CN109259948A - 辅助驾驶轮椅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辅助驾驶轮椅，由手机服务模块、无线通信模块、后台服务器模块、数据库模块和实体轮椅机器人模块组成。本发明结合自动驾驶技术，高级辅助驾驶轮椅能够在简单的场景下为使用者提供完全自动驾驶服务，以及在复杂环境下的辅助驾驶功能。同时，该轮椅具有生理指标检测功能、语音交互功能和定位功能。使用者以及手机端的监护人可以实时了解血压、体温以及心电等生理健康状况，以便及时做出反应；使用者还可以通过语音交互的方式向轮椅下达指令以及获取必要信息；定位功能可以让监护人实时定位轮椅使用者的位置，进一步保障其安全。
Description
技术领域
本发明涉及轮椅技术领域，尤其是一种辅助驾驶轮椅。
背景技术
随着人工智能的快速发展，越来越多的智能终端走进千家万户。智能扫地机器人、智能音箱、无人驾驶汽车等一系列产品极大的提高了人们的生活品质。对于行动不便的人来说，生活和出行都非常不便。对于这类群体来说，人工智能技术发挥的作用尤其明显，通过人工智能来提高其生活质量将会意义重大。在居民园区、景区、公园等区域内的道路系统，通常并不像公共道路上有明确的交通规则，人群和各种车辆的行动区域混杂在一起。在这种限定复杂类型的场景下，使用高级辅助驾驶的轮椅机器人，将会给行动不便的人带来很大的便利。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种辅助驾驶轮椅，使用方便，便于行动不便的人在复杂类型的场景适用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种辅助驾驶轮椅，由手机服务模块、无线通信模块、后台服务器模块、数据库模块和实体轮椅机器人模块组成；其中，
所述实体轮椅机器人模块包括主控制模块、语音交互模块、Apollo无人驾驶模块、室外定位模块、生理指标监测模块、环境识别模块、移动避障模块；通过无线通信模块把接收的指令、采集的生理指标数据、识别的环境信息传递给后台服务器模块，后台服务器模块将采集的生理指标数据、环境信息处理后发送给手机服务模块，后台服务器模块将接收的指令发送给实体轮椅机器人模块进行控制，数据库模块用于存储上述经后台服务模块处理过的数据；
所述手机服务模块主要包括位置跟踪模块、视频监控模块、语音业务模块、血压显示模块、体温显示模块和心电显示模块；其中，位置跟踪模块用于查看轮椅机器人使用者的即时位置，语音业务模块可以用于监护人与使用者之间的及时沟通，视频监控模块用于查看周围环境，血压显示模块、体温显示模块、心电显示模块可以在线显示轮椅使用者的血压、体温、心电等情况；
所述无线通信模块负责机手机服务模块与后台服务器模块之间、实体轮椅机器人模块与后台服务器模块之间的通讯；
所述后台服务器模块用于接收并处理实体轮椅机器人模块发送的通信指令，并向手机服务模块发送处理过的数据以及向实体轮椅机器人模块发送命令信息；
所述数据库模块用于存储手机服务模块与后台服务器模块通信、实体轮椅机器人模块与后台服务器模块通信过程中产生的数据。
进一步地，所述手机服务模块让监护者与轮椅机器人使用者进行实时通讯，便于监护者及时查看轮椅机器人使用者的周围环境和身体状态。
进一步地，所述位置跟踪模块能够实时的显示轮椅使用者的位置信息，方便监护人跟踪。
进一步地，所述视频监控模块由实体轮椅机器人上安装的工业相机采集生成，在手机端进行在线显示。
进一步地，所述无线通信模块由4G基站、4G天线、Wifi天线、4G路由器组成，实现手机端与轮椅机器人之间的通信，轮椅机器人主控制模块与服务器之间的通信。
进一步地，所述主控制模块包括工控机和下位主控MCU；语音交互模块主要由语音传感器组成；Apollo无人驾驶模块主要由运动底盘、伺服电机、磷酸铁锂电池组成；室外定位模块包括高精度组合导航传感器；生理指标监测模块主要由血压测量传感器、心电测量传感器、电子体温测量传感器组成；环境识别模块包括超声波雷达、工业相机和激光雷达；移动避障模块主要由防碰撞传感器组成。
