CN108498246A - 一种具有自动返航功能的电动轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种具有自动返航功能的电动轮椅，包括MCU控制器、GPS/BD卫星定位模块、NB‑IoT无线通信模块、加速度传感器、电源模块、电动轮椅控制模块、存储器和云平台和自动行驶模块。MCU控制器分别与GPS/BD卫星定位模块、NB‑IoT无线通信模块、加速度传感器、电动轮椅控制模块、电源模块、存储器和云平台连接。MCU控制器根据收集GPS/BD卫星定位模块获取到的卫星位置信息、NB‑IoT无线通信模块获取到的基站辅助定位信息和加速度传感器获取到的加速度信息处理得到定位终端的当前位置信息，再将当前位置信息通过NB‑IoT无线通信模块发送至远端云平台；云平台接收到自动返航指令后，会下发MCU控制器，并通过其下发指令给电动轮椅控制模块和自动行驶模块实现自动返航动作；还公开了上述电动轮椅的自动返航的方法。本发明具有能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖、具备支撑海量连接的能力、功耗更低和待机时间更长，实现电动轮椅的自动返航、实时定位、行驶轨迹和电池电量信息实时监测等优点。

Description

一种具有自动返航功能的电动轮椅
技术领域
本发明涉及定位终端装置技术和医疗器械领域，尤其涉及一种基于GPS/BD卫星导航和NB-IoT精确定位技术的自动返航的电动轮椅。
背景技术
定位装置，一般用于儿童、老人的定位及宠物防丢。现有的便携式定位装置，一般通过安装GPS模块、GPRS模块和蓝牙模块实现地理位置定位功能，电路结构较复杂，数据通讯较繁锁，功耗较大，成本较高。蓝牙模块虽然可以解决功耗问题，但是因其传输距离的局限性，不能实现远距离定位。总体而言，以上模块用户接受程度不高，已经不能满足市场需求。
自动返航，一般用于机动车或航空器，利用导航定位装置实现自动驾驶或飞行。目前市面上，还没一款能实现自动返航功能的电动轮椅。
万物互联(IoE)定义为：将人、流程、数据和事物结合一起使得网络连接变得更加相关和更有价值。万物互联将信息转化为行动，给企业、个人和国家创造新的功能，并带来更加丰富的体验和前所未有的经济发展机遇。
目前，移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的移动网络在物与物连接上能力不足，蓝牙、ZigBee等短距离通信技术又不具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性。物与物连接的数量又越来越多，亟需新的移动网路来解决这一问题。
轮椅是比较先进的用于残疾人代步的工具，过往的残疾人出行不便，只能依靠拐杖代步，因使用过于废力，从而不能实现长途代步，有了轮椅、特别是电动轮椅之后，残疾人出行方便，出行距离也变远了。但是，目前市面上的电动轮椅都不支持物联网功能，即不能实现对轮椅的实时定位和数据监测，因此我们需要实现一种新型具有无线定位功能的轮椅，以方便残障人士及其家属的管理，遇到紧急情况，轮椅使用者或其家属可以通过云平台远程一键控制电动轮椅返航。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于：针对传统的移动网络传输以及WIFI、ZIGBEE等短距离通信技术存在的不足，而提供一种能提高非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖、具备支撑海量连接的能力、功耗更低和待机时间更长的基于NB-IoT的定位终端装置。
本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述基于NB-IoT的定位轮椅的定位传输方法。
作为本发明第一方面的一种基于NB-IoT的智能定位轮椅的定位终端装置，包括：
GPS/BD卫星定位模块，所述GPS/BD卫星定位模块用于获取定位终端的卫星位置信息；
加速度传感器，所述加速度传感器用于获取定位终端的XYZ三轴的加速度信息；
NB-IoT无线通信模块，所述NB-IoT无线通信模块用于与远端云平台进行数据交互；
MCU控制器，所述MCU控制器分别与所述GPS/BD卫星定位模块、加速度传感器、NB-IoT无线通信模块以及太阳能光伏模块连接，用于收集所述GPS/BD卫星定位模块获取到的卫星位置信息；MCU控制器实际记录轮椅的运行轨迹信息、电池容量信息；
电源模块，所述电源模块与所述MCU控制器连接，用于向所述MCU控制器供电。实时监测电池容量，并将电量数据上报云平台。
电动轮椅控制模块，所述电动轮椅控制模块用于控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；
自动行驶模块，所述自动行驶模块用于实现轮椅自动返航过程中按照设定好的路线自动行驶，并且通过模块自带的摄像头、传感器及相应控制算法实现自动避障等功能；
摄像头传感器，所述摄像头传感器通过机器视觉辅助自动行驶模块工作；
云平台，所述云平台用于实现对智能定位轮椅上传过来的数据进行存储、分析及统计，并以报表的形式输出，方便用户实际监控轮椅及其使用者的情况。
在本发明的一个优选实施例中，还包括一与所述MCU控制器连接的用于存储数据信息的存储器。
