CN106680802B - 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统 - Google Patents

基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106680802B
CN106680802B CN201710157163.4A CN201710157163A CN106680802B CN 106680802 B CN106680802 B CN 106680802B CN 201710157163 A CN201710157163 A CN 201710157163A CN 106680802 B CN106680802 B CN 106680802B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheelchair
radio
signal
caregiver
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710157163.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106680802A (zh
Inventor
李文锋
杨怡
马聪聪
李晓刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201710157163.4A priority Critical patent/CN106680802B/zh
Publication of CN106680802A publication Critical patent/CN106680802A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106680802B publication Critical patent/CN106680802B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/06Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using intensity measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,通过无线电与位于看护人员身上的信号发射装置建立连接进行匹配;解析无线电信号的强度,根据信号强度与距离间的关系,得到看护人员与轮椅间的相对定位;通过无线电接收信号发射装置的角速度,以及得到的看护人员与轮椅间的相对定位,计算出轮椅应当具有的线速度和转向速度,控制轮椅控制模块。本发明基于无线电信号连接,适用于近距离的跟随,利用无线电信号的强度对距离进行判断准确性高,不易受环境因素干扰,响应速度快,实现轮椅对看护人员的自动跟随,省去了人为控制,让使用者更加便捷舒适,只需要将信号发射装置设置在同一位看护人员即可同时照看多位轮椅使用者,提高看护效率。

Description

基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统
技术领域
本发明属于智能轮椅领域,具体涉及一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统。
背景技术
随着信息和通信技术的不断进步,科技正在融入到我们的日常生活,并带来了无限的便利与舒适。随着人口老龄化的加剧,人们对弱势群体的关心达到了一个新的高度,因此科学有效的为老年人、残疾人这样的弱势群体提供便捷的移动服务具有十分重要的意义。现有的电动轮椅能够让使用者通过操纵杆等传感设备来控制轮椅运行状态。但是当有看护人员伴行时仍需使用者自己控制,人与轮椅间的交互方式太过单一,不具备智能性。
当今轮椅的发展趋势是人性化、智能化、多功能化。目前虽然已经有一些自动跟随系统,但是多为理论研究,极少应用在实际生活,特别是智能轮椅这一场景中。且这些跟随系统一般利用超声波测距或者视觉识别来实现跟随,但是在超声波跟随系统中由于环境干扰、人体衣服对超声波的吸收等因素,使得超声波测距的准确性较低,因此难以实现快速准确的跟随。而当前视觉算法在具体应用中实时性较差,物体检测算法的鲁棒性不足,且算法只适用于特定的场景模型,需要特定的光照条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统,基于无线电信号连接,适用于近距离的跟随,且利用无线电信号的强度来对距离进行判断准确性高,不易受环境因素干扰。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、通过无线电与位于看护人员身上的信号发射装置建立连接进行匹配;
S2、解析无线电信号的强度,根据信号强度与距离间的关系,得到看护人员与轮椅间的相对定位;
S3、通过无线电接收信号发射装置的角速度ωT,以及S2得到的看护人员与轮椅间的相对定位,计算出轮椅应当具有的线速度和转向速度,控制轮椅控制模块。
按上述方法,所述的S1具体为:通过均设在轮椅四周的4个无线电接收模块接收无线电信号;以轮椅前进方向为前方,4个无线电接收模块的具体位置为:左前方的F2、左后方的B2、右前方的F1、右后方的B1,且F1、F2、B2、B1构成正方形;
所述的S2具体为:
2.1、根据左右两侧的信号强度大小判断出看护人员在轮椅的哪一侧:
则判断目标在轮椅右侧;
则判断目标在轮椅左侧;
所述分别为F1、F2、B1、B2与信号发射装置之间的信号强度,ΔP1为方向判断阈值;
2.2、根据四个信号强度综合判断看护人员相对轮椅的位置:
右侧信号强度之差左侧信号强度之差则总的信号强度之差ΔP为
ΔP=wrΔPr+wlΔPl
其中,wl和wr为左右两侧的权重,若看护人员在轮椅左侧则取wl>wr,若看护人员在轮椅右侧则取wl<wr
