CN110161938B - 一种多功能智能轮椅系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能智能轮椅系统，包括车体、坐垫、靠背、扶手、踏板、车轮、头盔、第一微处理器、环境监测模块、超声波感测模块、人体红外感应模块、脉搏监测模块、PS2摇杆、陀螺仪、语音识别模块、液晶屏、智能终端、电机驱动模块、直流有刷电机、第二微处理器、北斗定位模块、SIMA报警模块和语音播放模块。本发明通过使用者头部的晃动即可改变轮椅运动，并将摄像头采集的视频图像无线传输到液晶屏上显示，从而快速查看监控现场的实时情况，同时将超声波避障和语音播报技术进行融合，轮椅能够自动判断是否能够安全地执行用户给定的命令，并通过语音播报的形式将信息反馈给用户，使得智能轮椅人机交互性更强，运行更加安全、稳定可靠，具有构思巧妙，结构简单，成本低廉，实用性强的特点。

Description

一种多功能智能轮椅系统

技术领域

本发明涉及轮椅领域，特别涉及一种多功能智能轮椅系统。

背景技术

调查显示，80％的残障老人不愿意在没有人搀扶的情况下独自出门。目前轮椅的应用十分广泛，但是很多轮椅大多是用的是手动操控，而且轮椅功能单一，只能单单起到代步作用，而且必须家里人无时无刻的跟着，并不能充分满足老年人生理要求。有不少老年人的轮椅是不理想的，一台合适的轮椅对老年人的安全十分重要。根据老年人的需求和消费特点，我们可以设计一款集多种功能于一体的轮椅，使他们的生活更加便利，更加舒适，让做儿女的更加安心。

本发明的方案便是针对上述问题对现有轮椅进行的改进。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种多功能智能轮椅系统，通过采集使用者头部姿态的变化进行控制轮椅运动。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种多功能智能轮椅系统，包括车体、坐垫、靠背、扶手、踏板、车轮、头盔、第一微处理器、环境监测模块、超声波感测模块、人体红外感应模块、脉搏监测模块、PS2摇杆、陀螺仪、语音识别模块、液晶屏、智能终端、电机驱动模块和直流有刷电机，其中：

所述坐垫水平设置在所述车体上；

所述靠背竖直设置在所述车体上；

所述扶手设置于所述坐垫的左右两侧；

所述踏板设置在所述车体前端并位于所述坐垫下方；

所述车轮转动设置在所述车体的左右两侧；

所述头盔佩戴在使用者头上；

所述环境监测模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于拍摄使用者所处周围环境的实时路况将其发送至所述第一微处理器；

所述超声波感测模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于感测所述车体周围的障碍物情况并将其发送至所述第一微处理器；

所述人体红外感应模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于在黑暗的环境下实时感测所述轮椅前进方向上的人体情况；

所述脉搏监测模块设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器电性连接，用于使用者手扶所述扶手时实时监测使用者的心率情况并将其发送至所述第一微处理器；

所述PS2摇杆设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器电性连接，用于使用者自行控制所述轮椅运动；

所述陀螺仪设置在所述头盔上，并通过第一串口模块与所述第一微处理器连接，用于采集使用者头部运动信号并将其发送至所述第一微处理器；

所述语音识别模块设置于所述车体上或头盔上，并与所述第一微处理器无线连接，用于识别使用者的语音命令并将其发送至所述第一微处理器；

所述第一微处理器与所述环境监测模块、超声波感测模块、人体红外感应模块、脉搏监测模块、PS2摇杆、陀螺仪、语音识别模块电性连接，用于接收所述环境监测模块拍摄的实时路况、所述超声波感测模块感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块感测的人体情况、所述脉搏监测模块监测的心率情况、所述陀螺仪采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块识别的语音命令的模拟信号并将其转换成数字信号；

所述液晶屏设置于所述车体上或扶手上，并与所述第一微处理器无线连接，用于实时显示所述环境监测模块拍摄的实时路况、所述超声波感测模块感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块感测的人体情况、所述脉搏监测模块监测的心率情况、所述陀螺仪采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块识别的语音命令；

