CN107684493B - 一种用于轮椅的云模拟智能避障系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，包括：云处理器、无人机、轮椅，所述轮椅包括处理装置、驱动电机、第一摄像头，所述无人机包括CPU芯片、摄影装置，云处理器与处理装置以及CPU芯片数据同步，云处理器包括三维实景模拟模块、计算模块，云处理器根据生成的三维实景模拟图中障碍物的距离与预设距离的大小比判断是否需要进行换向，若是则驱动所述驱动电机控制轮椅换向。本发明提供的智能避障系统通过云处理器对三维实景的处理，极大程度的模拟用户第一视角，并根据模拟的第一视角进行障碍物判断与距离计算，从而可以更有效的避障。

Description

一种用于轮椅的云模拟智能避障系统

技术领域

本发明涉及一种避障系统，特别涉及一种用于轮椅的云模拟智能避障系统。

背景技术

随着社会文明的发展进步，保障和提高老年人以及残障人士等弱势群体的生活质量已经越来越收到社会的关注。大量研究表明，有效增强老年人以及残障人士的行动能力，不仅使得他们的日常生活变得方便，而且对他们的心理健康、自我评价、精神状态也有着深远的影响。因此，一种为上述人群提供方便的代步轮椅应运而生。传统的轮椅是手动的，由人转动手轮前进，这需要耗费大量体力，不适合老年人以及残障人士使用。如今有电动轮椅，这种电动轮椅一般包括车体，前后轮，驱动电机、操纵杆和电机驱动器，驱动电机由蓄电池供电，驱动后轮前进，坐在轮椅上的人只需要按动操纵杆，即可实现轮椅的前进、后退以及转弯。对于一些自理能力不是很好的人而言，一般的电动轮椅他们也不好操作，尤其在遇到障碍物的时候，他们可能无法及时反应。另外，很多时候就算已经及时反应，但也无法及时对轮椅做出操作使轮椅能够避让障碍物。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提供一种用于轮椅的云模拟智能避障系统。

技术方案：

一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，包括：云处理器、无人机、轮椅，所述轮椅包括处理装置、驱动电机、第一摄像头，所述无人机包括CPU芯片、摄影装置，所述云处理器与所述处理装置以及所述CPU芯片数据同步，所述第一摄像头用于拍摄轮椅周围实时影像，并传输至所述云处理器，所述摄影装置四个面都设置有第二摄像头，所述摄影装置用于拍摄实时街景，并将所述实时街景同步至所述云处理器，所述云处理器包括三维实景模拟模块、计算模块，所述三维实景模拟模块用于根据所述第一摄像头以及所述第二摄像头拍摄的影像模拟出所述轮椅以及所述无人机可视范围内的三维实景，所述计算模块计算所述轮椅到所述三维实景中障碍物的距离，所述云处理器设有第一预设距离，当所述云处理器判断所述轮椅到所述三维实景中障碍物距离不大于所述第一预设距离时，所述云处理器向所述处理装置同步换向指令，所述处理装置根据换向指令向所述驱动电机发送换向信号，所述驱动电机根据所述换向信号驱动轮椅调整方向。

作为本发明的一种优选方式，所述第一摄像头拍摄轮椅正面的实时影像，所述CPU芯片将所述影像传输至所述云处理器，所述三维实景模拟模块根据所述实时影像以及所述第二摄像头拍摄影像模拟出用户第一视角视觉图像，所述云处理器根据所述第一视角视觉图像判断前方是否有障碍物。

作为本发明的一种优选方式，当物体在所述第一视角视觉图像中的正前方停留超过预设时间，则所述云处理器判断所述物体为静止障碍物；当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，则所述云处理器判断所述物体为移动障碍物。

作为本发明的一种优选方式，当所述云处理器判断所述障碍物为静止障碍物时，所述云处理器向所述处理装置同步换向指令，所述处理装置向所述驱动电机发送换向信号，所述驱动电机根据所述换向信号驱动轮椅换向。