进一步地，所述工控机上运行无人驾驶软件，并可以向下位主控MCU提供执指令；下位主控MCU用于轮椅底盘状态数据的采集处理和上传，伺服电机、指示灯、轮椅机器人遥控的控制。
进一步地，所述室外定位模块为采用GNSS和IMU组合方式来实现室外高精度定位。
进一步地，所述移动避障模块通过对周围环境信息识别来躲避障碍物，通过防碰撞传感器直接驱动系统急停的方式来紧急避障。
进一步地，所述激光雷达具有测量周围物体的距离和角度的功能；工业相机采集周围的图像信息用于环境的识别，并且图像信息上传至后台服务器，经处理后在手机端用于监控；超声波雷达用于检测障碍物的距离和方位。
进一步地，所述语音交互模块包括轮椅机器人使用者与监护者进行语音消息发送、语音通话；以及通过语音对轮椅机器人进行控制，包括天气预报播报、音乐及有声读物播放、运行的控制。
进一步地，所述生理指标监测模块为通过血压测量传感器监测使用者的血压值，采用心电测量传感器采集使用者的心电数据，通过电子体温测量传感器实时上报使用者的体温值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：结合自动驾驶技术，高级辅助驾驶轮椅能够在简单的场景下为使用者提供完全自动驾驶服务，以及在复杂环境下的辅助驾驶功能。同时，该轮椅具有生理指标检测功能、语音交互功能和定位功能。使用者以及手机端的监护人可以实时了解血压、体温以及心电等生理健康状况，以便及时作出反应；使用者还可以通过语音交互的方式向轮椅下达指令以及获取必要信息；定位功能可以让监护人实时定位轮椅使用者的位置，进一步保障其安全。
附图说明
图1为自动驾驶轮椅整机框图；
图2为健康监测模块；
图3为异常检测模块；
图4为人机交互模块；
图5为自动驾驶模块；
图6 为轮椅底盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
一种辅助驾驶轮椅，以Apollo开源框架为基础设计了基于无人驾驶技术的新型自动驾驶轮椅，而且能对多个生理指标进行实时监测，使行动不便的人能在限定复杂场景下安心出行。
辅助驾驶轮椅主要由一套手机服务模块和实体轮椅机器人组成，手机端主要包括位置跟踪、视频监控、语音业务、血压显示、体温显示、心电显示等功能；而实体轮椅机器人主要包含无人驾驶、室外定位、环境识别、移动规划、语音交互、生理指标监测等功能。轮椅使用者通过语音或文字输入想去的地方，轮椅机器人就会规划路线，前往目的地。在室外运行过程中，监护人在手机端可以随时查看使用者的周围环境以及生理状况。本发明具有很强的实用性，可以满足行动不便的病人的出行需求，很适合在机场、医院、公园、景区等典型场景使用。
具体结构为：辅助驾驶轮椅由手机服务模块、无线通信模块、后台服务器模块和轮椅本体组成，如图1所示。其中：
（1）手机服务模块即监护人手机APP，主要包括位置跟踪、视频监控、语音业务、血压显示、体温显示、心电显示等模块，位置跟踪模块用于查看轮椅使用者的即时位置，语音业务模块可以用于监护人与使用者之间的及时沟通，视频监控模块用于查看轮椅使用者周围环境，血压显示模块、体温显示模块、心电显示模块可以在线显示轮椅使用者的血压、体温、心电等情况。
（2）无线通信模块负责后台服务器模块与手机操作模块的手机4G网络通信、后台服务器模块与轮椅本体的4G路由器通信。
（3）后台服务器模块通过无线通信模块连接手机服务模块和轮椅本体，用于接收并处理轮椅本体发送的通信指令、向手机服务模块和轮椅本体发送命令信息，并具有存储经接收处理过的数据的功能。
（4）轮椅本体包括健康检测模块、人机交互模块、异常状况检测模块、自动驾驶模块和轮椅底盘。
健康检测模块采集使用者的生理指标数据，与自动驾驶模块通过USB相连，如图2所示，在健康监测模块中，心电检测模块、体温检测模块和血压检测模块都通过串行通行口连接USB总线。上传检测数据到后台服务器模块，经处理后可以得到使用者的血压、体温、心电等生理指标。
异常状况检测模块包括摔倒检测模块、异常位置检测模块、异常路况预警模块，如图3所示，该模块识别环境信息和轮椅自身状态的数据，通过USB连接自动驾驶模块，这些数据被发送到后台服务器模块进行处理，判断出轮椅是否处于正常安全状态，一旦三个子模块中任意一个或多个检测到异常状态，在监护人手机端马上会有报警提示。
人机交互模块通过USB连接自动驾驶模块，提供轮椅使用者与轮椅之间的交互行为，如图4所示，包括语音交互模块、哑语交互模块、盲文交互模块。使用者可以通过语音交互模块使用语音信息向轮椅下达指令；在哑语交互模块中，一个专用摄像头用于手势识别以及面部表情识别，为使用者提供更多便利；另外，提供有各种盲文按钮，可以让使用者快速提醒监控人，启动语音模块等功能。
自动驾驶模块主要由传感器组和工控机组成，如图5所示，包括室外定位模块、环境识别模块和移动规划模块。基于Apollo开源框架，采用x86计算平台，针对限定复杂场景对感知与路径规划进行深度优化。轮椅机器人通过室外定位模块，获取高精度定位信息，由移动规划模块首先规划从当前位置到达目的地的全局路径，控制模块此时负责控制轮椅机器人沿规划好的路径移动，在移动过程中，环境识别模块通过各种传感器识别周围动态环境信息，将实时信息传递给移动规划模块计算局部路径，避开障碍物。当遇到紧急情况的时候，环境识别模块中的防碰撞传感器可直接驱动控制器，紧急停在原地。其中：
a、室外定位模块是通过GNSS+IMU组合定位的方式，实现室外高精度的绝对定位。
b、环境识别模块中，两个工业相机具有采集周围图像信息的功能，其中采集的图像信息一方面用于周围环境的识别，另一方面作为监控数据上传到后台服务器；激光雷达用于获取周围环境的点云数据，即距离和角度；超声波雷达具有检测动态运动物体的速度和方位的功能。
c、移动规划模块不但可以规划出从起点到终点的最优全局路径，还可以在极短的时间内计算出绕行、超过以及等待等多种方案，并评估出各种方案中最优的一种，从而完成局部动态路径规划。
d、轮椅底盘主要包括固定底板、磷酸铁锂电池组、轮廓电机和驱动器，如图6所示。轮椅底盘通过CAN总线连接自动驾驶模块中的工控机，工控机用于无人驾驶软件系统的运行，向下位主控MCU提供执行命；下位主控MCU用于电机、指示灯、轮椅机器人遥控的控制、状态数据的采集处理和上传。
辅助驾驶轮椅的工作过程：
轮椅机器人使用者或者监护者通过在手机端安装服务模块软件后，对手机端进行初始设置，从而开启轮椅机器人端的功能，使用者通过语音交互模块进行轮椅机器人的控制。当使用者说出目的地，轮椅机器人随即进行自动驾驶。在路况简单的路段，可以启用完全自动驾驶模式，而在路况复杂路段，将自动启用辅助驾驶模式。在运行过程中，能够自主识别周围环境，移动避障，同时也能够根据语音指令进行音乐、有声读物、天气预报等语音播放，直至到达目的地。
当轮椅机器人端功能开启后，健康检测模块、人机交互模块、异常状况检测模块也随即开启，轮椅端能够进行生理指标数据的采集、视频读取、位置信息识别，并上传经服务器处理后在监护者界面显示。当生理指标值异常时，监控界面会进行状态异常告警。
本设备的优点如下：
将自动驾驶研发所需的基本组件集成到轮椅上，可以实现简单场景下的完全自动驾驶，以及复杂场景下的辅助驾驶。
轮椅机器人上集成有健康模块、人机交互模块、异常状况检测模块和自动驾驶模块。可以通过语音信息与轮椅机器人进行交流，下达指令；健康模块提供使用者生理指标检测的功能，如血压、体温、心电等；异常状况检测模块可检测轮椅机器人是否处于正常状态，如跌倒侧翻、异常路线、异常定位等。
在监控人手机端，提供有位置跟踪、视频监控、语音业务、血压显示、心电显示、体温显示等功能。轮椅机器人本身集成的模块收集信息，通过后端服务器处理后发送到监控人手机上。位置跟踪模块用于查看轮椅机器人使用者的即时位置，语音业务模块可以用于监护人与使用者之间的及时沟通，视频监控模块用于查看周围环境，血压显示模块、体温显示模块、心电显示模块可以在线显示轮椅使用者的血压、体温、心电等情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种辅助驾驶轮椅，其特征在于：由手机服务模块、无线通信模块、后台服务器模块、数据库模块和实体轮椅机器人模块组成；其中，
所述实体轮椅机器人模块包括主控制模块、语音交互模块、Apollo无人驾驶模块、室外定位模块、生理指标监测模块、环境识别模块、移动避障模块；通过无线通信模块把接收的指令、采集的生理指标数据、识别的环境信息传递给后台服务器模块，后台服务器模块将采集的生理指标数据、环境信息处理后发送给手机服务模块，后台服务器模块将接收的指令发送给实体轮椅机器人模块进行控制，数据库模块用于存储上述经后台服务模块处理过的数据；
所述手机服务模块主要包括位置跟踪模块、视频监控模块、语音业务模块、血压显示模块、体温显示模块和心电显示模块；其中，位置跟踪模块用于查看轮椅机器人使用者的即时位置，语音业务模块可以用于监护人与使用者之间的及时沟通，视频监控模块用于查看周围环境，血压显示模块、体温显示模块、心电显示模块可以在线显示轮椅使用者的血压、体温、心电等情况；
所述无线通信模块负责机手机服务模块与后台服务器模块之间、实体轮椅机器人模块与后台服务器模块之间的通讯；
所述后台服务器模块用于接收并处理实体轮椅机器人模块发送的通信指令，并向手机服务模块发送处理过的数据以及向实体轮椅机器人模块发送命令信息；
所述数据库模块用于存储手机服务模块与后台服务器模块通信、实体轮椅机器人模块与后台服务器模块通信过程中产生的数据。
2.如权利要求1所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述手机服务模块让监护者与轮椅机器人使用者进行实时通讯，便于监护者及时查看轮椅机器人使用者的周围环境和身体状态。
3.如权利要求1所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述位置跟踪模块能够实时的显示轮椅使用者的位置信息，方便监护人跟踪。
4.如权利要求1所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述视频监控模块由实体轮椅机器人上安装的工业相机采集生成，在手机端进行在线显示。
5.如权利要求1所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述无线通信模块由4G基站、4G天线、Wifi天线、4G路由器组成，实现手机端与轮椅机器人之间的通信，轮椅机器人主控制模块与服务器之间的通信。
6.如权利要求1所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述主控制模块包括工控机和下位主控MCU；语音交互模块主要由语音传感器组成；Apollo无人驾驶模块主要由运动底盘、伺服电机、磷酸铁锂电池组成；室外定位模块包括高精度组合导航传感器；生理指标监测模块主要由血压测量传感器、心电测量传感器、电子体温测量传感器组成；环境识别模块包括超声波雷达、工业相机和激光雷达；移动避障模块主要由防碰撞传感器组成。
7.如权利要求6所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述工控机上运行无人驾驶软件，并可以向下位主控MCU提供执指令；下位主控MCU用于轮椅底盘状态数据的采集处理和上传，伺服电机、指示灯、轮椅机器人遥控的控制。
8.如权利要求1或6所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述室外定位模块为采用GNSS和IMU组合方式来实现室外高精度定位。
9.如权利要求6所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述移动避障模块通过对周围环境信息识别来躲避障碍物，通过防碰撞传感器直接驱动系统急停的方式来紧急避障。
10.如权利要求6所述辅助驾驶轮椅，其特征在于：所述激光雷达具有测量周围物体的距离和角度的功能；工业相机采集周围的图像信息用于环境的识别，并且图像信息上传至后台服务器，经处理后在手机端用于监控；超声波雷达用于检测障碍物的距离和方位。
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