CN109966064A - 带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅及控制方法，包括：融合脑控与自动驾驶的电动轮椅及自主侦查机器人装置；所述融合脑控与自动驾驶的电动轮椅与所述自主侦查机器人装置通信连接。其中：自主侦查机器人行驶于轮椅即将前往的路径前方，故而可以提前获取轮椅前方的道路信息，提前对地图的关键节点信息，如路口，岔路等进行识别和反馈，故而轮椅驾驶者可以提前获取道路信息，提高轮椅的通过性。故而驾驶者可以提前通过脑电的方式进行路径的选择；有利于驾驶任务的连续性；同时避免了轮椅停留于关键节点，如路口、岔路等处，而此处往往交通状况复杂，故而还有利于轮椅自动驾驶安全性的提高。

Description

带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅及控制方法

技术领域

本发明涉及认知神经科学、信息技术领域和自动控制领域，特别涉及一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅及控制方法。

背景技术

目前，对于肢体运动障碍的患者而言，能够到室外进行运动成为这些患者的一种梦想。在现有的助残车辆中，主要以轮椅(代步车)为主。普通的轮椅需要有外力推动轮椅进行移动，或者通过轮椅使用者自身转动轮椅的双轮进行移动；而智能轮椅以电动轮椅为基础，在传统的电动轮椅的基础上，增加了各种计算控制单元，传感检测单元等智能设备，通过计算控制单元将手柄控制电压的变化信号传输给电机，实现对智能轮椅的控制。然而对于四肢均不能有效操作的高位截瘫患者而言，操作手柄也是一件很困难的事情。因此研究者根据不同的人群，研发出不同的适合各种人群的智能轮椅，如：适合肢体能动性比较好的人群的操作杆控制、按键控制等方式，适合肢体能动性比较差的人群的语音控制、肌电信号控制以及脑电控制等方式。

基于脑电的控制方式，直接建立了人大脑和被控物理设备(例如智能轮椅)之间的沟通，能够将用户的意图直接通过大脑传递给运动控制单元。实现完全不通过肢体运动或其它身体运动的对外界物理设备的控制。能够满足肢体严重运动障碍者移动的需求。

现有的利用脑电信号控制轮椅的方式有如下几种：

1、使用者利用脑电信号在预先设置的，有限的目的地中进行选定，之后轮椅在自动驾驶系统的控制下到达预先设定的目的地。该方法可以到达的目的地受限，无法充分体现肢体运动障碍的患者的实际运动意图。且在采用该方法控制的轮椅形式过程中，使用者无法对轮椅进行必要的干预，如：选择想要经过的路径，临时变更想要到达的目的地等。

2、使用者利用脑电信号对轮椅的左右转向进行实时控制。在目前的脑电信号控制轮椅的技术水平下，该方法无法准确地控制机器人，故而无法达到相应的安全性，且对于肢体运动障碍的患者来说，长时间通过脑电信号实时控制轮椅过于疲劳。

另外，对于现有的基于脑电的控制技术，进行路径选择有如下缺陷：单次选择的准确率不为百分之百，故而要保证选择命令的准确性，需要多轮选择输出，需要耗时数十秒。

对于轮椅行驶于室内环境中时，地图信息常常是未知的，且GPS信息无法准确使用。

现有导航技术的拓扑学习和位置识别技术，即通过传感器信息，判别路口，岔路等关键节点，需要机器驶近相应节点附近，才能准确进行判别。

故而，如果以单个轮椅进行地图未知环境的行驶任务，往往不能提前识别关键节点(路口，岔路等)信息。且由于通过脑电进行准确的路径路径选择需要一定时间，往往需要在关键节点处停留一定时间。停留于关键节点处不利于行驶任务的连续完成，也不利于轮椅行驶的安全性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，自主侦查机器人行驶于轮椅即将前往的路径前方，故而可以提前获取轮椅前方的道路信息，提前对地图的关键节点信息进行识别和反馈，有利于驾驶任务的连续性及轮椅自动驾驶安全性的提高。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，包括：融合脑控与自动驾驶的电动轮椅及自主侦查机器人装置；

所述融合脑控与自动驾驶的电动轮椅与所述自主侦查机器人装置通信连接；

所述自主侦查机器人装置位于所述电动轮椅待行进方向预设距离范围内；

所述电动轮椅用于获取所述自主侦查机器人装置发送的待行进方向路径信息，并将控制指令发送给所述自主侦查机器人。

在一个实施例中，所述自动驾驶电动轮椅包括：座椅、电动轮椅底盘和组装在所述电动轮椅底盘上的核心控制系统、传感器系统、脑电信号采集系统、人机交互系统及通讯系统；

所述座椅安装在所述电动轮椅底盘上；

其中：所述传感器系统、脑电信号采集系统、人机交互系统和通讯系统分别与所述核心控制系统连接；所述核心控制系统用于为所述轮椅提供计算支持；

所述电动轮椅底盘，包括：轮椅车架和位于所述轮椅车架上的电源模块、驱动电路模块、电机及轮椅运动控制器；

所述电源模块与所述驱动电路模块连接，所述驱动电路模块与所述电机及所述轮椅运动控制器连接；

所述轮椅运动控制器与所述核心控制系统连接。

在一个实施例中，所述电动轮椅底盘，还包括：用于检测轮椅驱动轮转动速度的编码器和IMU传感器；

所述编码器和IMU传感器分别与所述轮椅运动控制器连接。

在一个实施例中，所述核心控制系统由一台高性能主机及与其配套的外围电路与保护外壳构成。

在一个实施例中，所述传感器系统，包括：分别与所述核心控制系统连接的激光雷达、深度相机、GPS模块和磁力计；

所述激光雷达由一个置于轮椅顶部的十六线激光雷达和两个置于轮椅前部左右两侧的单线激光雷达构成；所述十六线激光雷达用于对轮椅周边环境及障碍物的检测；所述单线激光雷达用于检测轮椅附近的障碍物；

所述深度相机为两个，分别位于轮椅前方左右两侧，用于辅助所述单线激光雷达检测附近障碍物；

所述GPS模块用于轮椅位于户外时的定位和导航；

所述磁力计用于修正轮椅的初始位置。

在一个实施例中，所述脑电信号采集系统为P300脑-机接口系统。

在一个实施例中，所述人机交互系统包括：显示器与语音提示装置；

所述显示器固定于轮椅扶手上的支架，用于显示驾驶信息、操作指令及提供脑机接口进行选择的刺激源；

所述语音提示装置，用于对使用者操作该轮椅时，播放语音提示。

在一个实施例中，所述通讯系统，用于获取地图、定位信息以及与自主侦查机器人装置的数据交互；所述通讯系统包括下述一项或多项：WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模块。

在一个实施例中，所述自主侦查机器人装置包括：机器人底盘、微型控制板、雷达、深度相机以及网络通信模块；

微型控制板、雷达、深度相机以及网络通信模块均位于所述机器人底盘上；

所述雷达、深度相机及网络通信模块分别与所述微型控制板连接。

第二方面，本发明还提供一种轮椅的控制方法，自主侦查机器人装置位于轮椅待行进方向预设距离范围内；

所述方法，包括：

S1、检索轮椅自身初始位置与所述初始位置相邻的节点；所述节点为不同通道之间交叉区域的几何中心或只有一个出口的区域的几何中心；

S2、将轮椅自身位置、自身位置附近的真实地图、以及与自身位置相邻的节点信息，通过人机交互系统的显示器反馈给使用者；

S3、采集并分析使用者的脑电信号，根据分析结果，确定相应节点的选择；

S4、根据确定选择的节点，生成行驶任务，根据所述行驶任务匹配真实地图以及与所述真实地图相对应的拓扑地图；所述轮椅内预先设有的真实地图以及与该真实地图对应拓扑地图；

S5、根据匹配的真实地图及拓扑地图，进行路径规划；

S6、实时获取所述电动轮椅的传感器系统以及所述自主侦查机器人装置反馈的信息，进行动态避障，实现自动驾驶行驶到目标节点附近；

S7、在临近目标节点时，检索所述目标节点的附近节点，并将所述附近节点信息通过人机交互系统反馈至用户；获取用户选择到达所述目标节点后下一个行驶节点的脑电信号；从而重复S4-S6步骤；或者获取用户确定所述临近节点为最终目的节点的脑电信号，选择所述电动轮椅停留于目的节点，完成行驶任务。

本发明的优点在于，本发明的一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，包括：脑控与自动驾驶电动轮椅及自主侦查机器人装置；其中：自主侦查机器人行驶于轮椅即将前往的路径前方。故而可以提前获取轮椅前方的道路信息，提前对地图的关键节点信息，如路口，岔路等进行识别和反馈，故而轮椅驾驶者可以提前获取道路信息。故而驾驶者可以提前通过脑电的方式进行路径的选择；有利于驾驶任务的连续性；同时避免了轮椅停留于关键节点，如路口、岔路等处，而此处往往交通状况复杂，故而还有利于轮椅自动驾驶安全性的提高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的带有侦查装置的脑控与自动驾驶轮椅示意图；

图2为本发明实施例提供的电动轮椅的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电动轮椅自动驾驶各系统的框图；

图4为本发明实施例提供的自主侦查机器人装置的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的自主侦查机器人装置的正视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的自主侦查机器人装置的连接框图；

图7为本发明实施例提供的轮椅的控制方法；

图8为本发明实施例提供的真实地图和拓扑地图的抽象过程示意图；

图9为本发明实施例提供的典型的真实地图与真实地图对应的拓扑地图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，参照图1所示，包括脑控与自动驾驶电动轮椅和自主侦查机器人装置；该自动驾驶电动轮椅与自主侦查机器人装置以无线通信方式进行数据传输。

在工作时：该自主侦查机器人装置位于轮椅待行进方向预设距离范围内；自动驾驶电动轮椅用于获取自主侦查机器人装置发送的待行进方向路径信息，并将控制指令发送给自主侦查机器人。

其中：

电动轮椅和自主驾驶机器人为两个独立的机器人，两个机器人可以相互通讯，从而完成协作任务。自主侦查机器人与轮椅核心控制系统比如可以通过wlan技术构建局域网进行通讯和连接。自主侦查机器人和轮椅有一对一的对应关系，比如可通过管理员帐号和密码可以进行双方的通讯配置。当一方出现故障(如：更换与轮椅核心控制系统匹配的自主侦查机器人等)时，也可更新，并重新配对连接。

本实施例提供的带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，该自主侦查机器人装置行驶于电动轮椅即将前往的路径前方。故而可以提前获取轮椅前方的道路信息，提前对地图的关键节点信息(如路口，岔路等)进行识别和反馈，故而轮椅驾驶者可以提前获取道路信息。故而驾驶者可以提前通过脑电的方式进行路径的选择。有利于驾驶任务的连续性。同时避免了轮椅停留于关键节点(如路口，岔路等)处，而此处往往交通状况复杂，故而还有利于轮椅自动驾驶安全性的提高。

比如：侦查机器人可以途经整个关键节点(如路口，岔路等)后，再对关键节点进行判别。综合途经关键节点的传感器信息，使得自主侦查机器人装置对关键节点的判别的准确性大大提高。

电动轮椅和自主驾驶机器人其上均有包含有雷达等用于自主驾驶的传感器。电动轮椅的核心控制器根据地图信息完成全局路径规划，并根据传感器信息进行动态避障等。从而从而实现自主驾驶功能。

下面分别对上述的电动轮椅和自主侦查机器人装置进行详细介绍：

在一个实施例中，该自动驾驶电动轮椅，参照图2所示，包括：座椅1、电动轮椅底盘2和组装在电动轮椅底盘2上的核心控制系统3、传感器系统4、脑电信号采集系统5、人机交互系统6及通讯系统7；

上述座椅1安装在电动轮椅底盘2上；

其中：传感器系统4、脑电信号采集系统5、人机交互系统6和通讯系统7分别与核心控制系统3连接；核心控制系统3用于为自动驾驶电动轮椅提供计算支持；

参照图3所示，电动轮椅底盘2，包括：轮椅车架21和位于轮椅车架21上的电源模块211、驱动电路模块212、电机213及轮椅运动控制器214；

电源模块211与驱动电路模块212连接，驱动电路模块212与电机213及轮椅运动控制器214连接；轮椅运动控制器214与核心控制系统3连接。

本实施例中，电源给驱动电路模块供电，驱动电路模块来驱动轮椅上的电机运行，轮椅运动控制器负责给驱动电路模块控制信号，来控制驱动模块。

核心控制系统比如可以是核心控制器；核心控制器与轮椅运动控制器相连，轮椅运动控制器和驱动电路模块相连。举例子来说，核心控制器可以是一台高性能计算机，用来处理所有高级任务；轮椅控制器是一个单片机，计算机把速度信号等控制命令传给单片机(轮椅控制器)，而单片机(轮椅控制器)把轮椅的电池电量，编码器信息等传输给核心控制器(高性能计算机)。而驱动电路就是直接驱动电机运行的电路。轮椅控制器(单片机)一般通过给驱动电路模块PWM信号来控制驱动电路模块，从而控制电机的运行，最终实现控制轮椅运行速度。

本发明所提供的电动轮椅，可使用脑电信号与自动驾驶技术结合控制，由如下几部分构成：

1、由电源，驱动电路模块及轮椅运动控制器，电机与轮椅车架等构成的电动轮椅底盘；

2、由微型主机构成的核心控制系统；

3、由激光雷达，深度相机，GPS模块，磁力计等传感器构成的传感器系统；

4、由脑电采集及信号处理设备构成的脑电信号采集系统；

5、由固定于电动轮椅上的显示器及语音提示系统构成的人机交互系统；

6、由网络通讯模块构成的通讯系统。

通过上述硬件系统，该电动轮椅可以实现自动驾驶功能。

下面对上述各个硬件系统进行详细说明：

上述电源模块211，可包括锂电池组合电源管理模块，比如该电动轮椅底盘可安装24V的锂电池组，包含一对直流电机及其轮椅运动控制器和直流电机的驱动电路模块，还可以设有减速器。该轮椅底盘采用2驱方式控制，该电动轮椅上还包含用于检测轮椅驱动轮转动速度的编码器，以及IMU传感器等其它必要的传感器。

其中，电池及电源管理模块，直流电机、轮椅运动控制器及其减速器模块位于轮椅下方。

上述电动轮椅的核心控制系统3由一台高性能主机及与其配套的外围电路与保护外壳构成。该核心控制系统3用于提供整个电动轮椅所必要的计算性能，位于轮椅座椅下方。

上述电动轮椅传感器系统4包含激光雷达装置，该激光雷达装置由一个置于轮椅顶部的十六线激光雷达，和两个置于轮椅前部左右两侧的单线激光雷达构成。

顶部的十六线激光雷达，即位于座椅靠背顶部；

其中：顶部的十六线激光雷达用于周边环境及障碍物的检测，轮椅前方左右两侧的单线激光雷达用于检测轮椅附近的障碍物。该传感器系统还具有两个位于轮椅前方左右两侧的深度相机，用于辅助单线激光雷达检测附近障碍物。GPS模块用于轮椅位于户外时的定位和导航。磁力计模块用于修正轮椅的初始位置。

上述脑电信号采集系统5为P300脑-机接口系统，该脑电信号采集系统5采集脑电信号的步骤包括：通过置于用户的大脑头皮上的脑电电极采集脑电信号，并通过脑电放大器获得并输出待处理的脑电信号。并将最终采集到的电信号传输至电动轮椅上的核心运动控制器上。脑电信号采集系统为一个布满脑电信号采集电极的头套与与之相连的信号处理系统。

上述电动轮椅上的人机交互系统6主要由固定于轮椅扶手上的显示器与语音提示系统构成。显示器用于向使用者反馈驾驶该轮椅的必要信息以及提供P300脑-机接口进行选择所必须的刺激源。语音提示系统用于对使用者操作该系统进行必要的提示，显示器位于扶手侧方侧方位。

上述电动轮椅上的多机通讯系统7可以是WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模块等，比如主要由无线局域网模块和4G网络通讯模块构成。用于获取地图及定位信息所必要的网络以及用于和自主侦查机器人装置的交互。该通讯系统集成与核心控制系统内部。

在一个实施例中，该自主侦查机器人装置，参照图4-5所示，由如下几部分构成：1、2WD的机器人底盘。2、由微型控制板构成的控制系统。3、由雷达，深度相机构成的传感系统。4、由网络通信模块构成的通讯系统。

其中：微型控制板11、雷达12、深度相机13以及网络通信模块14均位于机器人底盘10上；

雷达12、深度相机11及网络通信模块14分别与微型控制板11连接。

该自主侦查机器的底盘为2驱底盘，其上包含有电源，驱动板，电机等底盘必要的信息。该地盘上还有用于检测该机器人每个驱动轮转速的编码器和用于检测机器人姿态的IMU。

该自主侦查机器人的控制系统为一个高性能开发板，比如型号为NVIDIA JetsonTX2。该开发板提供控制该自主侦查机器人所必须的运算能力。

该自主侦查机器人的传感系统包含一个位于机器顶部的单线激光雷达和位于自主机器人前端的深度相机，用于前方障碍物的检测。

该自主侦查机器人的通讯系统有一个无线网络通信模块构成，主要用于和电动轮椅核心控制器的交互。

自动驾驶原理如下：

比如在用户选择目的节点后，该自动驾驶电动轮椅上的核心控制系统根据真实地图与与真实地图相对应的拓扑地图(可以是预置与系统内部的真实地图与与真实地图相对应的拓扑地图，也可以为自主侦查机器人生成的真实地图与与真实地图相对应的拓扑地图)通过全局搜索算法搜索出可以到达该节点的最优路径，核心控制系统根据该路径，控制电动轮椅前进，同时控制自主侦查机器人装置的行进路径。

在行径过程中，位于电动轮椅上的传感器系统不断地对电动轮椅行进的路径进行检测，检测有无障碍物等，如果发现障碍物等，由轮椅核心控制系统内部的路径规划算法进行动态避障，从而保证轮椅的安全和驾驶任务的完成。

比如，在具体实施时，可将电动轮椅和自主侦查机器人装置的通过性设置成一致，可通过硬件的改进，比如提高轮子的直径、底盘的离地距离来提高其通过性。当自主侦查机器人装置可通过的路径，轮椅也可顺利通过。

或是自主侦查机器人装置的通过性要高于电动轮椅的通过性，电动轮椅通过获取自主侦查机器人装置发送的路径信息，及传感器系统获取的周围环境信息，综合评估做出判断，以确定轮椅可否顺利通过。

基于上述轮椅，本发明还提供了一种轮椅的控制方法，参照图7所示，自主侦查机器人装置位于轮椅待行进方向预设距离范围内；该方法包括：

S1、检索轮椅自身初始位置与所述初始位置相邻的节点；所述节点为不同通道之间交叉区域的几何中心或只有一个出口的区域的几何中心；

S2、将轮椅自身位置、自身位置附近的真实地图、以及与自身位置相邻的节点信息，通过人机交互系统的显示器反馈给使用者；

S3、采集并分析使用者的脑电信号，根据分析结果，确定相应节点的选择；

S4、根据确定选择的节点，生成行驶任务，根据所述行驶任务匹配真实地图以及与所述真实地图相对应的拓扑地图；所述轮椅内预先设有的真实地图以及与该真实地图对应拓扑地图；

S5、根据匹配的真实地图及拓扑地图，进行路径规划；

S6、实时获取所述电动轮椅的传感器系统以及所述自主侦查机器人装置反馈的信息，进行动态避障，实现自动驾驶行驶到目标节点附近；

S7、在临近目标节点时，检索所述目标节点的附近节点，并将所述附近节点信息通过人机交互系统反馈至用户；获取用户选择到达所述目标节点后下一个行驶节点的脑电信号；从而重复S4-S6步骤；或者获取用户确定所述临近节点为最终目的节点的脑电信号，选择所述电动轮椅停留于目的节点，完成行驶任务。

其中S7步骤中，该脑控与自主驾驶的轮椅并非直接选择最终目的节点，而是通过不断的选取最终目的路径上的关键节点(如路口等)，最终到达目的地。该方法可以保证整个过程中用户对于轮椅都是出于可控状态，确保了用户对路径选择的控制，也可以充分体现用户意图；即用户可以随时干预轮椅行驶路径，选择想要经过的路径或临时变更想要到达的目的地等。

本实施例中，涉及一种轮椅的控制方法。对于一个行驶任务，参照图8所示，电动轮椅的核心控制系统内预先设有真实地图以及与该真实地图对应拓扑地图。真实地图将行驶任务对应的环境按照相应比例绘制的，反映行驶任务对应环境真实情况的地图，其上包含该行驶任务下必要的地图及固定障碍物等信息。

参照图9所示，与地图对应的拓扑地图是一种把行驶环境对应的地图表示为带结点和相关连接线的拓扑结构图，其中结点表示环境中的重要位置点，比如拐角、路口、岔路、门、电梯、楼梯等；边表示节点间的连接关系，如连接节点走廊、道路等。节点是指不同通道之间交叉区域的几何中心或只有一个出口的区域的几何中心,比如门口、拐角或房间与走廊的尽头等,同时称该区域为节点区域。同时对节点的种类加以区分：一类节点:只存在一个无碰扇区的节点，如走廊尽头对应的节点。二类节点:存在两个无碰扇区的节点，如拐弯处与拐角所对应的节点。三类节点:存在3个或3个以上无碰扇区的节点，如路口、岔路、电梯、楼梯等所对应的节点。

具体地，在一个行驶任务中，电动轮椅的核心控制系统，首先根据自身的初始位置检索与该位置相邻的节点，并将自身位置，自身位置附近的真实地图，以及与自身位置相邻的节点信息通过人机交互系统的显示器反馈给使用者。

其中，与自身位置相邻的节点信息是直接将该上述节点编号为A,B,C等(如果仅有两个相邻节点则仅为A,B，如果有多个节点则使用A,B,C依次编号)，并显示在该节点所在的真实地图的上的对应位置。与此同时，人机交互系统通过语音提示用户开始选择下一个目的节点。

在一定时间延时后，人机交互系统通过显示器显示与自身位置相邻的节点的编号：节点A,B,C等，同时使用户通过脑电信号采集系统在上述节点之间进行选择，初始默认为A节点。同时人机交互系统显示两种不同频率的，用于产生脑电信号的刺激图案，该刺激图案分别代表向左切换，向右切换。脑电信号采集系统采集用户由于注视显示器上显示的刺激信息而诱发出的脑电信号；比如通过脑电分析处理，分析该脑电信号，并产生向左向右切换的命令，来在上述A,B,C等节点间进行切换选择。

通过脑电分析处理脑电信号的步骤包括：

第一步，脑电信号采集系统记录刺激闪烁的时间，记录通过脑电采集模块采集的脑电信号；

第二步，如果闪烁持续预定轮数，则对所采集的脑电信号进行预处理；

第三步，通过主成分分析法(PCA)对预处理之后的脑电信号进行分析，获得用于切换命令的脑电信号特征；

第四步，通过线性分类法(LDA)对主要脑电信号特征进行分类，获得切换命令信息。

在每一次切换后，会有一定延时，再进行下一轮脑电信号采集以产生切换命令输入。比如：用户可以通过连续有规律的眨眼(比如可以为睁眼1s，闭眼1s，重复上述过程5次)，一般设定为五次，来确定当前选定的节点为自己想要去的节点，否则重复上述命令输入与检测过程。

在选定该目的地节点后，电动的轮椅交由轮椅的自主驾驶系统控制，并根据已有的真实地图进行路径规划，根据电动轮椅上与自主侦查机器人装置上反馈的传感器信息进行动态避障，从而保证安全行驶到节点附近。

在行驶过程中，用户可以通过有规律的眨眼来产生相应的脑电信号，脑电采集系统采集上述信号，同时由轮椅运动控制器暂停轮椅运动，重新进入目的节点的选择模式，同时添加停止选项，从而保证用户可以实时变更目的地。

即在轮椅自主行驶至下一个目标点的途中，用户如果有变更目的地的意图，比如可以通过睁眼1s，闭眼1s，重复上述过程5次的方法来使轮椅暂停运动，并重新进入目的图选择的模式。

在轮椅行驶临近目的节点时，轮椅会自动判断该节点类型，若其为一类节点，即为道路的尽头，轮椅会通过语音提示用户在完成行驶任务和行驶回上一节点间选择，用户仍通过上述人机交互系统和脑电信号采集系统完成上述选择。若为二类节点，即为拐弯处与拐角，则轮椅自动将下一目标节点设置为目的节点，继续行进。若为三类节点，即路口、岔路、电梯、楼梯等，轮椅会通过语音提示用户前方道路需要进行路径选择判断，同时进入前述节点选择判断模式，使用户可以在想去的路径上进行选择和判断。这样提前确定想要去的路径后，不但保证了电动轮椅行驶的连续性，还可以避免电动轮椅长时间停留在路口等交通状况复杂的区域，从而保证了交通的顺畅和轮椅的安全。

在上述行驶过程中，每当用户选定目的地后，轮椅的核心控制系统生成一个规划的路径，并将该路径发送给自主侦查机器人装置的微型控制板上。自主侦查机器人装置根据该规划的路径、自主侦查机器人装置与电动轮椅的相对位置信息来规划自身自主侦查的路径，利用其上的雷达、深度相机来检测前方的信息，包括障碍物信息，路况信息等轮椅自主安全驾驶所必要的信息。将上述信息交由轮椅的核心控制系统进行分析判断。

对于正常行驶的道路，自主侦查机器人装置的控制方法如下：始终位于轮椅即将行进路径前方一定距离，实时检测轮椅道路信息。对于前方出现三类节点，即出现路口、岔路、电梯、楼梯等，自主侦查机器人装置会提前加速前往三类节点处，获取该处的路况信息。对于前方出现一类节点，即道路的尽头等，机器人会在此处待机等待用户的下一个命令。

例如，在用户临近一个三类节点时，自主侦查机器人装置会对三类节点之后的路况进行侦测，以判断前方路况是否有异常。如果检测出之后的道路该电动轮椅无法正常通过，则电动轮椅的核心控制系统会将该信息反馈给使用者，同时将上述无法通过的节点从用户的选择选项列表中剔除。

对于正常行驶过程中，由于电动轮椅要保证低速行驶与安全行驶，同时由于自身的传感器视角受限，无法完全获取前方信息，自主侦查机器人装置可以补足电动轮椅驾驶安全所必要的信息。同时，对于前方出现路口等交通复杂状况时，自主侦查机器人装置可以提前侦测相应路况。

本实施例提供的轮椅控制方法，涉及采用脑电与自动驾驶技术结合控制电动轮椅的方法，以及与电动轮椅协同的自主侦查机器人的控制方法和协同方法。具体是指，对于一个行驶任务，利用现有的地图以及与该地图对应的拓扑地图提供路径选择与自动驾驶所需要的地图信息，利用脑电信号对行驶路径上需要人工选择的关键点(如路口及岔路等)进行选择，随后自主驾驶系统完成该段路径的行驶控制，直至下一个需要控制的关键点，重复上述过程。在此过程中，为保证轮椅行驶的安全性与便利性，自主侦查机器人装置根据轮椅行驶的预定轨迹，利用自主侦查机器人自身携带的传感器，提前获取轮椅安全行驶的必要信息，并将上述信息反馈给电动轮椅的控制器。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，包括：融合脑控与自动驾驶的电动轮椅及自主侦查机器人装置；

所述融合脑控与自动驾驶的电动轮椅与所述自主侦查机器人装置通信连接；

所述自主侦查机器人装置位于所述电动轮椅待行进方向预设距离范围内；

所述电动轮椅用于获取所述自主侦查机器人装置发送的待行进方向路径信息，并将控制指令发送给所述自主侦查机器人。

2.如权利要求1所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述自动驾驶电动轮椅包括：座椅、电动轮椅底盘和组装在所述电动轮椅底盘上的核心控制系统、传感器系统、脑电信号采集系统、人机交互系统及通讯系统；

所述座椅安装在所述电动轮椅底盘上；

其中：所述传感器系统、脑电信号采集系统、人机交互系统和通讯系统分别与所述核心控制系统连接；所述核心控制系统用于为所述电动轮椅提供计算支持；

所述电动轮椅底盘，包括：轮椅车架和位于所述轮椅车架上的电源模块、驱动电路模块、电机及轮椅运动控制器；

所述电源模块与所述驱动电路模块连接，所述驱动电路模块与所述电机及所述轮椅运动控制器连接；

所述轮椅运动控制器与所述核心控制系统连接。

3.如权利要求2所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述电动轮椅底盘，还包括：用于检测轮椅驱动轮转动速度的编码器和IMU传感器；

所述编码器和IMU传感器分别与所述轮椅运动控制器连接。

4.如权利要求2所述的轮椅，其特征在于，所述核心控制系统由一台高性能主机及与其配套的外围电路与保护外壳构成。

5.如权利要求2所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述传感器系统，包括：分别与所述核心控制系统连接的激光雷达、深度相机、GPS模块和磁力计；

所述激光雷达由一个置于轮椅顶部的十六线激光雷达和两个置于轮椅前部左右两侧的单线激光雷达构成；所述十六线激光雷达用于对轮椅周边环境及障碍物的检测；所述单线激光雷达用于检测轮椅附近的障碍物；

所述深度相机为两个，分别位于轮椅前方左右两侧，用于辅助所述单线激光雷达检测附近障碍物；

所述GPS模块用于轮椅位于户外时的定位和导航；

所述磁力计用于修正轮椅的初始位置。

6.如权利要求2所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述脑电信号采集系统为P300脑-机接口系统。

7.如权利要求2所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述人机交互系统包括：显示器与语音提示装置；

所述显示器固定于轮椅扶手上的支架，用于显示驾驶信息、操作指令及提供脑机接口进行选择的刺激源；

所述语音提示装置，用于对使用者操作该轮椅时，播放语音提示。

8.如权利要求2所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述通讯系统，用于获取地图、定位信息以及与自主侦查机器人装置的数据交互；所述通讯系统包括下述一项或多项：WIFI模块、公众移动通信网通信模块、蓝牙模块、近场通信模块。

9.如权利要求1所述一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅，其特征在于，所述自主侦查机器人装置包括：机器人底盘、微型控制板、雷达、深度相机以及网络通信模块；

微型控制板、雷达、深度相机以及网络通信模块均位于所述机器人底盘上；

所述雷达、深度相机及网络通信模块分别与所述微型控制板连接。

10.一种带有侦查装置的融合脑控与自动驾驶的轮椅的控制方法，其特征在于，自主侦查机器人装置位于轮椅待行进方向预设距离范围内；

所述方法，包括：

S1、检索轮椅自身初始位置与所述初始位置相邻的节点；所述节点为不同通道之间交叉区域的几何中心或只有一个出口的区域的几何中心；

S2、将轮椅自身位置、自身位置附近的真实地图、以及与自身位置相邻的节点信息，通过人机交互系统的显示器反馈给使用者；

S3、采集并分析使用者的脑电信号，根据分析结果，确定相应节点的选择；

S4、根据确定选择的节点，生成行驶任务，根据所述行驶任务匹配真实地图以及与所述真实地图相对应的拓扑地图；所述轮椅内预先设有的真实地图以及与该真实地图对应拓扑地图；

S5、根据匹配的真实地图及拓扑地图，进行路径规划；

S6、实时获取所述电动轮椅的传感器系统以及所述自主侦查机器人装置反馈的信息，进行动态避障，实现自动驾驶行驶到目标节点附近；

S7、在临近目标节点时，检索所述目标节点的附近节点，并将所述附近节点信息通过人机交互系统反馈至用户；获取用户选择到达所述目标节点后下一个行驶节点的脑电信号；从而重复S4-S6步骤；或者获取用户确定所述临近节点为最终目的节点的脑电信号，选择所述电动轮椅停留于目的节点，完成行驶任务。