作为本发明的一种优选方式，所述轮椅正面还设置有第三摄像头，当所述云处理器判断所述障碍物为移动障碍物时，所述处理装置控制所述第三摄像头锁定所述障碍物并摄取实时影像，所述云处理器判断所述移动障碍物的移动方向，所述计算模块计算所述移动障碍物到所述轮椅的距离，所述云处理器根据所述实时影像、所述移动方向、所述距离判断在当前状态下是否需要发送换向信号。

作为本发明的一种优选方式，当所述驱动电机驱动所述轮椅换向时，所述云处理器根据所述三维实景模拟换向线路。

作为本发明的一种优选方式，所述云处理器根据所述三维实景图判断所述轮椅四周范围内是否存在危险状况，若有，则向所述处理装置发送紧急避让指令，所述紧急避让指令为第一优先指令，所述处理装置根据所述紧急避让指令向所述驱动电机发送紧急避让信号，所述驱动电机根据紧急避让信号控制所述轮椅进行紧急避让。

作为本发明的一种优选方式，所述无人机为共享无人机，所述无人机有定位装置，所述定位装置用于定位，所述CPU芯片将所述定位装置定位发送至所述云处理器。

作为本发明的一种优选方式，所述轮椅还设置有用户端口，所述云处理器将所述定位发送至所述用户端口，用户通过用户端口选择无人机。

作为本发明的一种优选方式，所述无人机与所述轮椅设有无线装置，当所述无人机到达用户位置时，所述无人机与所述轮椅通过无线装置关联。

本发明实现以下有益效果：

1.本发明提供的智能避障系统通过云处理器对三维实景的处理，极大程度的模拟用户第一视角，并根据模拟的第一视角进行障碍物判断与距离计算，从而可以更有效的避障。

2.本发明提供的智能避障系统不仅对前方障碍，还能对侧方及后方的危险状况进行判断，并作出相应的应对指令，可以使轮椅对侧方及后方的危险情况进行回避。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明提供的智能避障系统的系统框架图；

图2为本发明中轮椅的示意图；

图3为本发明中无人机的示意图；

图4为本发明中轮椅遇到静止障碍物时的系统工作步程图；

图5为本发明中轮椅遇到移动障碍物时的系统工作步骤图；

图6为本发明中紧急避让的判断与实施步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一：

参考图为图1-5。一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，包括：云处理器1、无人机2、轮椅3，所述轮椅3包括处理装置4、驱动电机5、第一摄像头6，所述无人机2包括CPU芯片7、摄影装置8，所述云处理器1与所述处理装置4以及所述CPU芯片7数据同步，所述第一摄像头6用于拍摄轮椅3周围实时影像，并传输至所述云处理器1，所述摄影装置8四个面都设置有第二摄像头9，所述摄影装置8用于拍摄实时街景，并将所述实时街景同步至所述云处理器1，所述云处理器1包括三维实景模拟模块10、计算模块11，所述三维实景模拟模块10用于根据所述第一摄像头6以及所述第二摄像头9拍摄的影像模拟出所述轮椅3以及所述无人机2可视范围内的三维实景，所述计算模块11计算所述轮椅3到所述三维实景中障碍物的距离，所述云处理器1设有第一预设距离，当所述云处理器1判断所述轮椅3到所述三维实景中障碍物距离不大于所述第一预设距离时，所述云处理器1向所述处理装置4同步换向指令，所述处理装置4根据换向指令向所述驱动电机5发送换向信号，所述驱动电机5根据所述换向信号驱动轮椅3调整方向。

所述第一摄像头6拍摄轮椅3正面的实时影像，所述CPU芯片7将所述影像传输至所述云处理器1，所述三维实景模拟模块10根据所述实时影像以及所述第二摄像头9拍摄影像模拟出用户第一视角视觉图像，所述云处理器1根据所述第一视角视觉图像判断前方是否有障碍物。