作为本发明第二方面，图2中给出的是一种具有自动返航的电动轮椅的自动返航方法，包含以下步骤：
步骤S1，MCU控制器一方面获取其内部的定位器状态，另一方面读取加速度传感器获取的轮椅的XYZ三轴的加速度信息和电源模块内部电池电量信息；
步骤S2，MCU控制器启动GPS/BD卫星定位模块和NB-IOT定位模块，GPS/BD卫星定位模块获取定位轮椅的卫星位置信息，NB-IOT定位模块获得定位轮椅的基站定位信息；
步骤S3，MCU控制器收集GPS/BD卫星定位模块获取到的卫星位置信息；MCU控制器收集NB-IOT无线通信模块获取到的基站位置信息，用于获取定位轮椅的辅助定位信息；
步骤S4，MCU控制器对步骤S3 所收集到的卫星位置信息、基站定位信息和加速度信息进行处理得到定位轮椅的精确位置信息；
步骤S5，MCU控制器将处理得到的当前位置信息和电池容量信息通过NB-IoT无线通信模块发送至远端云平台；
步骤S6，MCU控制器通过NB-IoT无线通信模块从远端云平台获取电动轮椅的行驶轨迹信息及当前位置信息；
步骤S7，MCU控制器接收到云平台下达的自动返航指令，触发自动返航动作给电动轮椅控制模块，并将平台下发的导航路线指令自动下达给电动轮椅控制模块和自动行驶模块，控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；自动行驶模块在自动返航过程中按照设定好的路线自动行驶，并且通过模块自带的摄像头传感器D10 及相应控制算法实现自动避障等功能；
步骤S8，当电动轮椅达到目的后，自动返航动作结束，轮椅停车；
在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤S4中，MCU控制器将处理得到的定位轮椅的当前位置信息保存至存储器内。
相比较传统移动网络传输，以及WIFI、ZIGBEE等短距离通信技术，本发明的基于NB-IoT的定位轮椅装置具有以下优点:
1、能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖，在同样的频段下，NB-IoT无线通信模块比现有的网络增益高25dB以上，覆盖面积扩大120倍，这样会提高室内网络传输的实时性；
2、具备支撑海量连接的能力，NB-IoT无线通信模块的一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；
3、NB-IoT无线通信模块的功耗更低和待机时间更长，再结合定位轮椅的低功耗设计能使用该轮椅拥有极低功耗的特点，方便用户使用。
本发明所要解决的技术问题之三在于：提供一种自动返航功能，实现对电动轮椅的远程控制及自动行驶。
本发明所要解决的技术问题之四在于：提供一种云平台实现对无线定位轮椅的实时监测、数据统计及管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的工作流程示意图。
图3是本发明的产品示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术路线、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，图中给出的是一种基于NB-IoT的定位轮椅的定位装置结构图，包括MCU控制器D1、GPS/BD卫星定位模块D2、NB-IoT无线通信模块D3、加速度传感器D4、电动轮椅控制模块D5、电源模块D6、存储器D7以及云平台D8，自动行驶模块D9；
MCU控制器D1分别与GPS/BD卫星定位模块D2、NB-IoT无线通信模块D3、加速度传感器D4、电动轮椅控制模块D5、电源模块D6、存储器D7以及云平台D8连接。其中，GPS/BD卫星定位模块D2用于获取定位轮椅的卫星位置信息。NB-IoT无线通信模块D3用于获取定位轮椅的基站辅助定位信息。加速度传感器D4用于获取定位 轮椅的XYZ三轴的加速度信息。NB-IoT无线通信模块D4同时也用于与远端云平台D8进行数据交互。电动轮椅控制模块D5用于控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作。电源模块D6向MCU控制器 D1供电。存储器D7用于存储数据信息。
参见图2，本发明给出的是一种具有自动返航的电动轮椅的自动返航方法，包含以下步骤：
步骤S1，MCU控制器D1一方面获取其内部的定位器状态，另一方面读取加速度传感器D4获取的轮椅的XYZ三轴的加速度信息和电源模块D6内部电池电量信息；
步骤S2，MCU控制器D1启动GPS/BD卫星定位模块D2和NB-IOT定位模块D3，GPS/BD卫星定位模块D2获取定位轮椅的卫星位置信息，NB-IOT定位模块D3获得定位轮椅的基站定位信息；
步骤S3，MCU控制器D1收集GPS/BD卫星定位模块D2获取到的卫星位置信息；MCU控制器D1收集NB-IOT无线通信模块D3获取到的基站位置信息，用于获取定位轮椅的辅助定位信息；
步骤S4，MCU控制器D1对步骤S3 所收集到的卫星位置信息、基站定位信息和加速度信息进行处理得到定位轮椅的精确位置信息；
步骤S5，MCU控制器D1将处理得到的当前位置信息和电池容量信息通过NB-IoT无线通信模块D3发送至远端云平台D8；
