅位移和旋轉(zhuǎn)的功能。輪椅底盤(pán)，如圖1所示。當(dāng)A、B、a、b四個(gè)輪子都向前旋轉(zhuǎn)時(shí)，A、B輪和a、b可以相互抵消橫向速度，只剩下向前的速度，輪椅可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)。后退同理。當(dāng)A、a輪正轉(zhuǎn)，B、b輪反轉(zhuǎn)時(shí)，向前向后的速度抵消，只剩下向左的速度，輪椅實(shí)現(xiàn)向左平移。當(dāng)A、a輪反轉(zhuǎn)，B、b輪正轉(zhuǎn)時(shí)，向前向后的速度抵消，只剩下向右的速度，輪椅實(shí)現(xiàn)向右平移。輪椅a、b輪正轉(zhuǎn)，A、B輪反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)底盤(pán)的向右旋轉(zhuǎn)。反之，輪椅實(shí)現(xiàn)向左旋轉(zhuǎn)。

在輪椅左右兩個(gè)扶手上，分別有兩個(gè)搖桿，即左搖桿和右搖桿。左搖桿控制輪椅的左右旋轉(zhuǎn)，右搖桿控制輪椅的前后、左右位移。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1硬件選型

2.1.1PLC的選型

根據(jù)多功能輪椅的控制要求，需要輸入輸出端口分別為：（1）輪椅的前進(jìn)后退，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)（4個(gè)輸入4個(gè)輸出），（2）傳送帶的正反轉(zhuǎn)（2個(gè)輸入2個(gè)輸出），（3）拖布的升降與旋轉(zhuǎn)（2個(gè)輸入2個(gè)輸出），共8個(gè)輸入輸出端口，因此選用CPU224的S7-200PLC。

2.1.2電動(dòng)機(jī)的選型

針對(duì)不同使用情況，而選用不同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。例如帶動(dòng)傳動(dòng)帶的電動(dòng)機(jī)選用型號(hào)為5IK40GN-Y的電動(dòng)機(jī)，升降電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)選用型號(hào)為37GB520和型號(hào)為37GB555的電動(dòng)機(jī)，麥克納姆輪的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為MY1016Z-250W24V。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1I/O端口分配

I/O端口分配是編寫(xiě)PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)和調(diào)試的重要依據(jù)[3]。結(jié)合多功能輪椅控制系統(tǒng)的控制要求及控制電路圖的分析，完成I/O端口分配。I/O端口分配表，如表1所示。

3.2程序設(shè)計(jì)

控制A輪的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)程序：通過(guò)方向行動(dòng)指令控制四個(gè)輪子的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)I0.1接通時(shí)，Q0.5得電，控制A輪的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。

控制B輪的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)程序：當(dāng)I0.1接通時(shí)，Q0.7得電，控制B輪的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。

控制a輪電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)程序：左轉(zhuǎn)控制按鈕I0.5得電，控制a輪電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

控制b輪電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)程序：左轉(zhuǎn)控制按鈕I0.5得電，控制b輪電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

通過(guò)以上的控制方式，當(dāng)按下左轉(zhuǎn)指令按鈕時(shí)，A、B、a、b輪電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，可達(dá)到左轉(zhuǎn)的效果。而程序中的限位，則是對(duì)輪子的一種保護(hù)，例如右前限位，表示輪椅的右上角在即將觸碰到障礙物時(shí)，自動(dòng)停止，防止對(duì)輪椅造成破壞。同理，右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、左移、右移指令也可通過(guò)此方式實(shí)現(xiàn)。

4總結(jié)

本設(shè)計(jì)主要是對(duì)功能輪椅的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，此設(shè)計(jì)理念符合大眾，從需求者角度出發(fā)，達(dá)到最貼切的民眾的意愿與需求。本設(shè)計(jì)對(duì)硬件的規(guī)劃以及對(duì)軟件的編程與調(diào)試，都達(dá)到了最佳程度。輪椅的萬(wàn)向功能擺脫以往普通輪子的局限性，360°任意旋轉(zhuǎn)，使得用戶(hù)滿(mǎn)足了對(duì)方向性的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]呂彥卿.室內(nèi)輪椅的軌跡跟蹤控制研究[D].大連理工大學(xué)，2020.

[2]房拴娃.基于PLC自動(dòng)換刀裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制研究[D].陜西：陜西科技大學(xué)，2020.

[3]唐順，肖劍蘭，周峰.基于PLC的自動(dòng)送料線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].2019，35（7）： 93-94.

[4]成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5版（第2卷）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[5]易先軍，彭萌，耿翰夫，付龍.四麥克納姆輪式小車(chē)控制系統(tǒng)的研究[J].自動(dòng)化與儀表.2019，45（7）：47-49.

[6]田英，余陽(yáng)，黎鑄新，唐國(guó)源.一種多功能越障輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2020，49（7）：7-10.