当物体在所述第一视角视觉图像中的正前方停留超过预设时间，则所述云处理器1判断所述物体为静止障碍物；当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，则所述云处理器1判断所述物体为移动障碍物。

当所述云处理器1判断所述障碍物为静止障碍物时，所述云处理器1向所述处理装置4同步换向指令，所述处理装置4向所述驱动电机5发送换向信号，所述驱动电机5根据所述换向信号驱动轮椅3换向。

所述轮椅3正面还设置有第三摄像头，当所述云处理器1判断所述障碍物为移动障碍物时，所述处理装置4控制所述第三摄像头锁定所述障碍物并摄取实时影像，所述云处理器1判断所述移动障碍物的移动方向，所述计算模块11计算所述移动障碍物到所述轮椅3的距离，所述云处理器1根据所述实时影像、所述移动方向、所述距离判断在当前状态下是否需要发送换向信号。

具体的，所述云处理器1接收到所述第一摄像头6以及所述第二摄像头9拍摄的实时影像时，将所述第一摄像头6拍摄的影像处理为纵向数据面，将所述第二摄像头拍摄的影像作为横向数据面，所述三维实景模拟模块10根据上述纵向数据面以及横向数据面整合生成三维数据层，所述三维数据层为实时三维实景的模拟，所述模拟的三维实景为所述轮椅3以及所述无人机2的可视范围内的三维实景。值得一提的是，所述第一摄像头6拍摄的影像为轮椅正面的实时影像，所述云处理器1接受到所述轮椅正面的实时影像后，结合所述三维实景，模拟出用户的第一视角的视觉图像。所述云处理器1根据第一视角前方的物体在所述第一视角视觉模拟图像中出现的时间判断轮椅前方是否存在障碍物。值得一提的是，所述障碍物分为静止障碍物以及移动障碍物：

当物体在所述第一视角视觉图像中的正前方停留超过预设时间，则所述云处理器1判断所述物体为静止障碍物；当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，所述预设时间为3s，则所述云处理器1判断所述物体为移动障碍物。

如图4所示，当所述云处理器1判断所述障碍物为静止障碍物时，所述云处理器1根据所述三维数据层判断所述静止障碍物是否在所述轮椅的行进路线上，若是，则所述计算模块11根据三维数据层中所述轮椅3与所述障碍物的数据模块的间隔距离计算所述轮椅3与所述障碍物的实时实际距离，所述云处理器1中存有第一预设距离，所述预设距离为5m，所述云处理器1判断将所述计算模块11计算得到的实时实际距离与所述第一预设距离进行比较，若判断所述实时实际距离大于所述第一预设距离，则所述云处理器1不做出任何指令；当所述实时实际距离不再大于所述第一预设距离时，所述云处理器1向所述处理装置4同步换向指令，所述处理装置4根据所述换向指令向所述驱动电机5发送换向信号，所述驱动电机5根据所述换向信号驱动所述轮椅3调整方向。

如图5所示，当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，所述预设时间为3s，则所述云处理器1判断所述移动物体为移动障碍物，所述云处理器1向所述处理装置4同步锁定指令，所述处理装置4控制所述第三摄像头锁定所述移动障碍物并摄取实时影像，所述云处理器1把所述实时影像处理为数据层信息，并根据所述数据层信息中所述移动障碍物信息模块的移动判断所述移动障碍物的移动方向，所述云处理器1判断所述移动障碍物的移动方向是否在所述轮椅3的行进路线上，若否，则不作出任何指令；若是，则所述计算模块11利用上述方法计算所述移动障碍物与所述轮椅3之间的实时最短实际距离，所述云处理器1判断所述实时最短实际距离是否大于第二预设距离，所述第二预设距离为10m，若是，则所述云处理器1不作出任何指令；若否，则所述云处理器1向所述处理装置4同步换向指令，所述处理装置4根据所述换向指令向所述驱动电机5发送换向信号，所述驱动电机5根据所述换向信号驱动所述轮椅3调整方向。