根据ΔP的大小判断出看护人员相对于轮椅的位置,若ΔP>0,则看护人员处于左前方或右前方;若ΔP<0,则看护人员处于左后方或右后方,结合2.1的结果进行进一步的确认。
按上述方法,所述的S3具体为:
轮椅转向速度ω取ωT的N次平均值;N为预设值;
取跟随阈值ΔP2,当-ΔP2<ΔP<ΔP2时,设轮椅线速度v(k)为0;否则采用PID控制算法对轮椅线速度进行控制。
按上述方法,所述的采用PID控制算法对轮椅线速度进行控制,具体为以下公式:
式中,kP为比例系数,TI为积分时间常数,TD为微分时间常数,T为采样周期,k为采样序号,ΔP(k)为第k次采样得到的总的信号强度之差。
一种用于实现所述的基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法的轮椅系统,包括操纵杆和轮椅控制模块,其特征在于:它还包括用于设置在看护人员身上的信号发射装置,和位于轮椅上的信号处理模块;其中,
所述的信号发射装置包括依次连接的角速度传感器、微处理器和无线电发射模块;
信号处理模块包括依次连接的用于无线电发射模块无线电连接的无线电接收模块、微处理器和DA转换模块,其中所述的操纵杆与微处理器连接,DA转换模块的输出端与所述的轮椅控制模块连接;
所述的轮椅控制模块包括依次连接的轮椅控制信号接口、驱动模块和电机,其中电机包括左电机和右电机。
按上述系统,以轮椅前进方向为前方,所述的无线电接收模块包括4个,分别设置在轮椅的左前方、左后方、右前方和右后方,4个无线电接收模块构成正方形。
本发明的有益效果为:
1、基于无线电信号连接,适用于近距离的跟随,且利用无线电信号的强度来对距离进行判断准确性高,不易受环境因素干扰,响应速度快,实现轮椅对伴行看护人员的自动跟随,省去了人为控制,让使用者更加便捷舒适,只需要将信号发射装置设置在同一位看护人员即可同时照看多位轮椅使用者,提高看护效率。
2、通过采用4个无线电接收模块组合来确定看护人员与轮椅之间的位置关系,更为精确。
3、通过对不同的距离来采取不同的速度控制措施,准确的保持了轮椅与看护人员的合理距离,即便于跟随,又不易发生追尾事故。
附图说明
图1为本发明一实施例的控制流程图。
图2为本发明一实施例的定位跟随原理图。
图3为本发明一实施例的信号发射装置结构示意图。
图4为本发明一实施例的轮椅跟随系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,如图1所示,它包括以下步骤:
S1、通过无线电与位于看护人员身上的信号发射装置建立连接进行匹配;具体为:通过均设在轮椅四周的4个无线电接收模块接收无线电信号;如图2所示,以轮椅前进方向为前方,4个无线电接收模块的具体位置为:左前方的F2、左后方的B2、右前方的F1、右后方的B1,且F1、F2、B2、B1构成正方形,以该正方形的中心点为原点,水平向右为x轴正方向,向前为y轴正方向,图2中T为看护人员相对于轮椅的实际位置,T′为看护人员相对于轮椅的期望位置。
S2、解析无线电信号的强度,根据信号强度与距离间的关系,得到看护人员与轮椅间的相对定位;具体为:
2.1、根据左右两侧的信号强度大小判断出看护人员在轮椅的哪一侧:
则判断目标在轮椅右侧(即图2中的A或B区域);
则判断目标在轮椅左侧(即图2中的C或D区域);
所述分别为F1、F2、B1、B2与信号发射装置之间的信号强度,ΔP1为方向判断阈值;
2.2、根据四个信号强度综合判断看护人员相对轮椅的位置:
右侧信号强度之差左侧信号强度之差则总的信号强度之差ΔP为
ΔP=wrΔPr+wlΔPl
其中,wl和wr为左右两侧的权重,若看护人员在轮椅左侧则取wl>wr,若看护人员在轮椅右侧则取wl<wr
根据ΔP的大小判断出看护人员相对于轮椅的位置,若ΔP>0,则看护人员处于左前方或右前方(即A或C区域);若ΔP<0,则看护人员处于左后方或右后方(即B或D区域),结合2.1的结果进行进一步的确认。
S3、通过无线电接收信号发射装置的角速度ωT,以及S2得到的看护人员与轮椅间的相对定位,计算出轮椅应当具有的线速度和转向速度,控制轮椅控制模块。具体为:
轮椅转向速度ω取ωT的N次平均值;N为预设值,根据信号处理中的滤波方法设定,一般取4来剔除异常数据。
取跟随阈值ΔP2,当-ΔP2<ΔP<ΔP2时,认为看护人相对于轮椅在合适范围内,轮椅线速度不需要进行控制,设轮椅线速度v(k)为0;否则当ΔP超出跟随阈值时,认为看护人相对于有较大距离,需要控制轮椅速度实现跟随。当ΔP>ΔP2时轮椅应前进,当ΔP<-ΔP2时轮椅应后退。采用PID控制算法对轮椅线速度进行控制,具体为以下公式:
式中,kP为比例系数,TI为积分时间常数,TD为微分时间常数,T为采样周期,k为采样序号,ΔP(k)为第k次采样得到的总的信号强度之差。
一种用于实现所述的基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法的轮椅系统,包括操纵杆和轮椅控制模块,它还包括用于设置在看护人员身上的信号发射装置,和位于轮椅上的信号处理模块;其中,
所述的信号发射装置如图3所示,包括依次连接的角速度传感器、微处理器和无线电发射模块;具体应用时,可以佩戴在看护人员的腰间,还可以设置开关按钮,电源模块为必备的,为其它模块提供电能,本实施例中角速度传感器为陀螺仪,无线电发射模块可以选用蓝牙、WiFi或者ZigBee等成熟的模块。
如图4所示,信号处理模块包括依次连接的用于无线电发射模块无线电连接的无线电接收模块、微处理器和DA转换模块,其中所述的操纵杆与微处理器连接,DA转换模块的输出端与所述的轮椅控制模块连接;所述的轮椅控制模块包括依次连接的轮椅控制信号接口、驱动模块和电机,其中电机包括左电机和右电机。
优选的,以轮椅前进方向为前方,所述的无线电接收模块包括4个,分别设置在轮椅的左前方、左后方、右前方和右后方,4个无线电接收模块构成正方形。