步骤S6，MCU控制器D1通过NB-IoT无线通信模块D3从远端云平台D8获取电动轮椅的行驶轨迹信息及当前位置信息。；
步骤S7，MCU控制器D1接收到云平台D8下达的自动返航指令，触发自动返航动作给电动轮椅控制模块D5，并将平台下发的导航路线指令自动下达给电动轮椅控制模块D5和自动行驶模块D9，控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；自动行驶模块D9在自动返航过程中按照设定好的路线自动行驶，并且通过模块自带的摄像头传感器D10及相应控制算法实现自动避障等功能；
步骤S8，当电动轮椅达到目的后，自动返航动作结束，轮椅停车。
参见图3，途中给出的是自动返航的电动轮椅示意图，如上所诉，图中D9为自动行驶模块，D10为摄像头传感器。其他D1、D2、D3、D4、D6和D7安装在电动轮椅控制模块D5。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种具有自动返航功能的电动轮椅，其特征在于，具有一种基于NB-IoT的智能定位轮椅的定位装置，包括：GPS/BD卫星定位模块，所述GPS/BD卫星定位模块用于获取定位终端的卫星位置信息；
加速度传感器，所述加速度传感器用于获取定位终端的XYZ三轴的加速度信息；
NB-IoT无线通信模块，所述NB-IoT无线通信模块用于与远端云平台进行数据交互；
MCU控制器，所述MCU控制器分别与所述GPS/BD卫星定位模块、加速度传感器、NB-IoT无线通信模块以及太阳能光伏模块连接，用于收集所述GPS/BD卫星定位模块获取到的卫星位置信息；MCU控制器实际记录轮椅的运行轨迹信息、电池容量信息；
电源模块，所述电源模块与所述MCU控制器连接，用于向所述MCU控制器供电，实时监测电池容量，并将电量数据上报云平台；
电动轮椅控制模块，所述电动轮椅控制模块用于控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；
自动行驶模块，所述自动行驶模块用于实现轮椅自动返航过程中按照设定好的路线自动行驶，并且通过模块自带的摄像头、传感器及相应控制算法实现自动避障等功能；
摄像头传感器，所述摄像头传感器通过机器视觉辅助自动行驶模块工作；
云平台，所述云平台用于实现对智能定位轮椅上传过来的数据进行存储、分析及统计，并以报表的形式输出，方便用户实际监控轮椅及其使用者的情况。
2.如权利要求1所述的一种具有自动返航功能的电动轮椅，其特征在于，还包括一与所述MCU 控制器连接的用于存储数据信息的存储器。
3.如权利要求1所述的NB-IoT的无线通信模块，其特征在于，NB-IoT无线通信模块可以获取基站辅助定位信息和与远端云平台进行数据交互。
4.如权利要求1所述的电动轮椅控制模块，其特征在于，控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；并接受自动行驶模块的指令，实现自动行驶过程中对电动轮椅进行运动控制。
5.一种如权利要求1或2所述的作为本发明第二方面一种具有自动返航的电动轮椅的自动返航方法，包含以下步骤：
步骤S1，MCU控制器D1一方面获取其内部的定位器状态，另一方面读取加速度传感器D4获取的轮椅的XYZ三轴的加速度信息和电源模块D6内部电池电量信息；
步骤S2，MCU控制器D1启动GPS/BD卫星定位模块D2和NB-IOT定位模块D3，GPS/BD卫星定位模块D2获取定位轮椅的卫星位置信息，NB-IOT定位模块D3获得定位轮椅的基站定位信息；
步骤S3，MCU控制器D1收集GPS/BD卫星定位模块D2获取到的卫星位置信息；MCU控制器D1收集NB-IOT无线通信模块D3获取到的基站位置信息，用于获取定位轮椅的辅助定位信息；
步骤S4，MCU控制器D1对步骤S3 所收集到的卫星位置信息、基站定位信息和加速度信息进行处理得到定位轮椅的精确位置信息；
步骤S5，MCU控制器D1将处理得到的当前位置信息和电池容量信息通过NB-IoT无线通信模块D3发送至远端云平台D8；
步骤S6，MCU控制器D1通过NB-IoT无线通信模块D3从远端云平台D8获取电动轮椅的行驶轨迹信息及当前位置信息；
步骤S7，MCU控制器D1接收到云平台D8下达的自动返航指令，触发自动返航动作给电动轮椅控制模块D5，并将平台下发的导航路线指令自动下达给电动轮椅控制模块D5和自动行驶模块D9，控制轮椅前进、后退、停止、转向等动作；自动行驶模块D9在自动返航过程中按照设定好的路线自动行驶，并且通过模块自带的摄像头传感器D10及相应控制算法实现自动避障等功能；
步骤S8，当电动轮椅达到目的后，自动返航动作结束，轮椅停车。
6.如权利要求5所述的电动轮椅的自动返航方法，其特征在于，在所述步骤S5中，MCU控制器将处理得到的电动轮椅的行驶轨迹信息及当前位置信息保存至存储器内，并由NB-IoT无线通信模块同远程云平台进行数据交换。
7.如权利要求6所述，其特征在于云平台，所述云平台用于实现对智能定位轮椅上传过来的数据进行存储、分析及统计，并以报表的形式输出，方便用户实际掌握轮椅及其使用者的情况，并实时控制电动轮椅的自动返航及行驶。
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