上述云处理器1，三维实景模拟模块10、计算模块11所有的处理过程皆根据实时数据进行处理。

实施例二：

参考图为图6。当所述驱动电机5驱动所述轮椅3换向时，所述云处理器1根据所述三维实景模拟换向线路。

所述云处理器1根据所述三维实景图判断所述轮椅3四周范围内是否存在危险状况，若有，则向所述处理装置4发送紧急避让指令，所述紧急避让指令为第一优先指令，所述处理装置4根据所述紧急避让指令向所述驱动电机5发送紧急避让信号，所述驱动电机5根据紧急避让信号控制所述轮椅3进行紧急避让。

具体的，所述云处理器1模拟所述轮椅3的换向路线，并判断所述路线上是否存在障碍，若是，则向所述处理装置4发送微调指令，所述处理装置4根据微调指令向所述驱动电机5发送微调信号，所述驱动电机5根据微调信号控制所述轮椅3进行方向上的微调。

如图6所示，在所述三维实景图中还模拟了轮椅侧方及后方的实时情况，所述云处理器1判断所述三维实景图中是否存在移动的物体，若存在，则所述云处理器1根据上述方法判断所述移动物体的实时移动路线是否在所述轮椅3的行进路线上，若是则所述计算模块11根据上述方法计算所述移动物体与所述轮椅3的实时实际距离，所述云处理器判断所述实时实际距离是否大于10m，若否则所述云处理器1判断所述移动物体为危险物体，并向所述处理装置4发送紧急避让指令，所述紧急避让指令为第一优先指令，优先级别最高，所述处理装置4根据所述紧急避让指令向驱动电机5发送紧急避让信号，所述驱动电机5根据所述紧急避让信号控制所述轮椅3调整方向，进行紧急避让。

实施例三：

参考图为图2-3。所述无人机2为共享无人机，所述无人机2有定位装置，所述定位装置用于定位，所述CPU芯片7将所述定位装置定位发送至所述云处理器1。

：所述轮椅3还设置有用户端口12，所述云处理器1将所述定位发送至所述用户端口12，用户通过用户端口12选择无人机2。

所述无人机2与所述轮椅3设有无线装置13，当所述无人机2到达用户位置时，所述无人机2与所述轮椅3通过无线装置13关联。

具体的，所述云处理器根据所述无人机2的定位装置12的定位，将所述无人机2的位置标注在电子地图上，并同步至所述处理装置4，所述处理装置4通过所述用户端口12将所述电子地图显示，用户可以通过所述电子地图选择无人机，所述云处理器1根据用户的选择对相应的无人机发送指令，所述无人机根据指令向当前用户所在位置移动。当所述无人机2到达用户所在位置时，所述无人机2与所述轮椅3通过无线装置13进行关联，所述无人机2与所述轮椅3有特定频率的无线信号进行关联，关联完成后，所述无人机2与所述轮椅3通过上述特定频率进行信息同步，这样不会被其余无人机发出的信号干扰。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，包括：云处理器、无人机、轮椅，所述轮椅包括处理装置、驱动电机、第一摄像头，所述无人机包括CPU芯片、摄影装置，所述云处理器与所述处理装置以及所述CPU芯片数据同步，其特征在于：所述第一摄像头用于拍摄轮椅周围实时影像，并传输至所述云处理器，所述摄影装置四个面都设置有第二摄像头，所述摄影装置用于拍摄实时街景，并将所述实时街景同步至所述云处理器，所述云处理器包括三维实景模拟模块、计算模块，所述三维实景模拟模块用于根据所述第一摄像头以及所述第二摄像头拍摄的影像模拟出所述轮椅以及所述无人机可视范围内的三维实景，所述计算模块计算所述轮椅到所述三维实景中障碍物的距离，所述云处理器设有第一预设距离，当所述云处理器判断所述轮椅到所述三维实景中障碍物距离不大于所述第一预设距离时，所述云处理器向所述处理装置同步换向指令，所述处理装置根据换向指令向所述驱动电机发送换向信号，所述驱动电机根据所述换向信号驱动轮椅调整方向；

所述第一摄像头拍摄轮椅正面的实时影像，所述CPU芯片将所述影像传输至所述云处理器，所述三维实景模拟模块根据所述实时影像以及所述第二摄像头拍摄影像模拟出用户第一视角视觉图像，所述云处理器根据所述第一视角视觉图像判断前方是否有障碍物，当物体在所述第一视角视觉图像中的正前方停留超过预设时间，则所述云处理器判断所述物体为静止障碍物；当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，则所述云处理器判断所述物体为移动障碍物；所述轮椅正面还设置有第三摄像头，当所述云处理器判断所述障碍物为移动障碍物时，所述处理装置控制所述第三摄像头锁定所述障碍物并摄取实时影像，所述云处理器判断所述移动障碍物的移动方向，所述计算模块计算所述移动障碍物到所述轮椅的距离，所述云处理器根据所述实时影像、所述移动方向、所述距离判断在当前状态下是否需要发送换向信号；

当物体在所述第一视角视觉图像中移动超过预设时间，所述预设时间为3s，则所述云处理器判断所述移动物体为移动障碍物，所述云处理器向所述处理装置同步锁定指令，所述处理装置控制所述第三摄像头锁定所述移动障碍物并摄取实时影像，所述云处理器把所述实时影像处理为数据层信息，并根据所述数据层信息中所述移动障碍物信息模块的移动判断所述移动障碍物的移动方向，所述云处理器判断所述移动障碍物的移动方向是否在所述轮椅的行进路线上，若否，则不作出任何指令；若是，则所述计算模块计算所述移动障碍物与所述轮椅之间的实时最短实际距离，所述云处理器判断所述实时最短实际距离是否大于第二预设距离，所述第二预设距离为10m，若是，则所述云处理器不作出任何指令；若否，则所述云处理器向所述处理装置同步换向指令，所述处理装置根据所述换向指令向所述驱动电机发送换向信号，所述驱动电机根据所述换向信号驱动所述轮椅调整方向。

2.根据权利要求1所述的一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，其特征在于：当所述云处理器判断所述障碍物为静止障碍物时，所述云处理器向所述处理装置同步换向指令，所述处理装置向所述驱动电机发送换向信号，所述驱动电机根据所述换向信号驱动轮椅换向。

3.根据权利要求1所述的一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，其特征在于：当所述驱动电机驱动所述轮椅换向时，所述云处理器根据所述三维实景模拟换向线路。

4.根据权利要求1所述的一种用于轮椅的云模拟智能避障系统，其特征在于：所述云处理器根据所述三维实景图判断所述轮椅四周范围内是否存在危险状况，若有，则向所述处理装置发送紧急避让指令，所述紧急避让指令为第一优先指令，所述处理装置根据所述紧急避让指令向所述驱动电机发送紧急避让信号，所述驱动电机根据紧急避让信号控制所述轮椅进行紧急避让。

5.根据权利要求1所述的一种用于轮椅的云模拟智能避让系统，其特征在于：所述无人机为共享无人机，所述无人机有定位装置，所述定位装置用于定位，所述CPU芯片将所述定位装置定位发送至所述云处理器。

6.根据权利要求5所述的一种用于轮椅的云模拟智能避让系统，其特征在于：所述轮椅还设置有用户端口，所述云处理器将所述定位发送至所述用户端口，用户通过用户端口选择无人机。

7.根据权利要求6所述的一种用于轮椅的云模拟智能避让系统，其特征在于：所述无人机与所述轮椅设有无线装置，当所述无人机到达用户位置时，所述无人机与所述轮椅通过无线装置关联。

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