本实施例中,操纵杆作为主动介入按钮,只要操纵杆有信号输入,则优先操纵杆的信号;当没有操纵杆信号时,才启动自动跟随。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,本发明的保护范围不限于上述实施例。所以,凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰,均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,其特征在于:它包括以下步骤:
S1、通过无线电与位于看护人员身上的信号发射装置建立连接进行匹配;
S2、解析无线电信号的强度,根据信号强度与距离间的关系,得到看护人员与轮椅间的相对定位;
S3、通过无线电接收信号发射装置的角速度ωT,以及S2得到的看护人员与轮椅间的相对定位,计算出轮椅应当具有的线速度和转向速度,控制轮椅控制模块;
所述的S1具体为:通过均设在轮椅四周的4个无线电接收模块接收无线电信号;以轮椅前进方向为前方,4个无线电接收模块的具体位置为:左前方的F2、左后方的B2、右前方的F1、右后方的B1,且F1、F2、B2、B1构成正方形;
所述的S2具体为:
2.1、根据左右两侧的信号强度大小判断出看护人员在轮椅的哪一侧:
则判断目标在轮椅右侧;
则判断目标在轮椅左侧;
所述分别为F1、F2、B1、B2与信号发射装置之间的信号强度,ΔP1为方向判断阈值;
2.2、根据四个信号强度综合判断看护人员相对轮椅的位置:
右侧信号强度之差左侧信号强度之差则总的信号强度之差ΔP为ΔP=wrΔPr+wlΔPl
其中,wl和wr为左右两侧的权重,若看护人员在轮椅左侧则取wl>wr,若看护人员在轮椅右侧则取wl<wr
根据ΔP的大小判断出看护人员相对于轮椅的位置,若ΔP>0,则看护人员处于左前方或右前方;若ΔP<0,则看护人员处于左后方或右后方,结合2.1的结果进行进一步的确认。
2.根据权利要求1所述的基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,其特征在于:所述的S3具体为:
轮椅转向速度ω取ωT的N次平均值;N为预设值;
取跟随阈值ΔP2,当-ΔP2<ΔP<ΔP2时,设轮椅线速度v(k)为0;否则采用PID控制算法对轮椅线速度进行控制。
3.根据权利要求2所述的基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法,其特征在于:所述的采用PID控制算法对轮椅线速度进行控制,具体为以下公式:
式中,kP为比例系数,TI为积分时间常数,TD为微分时间常数,T为采样周期,k为采样序号,ΔP(k)为第k次采样得到的总的信号强度之差。
4.一种用于实现权利要求1所述的基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法的轮椅系统,包括操纵杆和轮椅控制模块,其特征在于:它还包括用于设置在看护人员身上的信号发射装置,和位于轮椅上的信号处理模块;其中,
所述的信号发射装置包括依次连接的角速度传感器、微处理器和无线电发射模块;
信号处理模块包括依次连接的用于无线电发射模块无线电连接的无线电接收模块、微处理器和DA转换模块,其中所述的操纵杆与微处理器连接,DA转换模块的输出端与所述的轮椅控制模块连接;
所述的轮椅控制模块包括依次连接的轮椅控制信号接口、驱动模块和电机,其中电机包括左电机和右电机。
5.根据权利要求4所述的轮椅系统,其特征在于:以轮椅前进方向为前方,所述的无线电接收模块包括4个,分别设置在轮椅的左前方、左后方、右前方和右后方,4个无线电接收模块构成正方形。
CN201710157163.4A 2017-03-16 2017-03-16 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统 Active CN106680802B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710157163.4A CN106680802B (zh) 2017-03-16 2017-03-16 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710157163.4A CN106680802B (zh) 2017-03-16 2017-03-16 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106680802A CN106680802A (zh) 2017-05-17
CN106680802B true CN106680802B (zh) 2019-05-24

Family

ID=58828840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710157163.4A Active CN106680802B (zh) 2017-03-16 2017-03-16 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106680802B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109270963A (zh) * 2018-09-29 2019-01-25 武汉理工大学 一种基于反光布和激光雷达的轮椅自动跟随系统及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100086589A (ko) * 2009-01-23 2010-08-02 성균관대학교산학협력단 지그비의 수신신호세기를 이용한 지능형 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 그 방법
JP2011212092A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Toyota Motor Corp 移動ロボットおよびその制御方法