所述智能终端与所述第一微处理器无线连接，用于家人通过所述智能终端内置的APP实时查看使用者周围环境的实时路况、障碍物情况、人体情况以及使用者的心率情况；

所述电机驱动模块与所述第一微处理器电性连接，用于驱动所述直流有刷电机运转并通过所述第一微处理器的PID算法控制所述直流有刷电机的转速，同时将所述直流有刷电机的转速转换成脉冲频率反馈到所述第一微处理器中；

所述直流有刷电机与所述车轮电性连接，用于驱动所述车轮运转。

进一步的，还包括第二微处理器、北斗定位模块、SIMA报警模块和语音播放模块，其中：

所述第二微处理器与所述第一微处理器通过第二串口模块双向通信连接；

所述北斗定位模块与所述第二微处理器电性连接，用于实时自动定位使用者当前所处的位置并将位置信息发送至所述第二微处理器；

所述SIMA报警模块与所述第二微处理器电性连接，用于接收所述第二微处理器中的位置信息并将位置信息自动编辑成短消息通过所述第二微处理器和第一微处理器发送至所述智能终端告知使用者的家人；

所述语音播放模块与所述第二微处理器电性连接，用于结合所述液晶屏与所述智能终端进行人机交互；

所述液晶屏还用于实时显示所述北斗定位模块定位的位置信息、所述SIMA报警模块发送的短消息和/或所述智能终端采集的家人视频图像，或者投影所述智能终端搜索的地图进而指明前进方向；

所述智能终端还用于接收所述北斗定位模块定位的位置信息并通过所述智能终端内置APP进行地图搜索进而确定其大概位置，和/或显示所述液晶屏采集的使用者视频图像。

进一步的，所述使用者头部运动信号为使用者头部角度的变化，其中：

当使用者眼睛正视前方时，则所述轮椅直行；

当使用者向左转头一段时间，则所述轮椅向左转弯；

当使用者向右转头一段时间，则所述轮椅向右转弯；

当使用者头部向后倾斜，则所述轮椅后退；

当使用者左右摇头，则所述轮椅刹车。

优选的，所述陀螺仪采用MPU-6050三轴加速度传感器。

优选的，所述电机驱动模块采用L298 N电机驱动芯片。

优选的，所述第一微处理器和第二微处理器均采用STM32F103处理器。

优选的，所述环境监测模块采用360度全景摄像头。

优选的，所述直流有刷电机采用MY1016Z2尤奈特永磁直流减速有刷电机。

优选的，所述第一串口模块和第二串口模块均采用UART、SPI或I2C串口。

优选的，所述语音播放模块采用扬声器。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明一种多功能智能轮椅系统，通过使用者头部的晃动即可改变轮椅运动，对一些老年人帮助极大，并将360度全景摄像头采集的视频图像无线传输到液晶屏上显示，从而快速查看监控现场的实时情况，较传统手动调整而言更加快速灵敏，同时将超声波避障和语音播报技术进行融合，轮椅能够自动判断是否能够安全地执行用户给定的语音命令，并通过语音播报的形式将信息反馈给用户，使得智能轮椅人机交互性更强，运行更加安全、稳定可靠，为将来一些复杂环境下的轮椅运动提供了方便的手段，北斗定位模块和SIMA报警模块可实现远距离通信，使用者可探知自己所处位置和家人进行联系，具有构思巧妙，结构简单，功能丰富，成本低廉，实用性强，更为人性化的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，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。附图中：

图1是本发明一种多功能智能轮椅系统的系统框图。

【主要符号说明】

1-第一微处理器；

2-环境监测模块；

3-超声波感测模块；

4-人体红外感应模块；

5-脉搏监测模块；

6-PS2摇杆；

7-陀螺仪；

8-语音识别模块；

9-液晶屏；

10-智能终端；

11-电机驱动模块；

12-直流有刷电机；

13-第二微处理器；

14-北斗定位模块；

15-SIMA报警模块；

16-语音播放模块。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例公开了一种多功能智能轮椅系统，包括车体(未图示)、坐垫(未图示)、靠背(未图示)、扶手(未图示)、踏板(未图示)、车轮(未图示)、头盔(未图示)、第一微处理器1、环境监测模块2、超声波感测模块3、人体红外感应模块4、脉搏监测模块5、PS2摇杆6、陀螺仪7、语音识别模块8、液晶屏9、智能终端10、电机驱动模块11和直流有刷电机12，其中：

所述坐垫水平设置在所述车体上；

所述靠背竖直设置在所述车体上；

所述扶手设置于所述坐垫的左右两侧；

所述踏板设置在所述车体前端并位于所述坐垫下方；

所述车轮转动设置在所述车体的左右两侧；

所述头盔佩戴在使用者头上；

所述环境监测模块2设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器1电性连接，用于拍摄使用者所处周围环境的实时路况将其发送至所述第一微处理器1；优选的，所述环境监测模块2采用360度全景摄像头。

所述超声波感测模块3设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器1电性连接，用于感测所述车体周围(前后左右四个方向)的障碍物情况并将其发送至所述第一微处理器1；

所述人体红外感应模块4设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器1电性连接，用于在黑暗的环境下实时感测所述轮椅前进方向上的人体情况；

所述脉搏监测模块5设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器1电性连接，用于使用者手扶所述扶手时实时监测使用者的心率情况并将其发送至所述第一微处理器1；

所述PS2摇杆6设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器1电性连接，用于使用者自行控制所述轮椅前后左右四个方向上的运动；此外，所述PS2摇杆6还可以控制轮椅加减速，每一个键位设置为加速或者减速50。

所述陀螺仪7设置在所述头盔上，并通过第一串口模块与所述第一微处理器1连接，用于采集使用者头部运动信号并将其发送至所述第一微处理器1。优选的，所述陀螺仪7采用MPU-6050三轴加速度传感器。MPU-6050的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000sec，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。此外，所述第一串口模块采用UART、SPI或12C串口，优选采用UART串口。

所述语音识别模块8设置于所述车体上或头盔上，并与所述第一微处理器1无线连接，用于识别使用者的语音命令并将其发送至所述第一微处理器1。优选将所述语音识别模块8设置在头盔上，离使用者嘴巴比较近，能更为清晰的识别使用者的语音命令。

所述第一微处理器1与所述环境监测模块2、超声波感测模块3、人体红外感应模块4、脉搏监测模块5、PS2摇杆6、陀螺仪7、语音识别模块8电性连接，用于接收所述环境监测模块2拍摄的实时路况、所述超声波感测模块3感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块4感测的人体情况、所述脉搏监测模块5监测的心率情况、所述陀螺仪7采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块8识别的语音命令的模拟信号并将其转换成数字信号；

所述液晶屏9设置于所述车体上或扶手上，并与所述第一微处理器1无线连接，用于实时显示所述环境监测模块2拍摄的实时路况、所述超声波感测模块3感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块4感测的人体情况、所述脉搏监测模块5监测的心率情况、所述陀螺仪7采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块8识别的语音命令；

所述智能终端10与所述第一微处理器1无线连接，用于家人通过所述智能终端10内置的APP实时查看使用者周围环境的实时路况、障碍物情况、人体情况以及使用者的心率情况；

所述电机驱动模块11与所述第一微处理器1电性连接，用于驱动所述直流有刷电机12运转并通过所述第一微处理器1的PID算法控制所述直流有刷电机12的转速，同时将所述直流有刷电机12的转速转换成脉冲频率反馈到所述第一微处理器1中；优选的，所述电机驱动模块11采用L298 N电机驱动芯片。

所述直流有刷电机12与所述车轮电性连接，用于驱动所述车轮运转。优选的，所述直流有刷电机12采用MY1016Z2尤奈特永磁直流减速有刷电机。

为了使智能轮椅能够远距离定位和通信，加入北斗和SIMA进行通信，使用者在户外时，能够实时的和家人取得联系。具体的，继续参考图1，所述智能轮椅系统还包括第二微处理器13、北斗定位模块14、SIMA报警模块15和语音播放模块16，其中：

所述第二微处理器13与所述第一微处理器1通过第二串口模块双向通信连接；本实施例中，所述第二串口模块采用UART、SPI或I2C串口，优选采用UART串口。

所述北斗定位模块14与所述第二微处理器13电性连接，用于实时自动定位使用者当前所处的位置并将位置信息发送至所述第二微处理器13；本实施例中，所述北斗定位模块14可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务。

所述SIMA报警模块15与所述第二微处理器13电性连接，用于接收所述第二微处理器13中的位置信息并将位置信息自动编辑成短消息通过所述第二微处理器13和第一微处理器1发送至所述智能终端10告知使用者的家人；本实施例中，在紧急情况下，所述SIMA报警模块15可以发送报警求救，可以通过语音播放模块16或者地面地图投影的方式为老人指明方向，方便的找到目的地和回家，并可以让儿女远程得知老人的位置信息。

所述语音播放模块16与所述第二微处理器13电性连接，用于结合所述液晶屏9与所述智能终端10进行人机交互；优选的，所述语音播放模块16采用扬声器。

所述液晶屏9还用于实时显示所述北斗定位模块14定位的位置信息、所述SIMA报警模块15发送的短消息和/或所述智能终端10采集的家人视频图像，或者投影所述智能终端10搜索的地图进而指明前进方向；

所述智能终端10还用于接收所述北斗定位模块14定位的位置信息并通过所述智能终端10内置APP进行地图搜索进而确定其大概位置，和/或显示所述液晶屏9采集的使用者视频图像。

进一步的，所述使用者头部运动信号为使用者头部角度的变化，当使用者眼睛正视前方时，则所述轮椅直行；当使用者向左转头一段时间，则所述轮椅向左转弯；当使用者向右转头一段时间，则所述轮椅向右转弯；当使用者头部向后倾斜，则所述轮椅后退；当使用者左右摇头，则所述轮椅刹车。通过头部运动来控制轮椅的左右转弯、前进、后退和停止。精确的采集使用者头部的姿态，换之就是头部角度的变化，这就需要一种精度较高的加速度传感器MPU6050，此为三轴加速度传感器，有pitch、roll和yaw三个角度，分别采集三个角度值的变化来控制轮椅进行相应的运作，加速度传感器采集到的头部运动信号分析后，判断出使用者想进行的操作，并将该命令传达给轮椅端的控制器，实现对轮椅的控制。

本实施例中，所述第一微处理器1和第二微处理器13均采用STM32F103处理器。以STM32F103处理器为控制核心，产生占空比受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到微处理器中，构成转速闭环控制系统，达到转速无静差调节的目的。

当使用者在户外遇到突发状况时，北斗定位模块14会自动定位当前位置，SIMA报警模块15此时则会发送位置信息，此位置信息就会将北斗定位模块14采集到的经纬度发送给家人，家人在其智能终端10的APP界面进行地图搜索，确定其大概位置，并且会及时向120播急救电话，此部分独立为一个整体，和第一微处理器1进行串口通信，可以通过语音播报模块16或者地面地图投影的为老人指明方向，方便的找到目的地和回家，并可以让儿女远程得知老人的位置信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，包括车体、坐垫、靠背、扶手、踏板、车轮、头盔、第一微处理器、环境监测模块、超声波感测模块、人体红外感应模块、脉搏监测模块、PS2摇杆、陀螺仪、语音识别模块、液晶屏、智能终端、电机驱动模块、直流有刷电机、第二微处理器、北斗定位模块、SIMA报警模块和语音播放模块，其中：

所述坐垫水平设置在所述车体上；

所述靠背竖直设置在所述车体上；

所述扶手设置于所述坐垫的左右两侧；

所述踏板设置在所述车体前端并位于所述坐垫下方；

所述车轮转动设置在所述车体的左右两侧；

所述头盔佩戴在使用者头上；

所述环境监测模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于拍摄使用者所处周围环境的实时路况将其发送至所述第一微处理器；

所述超声波感测模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于感测所述车体周围的障碍物情况并将其发送至所述第一微处理器；

所述人体红外感应模块设置于所述扶手前端或头盔顶部，并与所述第一微处理器电性连接，用于在黑暗的环境下实时感测所述轮椅前进方向上的人体情况；

所述脉搏监测模块设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器电性连接，用于使用者手扶所述扶手时实时监测使用者的心率情况并将其发送至所述第一微处理器；

所述PS2摇杆设置于所述扶手上，并与所述第一微处理器电性连接，用于使用者自行控制所述轮椅运动；

所述陀螺仪设置在所述头盔上，并通过第一串口模块与所述第一微处理器连接，用于采集使用者头部运动信号并将其发送至所述第一微处理器；

所述使用者头部运动信号为使用者头部角度的变化，其中：

当使用者眼睛正视前方时，则所述轮椅直行；

当使用者向左转头一段时间，则所述轮椅向左转弯；

当使用者向右转头一段时间，则所述轮椅向右转弯；

当使用者头部向后倾斜，则所述轮椅后退；

当使用者左右摇头，则所述轮椅刹车；

所述语音识别模块设置于所述车体上或头盔上，并与所述第一微处理器无线连接，用于识别使用者的语音命令并将其发送至所述第一微处理器；

所述第一微处理器与所述环境监测模块、超声波感测模块、人体红外感应模块、脉搏监测模块、PS2摇杆、陀螺仪、语音识别模块电性连接，用于接收所述环境监测模块拍摄的实时路况、所述超声波感测模块感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块感测的人体情况、所述脉搏监测模块监测的心率情况、所述陀螺仪采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块识别的语音命令的模拟信号并将其转换成数字信号；

所述液晶屏设置于所述车体上或扶手上，并与所述第一微处理器无线连接，用于实时显示所述环境监测模块拍摄的实时路况、所述超声波感测模块感测的障碍物情况、所述人体红外感应模块感测的人体情况、所述脉搏监测模块监测的心率情况、所述陀螺仪采集的头部运动信号和/或所述语音识别模块识别的语音命令；

所述智能终端与所述第一微处理器无线连接，用于家人通过所述智能终端内置的APP实时查看使用者周围环境的实时路况、障碍物情况、人体情况以及使用者的心率情况；

所述电机驱动模块与所述第一微处理器电性连接，用于驱动所述直流有刷电机运转并通过所述第一微处理器的PID算法控制所述直流有刷电机的转速，同时将所述直流有刷电机的转速转换成脉冲频率反馈到所述第一微处理器中；

所述直流有刷电机与所述车轮电性连接，用于驱动所述车轮运转；

所述第二微处理器与所述第一微处理器通过第二串口模块双向通信连接；

所述北斗定位模块与所述第二微处理器电性连接，用于实时自动定位使用者当前所处的位置并将位置信息发送至所述第二微处理器；

所述SIMA报警模块与所述第二微处理器电性连接，用于接收所述第二微处理器中的位置信息并将位置信息自动编辑成短消息通过所述第二微处理器和第一微处理器发送至所述智能终端告知使用者的家人；

所述语音播放模块与所述第二微处理器电性连接，用于结合所述液晶屏与所述智能终端进行人机交互；

所述液晶屏还用于实时显示所述北斗定位模块定位的位置信息、所述SIMA报警模块发送的短消息和/或所述智能终端采集的家人视频图像，或者投影所述智能终端搜索的地图进而指明前进方向；

所述智能终端还用于接收所述北斗定位模块定位的位置信息并通过所述智能终端内置APP进行地图搜索进而确定其大概位置，和/或显示所述液晶屏采集的使用者视频图像。

2.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述陀螺仪采用MPU-6050三轴加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述电机驱动模块采用L298 N电机驱动芯片。

4.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述第一微处理器和第二微处理器均采用STM32F103处理器。

5.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述环境监测模块采用360度全景摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述直流有刷电机采用MY1016Z2尤奈特永磁直流减速有刷电机。

7.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述第一串口模块和第二串口模块均采用UART、SPI或I2C串口。

8.根据权利要求1所述的一种多功能智能轮椅系统，其特征在于，所述语音播放模块采用扬声器。