CN104049633A (zh) * 2014-06-13 2014-09-17 深圳市宇恒互动科技开发有限公司 一种随动控制方法、随动装置及随动系统
CN105105938A (zh) * 2015-07-14 2015-12-02 南京邮电大学 基于人脸朝向识别与跟踪的智能轮椅控制方法及系统
CN205322640U (zh) * 2016-01-07 2016-06-22 常州峰成科技有限公司 一种自主跟踪式智能轮椅
CN106058417A (zh) * 2016-06-15 2016-10-26 广州尚云在线科技有限公司 一种基于阵列天线实现自动跟随的系统和方法
CN106075632A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 胡玉琴 基于物联网的医用智能机器人
CN106155065A (zh) * 2016-09-28 2016-11-23 上海仙知机器人科技有限公司 一种机器人跟随方法及用于机器人跟随的设备
CN205971721U (zh) * 2016-08-22 2017-02-22 中山智芯电子科技有限公司 一种带自动跟随功能的平衡车

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100086589A (ko) * 2009-01-23 2010-08-02 성균관대학교산학협력단 지그비의 수신신호세기를 이용한 지능형 이동로봇의 이동 대상물 추적 제어 장치 및 그 방법
JP2011212092A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Toyota Motor Corp 移動ロボットおよびその制御方法
CN104049633A (zh) * 2014-06-13 2014-09-17 深圳市宇恒互动科技开发有限公司 一种随动控制方法、随动装置及随动系统
CN105105938A (zh) * 2015-07-14 2015-12-02 南京邮电大学 基于人脸朝向识别与跟踪的智能轮椅控制方法及系统
CN205322640U (zh) * 2016-01-07 2016-06-22 常州峰成科技有限公司 一种自主跟踪式智能轮椅
CN106075632A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 胡玉琴 基于物联网的医用智能机器人
CN106058417A (zh) * 2016-06-15 2016-10-26 广州尚云在线科技有限公司 一种基于阵列天线实现自动跟随的系统和方法
CN205971721U (zh) * 2016-08-22 2017-02-22 中山智芯电子科技有限公司 一种带自动跟随功能的平衡车
CN106155065A (zh) * 2016-09-28 2016-11-23 上海仙知机器人科技有限公司 一种机器人跟随方法及用于机器人跟随的设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN106680802A (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107536678B (zh) 一种轮椅与床的对接控制系统
CN205041882U (zh) 自动跟踪输液机器人
CN106681494B (zh) 一种基于脑机接口的环境控制方法
CN208693642U (zh) 一种多功能智能轮椅
CN209879303U (zh) 一种多功能智能轮椅系统
CN107066956B (zh) 一种基于体域网的多源情感识别机器人
CN106680802B (zh) 基于无线电信号强度的轮椅自动跟随方法及系统
CN111938608A (zh) 一种老人智能监护用ar眼镜、监护系统、监护方法
CN105534648A (zh) 基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置
CN106695744A (zh) 一种基于球形轮的自主导航机器人
Kader et al. Design and implementation of a head motion-controlled semi-autonomous wheelchair for quadriplegic patients based on 3-axis accelerometer
CN205409841U (zh) 户外运动智能头盔
CN106726208A (zh) 一种智能轮椅控制系统
Haque et al. Head motion controlled wheelchair for physically disabled people
CN209220732U (zh) 智能型电动轮椅控制器
CN204706165U (zh) 可快速定位的基于手环的医疗远程无线监护装置
CN211433749U (zh) 一种具有目标跟踪和摔倒检测功能的智能轮椅控制系统
Alam et al. A multi-controlled semi-autonomous wheelchair for old and physically challenged people
Giri et al. IoT-based smart wheelchair for disabled people and patient monitoring
CN116270047A (zh) 实现智能运动和远程健康监测的电动轮椅及控制系统
CN109966065A (zh) 一种针对四肢残障人士的轮椅和使用方法
CN110974642A (zh) 基于fpga的多功能导盲系统
CN203195661U (zh) 一种静脉实时显像装置
CN209770715U (zh) 具有遥控功能的电动轮椅
CN108831549A (zh) 远程医疗服务方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant