CN110812018B - 一种智能轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能轮椅，包括控制模块、无线通信模块和近场通信模块，与楼宇中的管理服务器、无线局域网系统和近场通信系统配合使用；该智能轮椅在楼宇的入口建立近场通信连接，在身份认证后获得无线局域网的临时接入密码，通过该密码接入无线局域网系统，获取管理服务器的地图和导航路线。本发明的技术方案给轮椅用户提供复杂室内环境下的导航，并且可以及时发现室内无障碍设施或者路线上的异常情况。

Description

一种智能轮椅

技术领域

本发明属于智能控制领域，尤其涉及一种智能轮椅。

背景技术

轮椅是残疾人、老人或病人的常用代步工具，为了方便轮椅的行走，现在在进行基础设施建设时，都会考虑留下给轮椅行走的路线，例如坡道、专用电梯等等，这被称为无障碍设施建设。

但是，寻找无障碍设施的路线，对轮椅使用人士来说常常是个问题，在室外区域还易解决。如果是在室内，面对复杂的室内环境，轮椅使用人士常常无法寻找到合适的路线。例如在医院大楼内，轮椅用户需要去指定的医院科室，或者在大商场内，轮椅用户需要去指定的商家，此时轮椅用户可能需要面对医院或商场内的大量人群和复杂的室内环境，导致轮椅用户无法找寻到合适的无障碍路线。在这种情况下，现有技术中一般只使用一些指示标识来提示轮椅用户，但是一方面指示标识所能够表达的含义有限，另一方面指示标识可能被人群或其他室内物品遮挡，此外轮椅用户有可能是老人、残疾人等视力欠佳人士，这些因素都导致了指示标识有时不能起到应有的作用。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种智能轮椅，该智能轮椅可以在楼宇中为轮椅用户进行路线导航，寻找合适的无障碍路线。

本发明采用的技术方案具体如下：

一种智能轮椅，包括控制模块、近场通信模块、无线通信模块和显示屏；其中，所述近场通信模块用于与楼宇出入口的近场通信系统建立近场通信连接，所述无线通信模块用于与楼宇内的无线局域网系统建立无线通信连接，所述显示屏用于显示楼宇内的地图及无障碍路线，所述控制模块用于通过所述近场通信连接或无线通信连接与楼宇的管理服务器进行信息交互，获取所述地图和无障碍路线。

所述智能轮椅通过下述步骤实现楼宇内的导航：

(1)当智能轮椅通过楼宇的入口进入楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与楼宇入口处的近场通信系统建立连接；

(2)所述控制模块通过近场通信连接向楼宇的管理服务器发送所述智能轮椅的唯一标识ID；

(3)所述管理服务器接收到该标识ID后，随机生成一个随机数R，同时获取当前时间的时间戳timestamp，将所述随机数R和时间戳timestamp通过所述近场通信连接发送给所述智能轮椅；

(4)所述控制模块在收到所述随机数R和时间戳timestamp后，使用所述智能轮椅的私钥对该随机数R和时间戳timestamp进行数字签名，生成签名结果SigResult；

(5)所述控制模块将所述签名结果通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器根据所述智能轮椅的ID，查询获得该智能轮椅的数字证书，使用该数字证书验证所述签名结果；

(6)管理服务器在签名验证通过后，随机生成一个临时接入密码，并通过所述近场通信连接将所述临时接入密码发送给所述智能轮椅；

(7)智能轮椅使用所述临时接入密码接入该楼宇的无线局域网系统，并通过无线局域网系统与管理服务器建立连接；

(8)所述控制模块通过无线局域网连接从管理服务器获取该楼宇的室内地图，并在显示屏上显示该地图；

(9)基于用户输入的目标位置和智能轮椅的当前位置，所述控制模块通过无线局域网连接向管理服务器发送请求，请求获取智能轮椅当前位置到目标位置的无障碍路线；

(10)基于所述请求中包括的所述目标位置和当前位置，所述管理服务器查询获取所述当前位置到目标位置的无障碍路线，并返回给所述智能轮椅；

智能轮椅在接收到所述无障碍路线后，在显示屏上显示的室内地图中展示所述无障碍路线。

进一步地，当用户发现无障碍路线中的某个地点不能通行时，可以在地图上对该地点进行异常标记，所述控制模块将异常标记的位置发送给所述管理服务器。

进一步地，管理服务器监测每个智能轮椅的行进路线，当发现一段时间内某个无障碍路线上的地点被每个智能轮椅绕过时，记录该地点并通知管理人员检查。

进一步地，当所述智能轮椅通过楼宇的出口离开楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与出口处的楼宇近场通信系统建立连接，所述控制模块将所述临时接入密码通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器注销该临时接入密码，并通知无线局域网系统断开与所述智能轮椅的连接。

进一步地，所述显示屏是一个触摸屏，用户可以通过该触摸屏进行输入。

本发明的有益效果是：给轮椅用户提供复杂室内环境下的导航，并且可以及时发现室内无障碍设施或者路线上的异常情况，方便了轮椅用户，给轮椅用户创造了平等参与的环境，能够带来很大的社会效益。

附图说明

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明智能轮椅及其应用环境的系统逻辑结构图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参见附图1，其示出了本发明智能轮椅及其应用环境的系统逻辑结构。本发明的智能轮椅一般应用于大型楼宇中，例如大型医院或者大型商场。所述大型楼宇具有一个管理服务器，一个无线局域网系统，以及一个或多个近场通信系统。所述智能轮椅也相应的包括无线通信模块和近场通信模块，此外，智能轮椅还包括显示屏和控制模块。

具体的，所述管理服务器用于存储楼宇内无障碍设施和路线的相关信息，基于所述信息为智能轮椅提供导航路线，同时为楼宇的管理人员提供无障碍设施和路线的相关管理功能。管理服务器可以设置在楼宇内，也可以设置在其他地方，但是无论设置于何处，管理服务器都可以直接或间接连接到无线局域网系统和近场通信系统，能够通过这两个系统与智能轮椅通信。此外管理服务器还连接到互联网，可以访问互联网，并接受管理人员的远程控制。

所述无线局域网系统布置于楼宇内，使得智能轮椅在楼宇各处都能连接该无线局域网，以通过该无线局域网系统与所述管理服务器通信。基于本发明的一个优选实施例，无线局域网系统可以使用WIFI网络系统。

所述近场通信系统布置于楼宇的入口和出口，用于与通过入口或出口的智能轮椅进行近场通信。例如，现有楼宇的入口或出口都提供一个坡道以供轮椅通过，可以将所述近场通信系统设置于该坡道上，当轮椅通过坡道时，与近场通信系统接近到预定距离，两者之间就可以建立近场通信。

现有楼宇中通常入口和出口是相同且唯一的，因此只需要在该出入口布置一个近场通信系统，如果有多个出入口，则需要在每个出入口都布置一个近场通信系统。具体采用的近场通信技术在现有技术中已有多种，本领域技术人员可以视具体情况采用，其都在本发明的保护范围之内。

另一方面，所述近场通信系统通过网络连接到所述管理服务器，这样管理服务器可以与通过入口或出口的智能轮椅建立通信。

与楼宇内的系统相应的，本发明的智能轮椅也具有近场通信模块和无线通信模块。所述近场通信模块用于与楼宇入口或出口的所述近场通信系统建立近场通信。所述无线通信模块用于与楼宇内的无线局域网系统建立连接和通信。

本发明的智能轮椅还具有显示屏和控制模块，所述显示屏用于显示楼宇的室内地图，并可以在该地图上显示导航路线。根据本发明的一个优选实施例，所述显示屏是一个触摸屏，用户可以通过该触摸屏进行输入，例如目标位置等信息。

所述控制模块用于执行与管理服务器的信息交互，接受用户输入并通过显示屏给用户提供需要的导航路线，从而实现本发明智能轮椅的室内导航功能。具体的，下面详细说明本发明智能轮椅的具体工作方法，所述控制模块通过执行该方法来实现本发明的室内导航功能。

(1)当智能轮椅通过楼宇的入口进入楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与楼宇入口处的近场通信系统建立连接。

例如，智能轮椅通过楼宇入口的坡道，智能轮椅上的所述近场通信模块与坡道上设置的近场通信系统接近到一定距离时，所述近场通信模块会被近场通信系统激活，从而两者可以立即建立近场通信连接。在近场通信连接建立后，近场通信模块立即通知智能轮椅上的控制模块，这使得控制模块可以知道到达一个楼宇的入口处。

(2)所述控制模块通过近场通信连接向楼宇的管理服务器发送所述智能轮椅的唯一标识ID。

所述ID是智能轮椅的全球唯一标识符，用于唯一标识一台智能轮椅。该标识符可以由智能轮椅的厂家在生产时内置于智能轮椅的内部存储器中，为了避免该标识符被修改，所述存储器应当是只读存储器ROM。

所述控制模块在近场通信连接建立后，随即向管理服务器发送自身的唯一标识符，通过该标识符向管理服务器表明自己的身份。管理服务器基于收到的标识符，对智能轮椅的身份进行认证。

(3)所述管理服务器接收到该标识ID后，随机生成一个随机数R，同时获取当前时间的时间戳timestamp，将所述随机数R和时间戳timestamp通过所述近场通信连接发送给所述智能轮椅。

为了身份认证的可靠性，所述随机数R应当是一个较大的数，优选的，该随机数R不低于128位。将随机数R和当前时间时间戳组合在一起，使得该组合信息具有唯一性。

(4)所述控制模块在收到所述随机数R和时间戳timestamp后，使用所述智能轮椅的私钥对该随机数R和时间戳timestamp进行数字签名，生成签名结果SigResult。

具体的，所述智能轮椅的厂家事先为该智能轮椅生成对应的数字证书和私钥，所述数字证书中包括了所述智能轮椅的唯一标识ID，因此该数字证书与该智能轮椅绑定，可用于对智能轮椅进行身份认证。所述数字证书可以存储于一个公开的服务器中，用于方便查询，而所述私钥存储于该智能轮椅的只读存储器中，在优选实施例中，该只读存储器是一个安全存储器。

基于智能轮椅存储器中的私钥，控制模块可以使用该私钥对该随机数R和时间戳timestamp进行数字签名，生成签名结果SigResult，即：

SigResult＝Signature(R,timestamp)

其中，Signature是一个数字签名函数，该函数使用智能轮椅的私钥对R和timestamp合并后的数据块进行数字签名。该数字签名函数可以使用本领域中任何一种数字签名算法，例如RSA算法或者椭圆曲线算法等等。

(5)所述控制模块将所述签名结果通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器根据所述智能轮椅的ID，查询获得该智能轮椅的数字证书，使用该数字证书验证所述签名结果。

如前所述，所述智能轮椅的数字证书可以由厂家存储于一个公开服务器中以供网络查询，因此所述管理服务器可以根据智能轮椅的ID通过互联网向该公开服务器查询获得所述智能轮椅的数字证书。基于本发明的一个优选实施例，智能轮椅的ID中包括了厂家的唯一标识符，管理服务器可以根据厂家的唯一标识符来确定厂家的公开服务器地址。基于本发明的另一个优选实施例，智能轮椅的ID中可以直接包括厂家的公开服务器地址。

虽然步骤5中，管理服务器在收到签名结果后再查询智能轮椅中的数字证书，但是实际应用中，为了提高处理效率，管理服务器可以在收到智能轮椅的ID后就去查询该智能轮椅的数字证书，这样可以与智能轮椅的签名过程并行进行。

如果签名验证不通过，则该智能轮椅不是一个可靠的符合本发明要求的智能轮椅。管理服务器可以忽略该智能轮椅，断开近场通信连接。如果签名验证通过，则继续后续步骤。

(6)管理服务器在签名验证通过后，随机生成一个临时接入密码，并通过所述近场通信连接将所述临时接入密码发送给所述智能轮椅。

所述临时接入密码是用于智能轮椅后续接入该楼宇无线局域网系统的密码。该临时接入密码在智能轮椅进入楼宇时生成，在智能轮椅离开楼宇后废除，实际上是一个一次性密码，仅用于该智能轮椅本次进入楼宇内使用。

通过上述步骤1-6，保证了只有通过认证的智能轮椅才能接入楼宇内的导航系统，避免了楼宇内的导航系统(也就是上述无线局域网系统)专用于无障碍的导航，避免无线局域网系统被占用或滥用。

智能轮椅在进入楼宇后，可以在后续过程中使用该临时接入密码接入楼宇的无线局域网系统，并使用管理服务器提供的路线导航功能。

(7)智能轮椅使用所述临时接入密码接入该楼宇的无线局域网系统，并通过无线局域网系统与管理服务器建立连接。

具体的，智能轮椅进入楼宇后，离开了近场通信系统的通信范围，此时近场通信连接被断开。智能轮椅的无线通信模块基于获得的临时接入密码连接楼宇内的无线局域网系统，与管理服务器建立无线局域网连接。

(8)所述控制模块通过无线局域网连接从管理服务器获取该楼宇的室内地图，并在显示屏上显示该地图。

具体的，所述智能轮椅与管理服务器建立无线局域网连接后，就可向管理服务器发送请求，获取当前楼宇内的地图，并在显示屏上显示。用户可以在显示屏上浏览所述地图，并在地图上选择目标位置。

(9)基于用户输入的目标位置和智能轮椅的当前位置，所述控制模块通过无线局域网连接向管理服务器发送请求，请求获取智能轮椅当前位置到目标位置的无障碍路线。

对于目标位置，在使用显示触摸屏的情况下，用户可以在显示屏显示的地图上点击目标位置进行选择，也可以直接输入目标位置的名称。对于智能轮椅的当前位置，可以使用现有技术中的室内定位技术，例如UWB技术进行定位。所述请求中包括了所述目标位置和当前位置。

(10)基于所述请求中包括的所述目标位置和当前位置，所述管理服务器查询获取所述当前位置到目标位置的无障碍路线，并返回给所述智能轮椅。

具体的，如前所述，管理服务器事先存储了楼宇内无障碍设施和路线的相关信息，基于这些信息，管理服务器可以计算出所述当前位置到目标位置的无障碍路线。所述无障碍路线可能有多条，管理服务器可以将其中一条作为推荐路线返回给智能轮椅，将其他路线作为可选路线返回给智能轮椅以供选择。

智能轮椅在接收到所述无障碍路线后，可以在显示屏上显示的室内地图中展示所述无障碍路线，以供用户选择和观看。

(11)当用户发现无障碍路线中的某个地点不能通行时，可以在地图上对该地点进行异常标记，所述控制模块将异常标记的位置发送给所述管理服务器。

在具体应用中，无障碍设施或者路线的某个地点可能被占用，导致轮椅无法通过，在这种情况下，本发明可以由智能轮椅的用户对该地点进行异常标记并通知管理服务器，管理服务器由此可以通知楼宇的管理人员，让管理人员检查并清理该异常标记的位置，保证无障碍设施或路线的可用性。管理人员在清理完毕后，可以操作管理服务器清除该异常标记。

此外，在异常标记被清除以前，管理服务器在计算无障碍路线时会绕过该异常标记的位置。对于发送异常标记的智能轮椅，管理服务器会重新计算新的无障碍路线并发送给该智能轮椅。

(12)管理服务器监测每个智能轮椅的行进路线，当发现一段时间内某个无障碍路线上的地点被每个智能轮椅绕过时，记录该地点并通知管理人员检查。

在实际应用中，智能轮椅的用户可能并不一定会主动进行异常标记，而是自己想法绕过该地点，因此可以由管理服务器进行主动监测，以发现异常地点。为此，智能轮椅需要实时将其室内定位位置发送给管理服务器，管理服务器根据收到的定位信息，确定每个智能轮椅的行进路线，以此发现可能的异常情况。

例如，通常而言，智能轮椅会沿着推荐路线行走，但是如果一段时间内每个智能轮椅都绕开了推荐路线上某个必经的无障碍设施或者地点，则说明该无障碍设施或者地点可能出现了问题，需要通知管理人员进行检查。

(13)当所述智能轮椅通过楼宇的出口离开楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与出口处的楼宇近场通信系统建立连接，所述控制模块将所述临时接入密码通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器注销该临时接入密码，并通知无线局域网系统断开与所述智能轮椅的连接。

与步骤1类似，近场通信模块在出口处，接近楼宇的近场通信系统时被激活，此时控制模块知晓当前状态(即目前处于一个楼宇内，并且具有临时接入密码)，在近场通信模块被激活后，控制模块基于当前状态确定智能轮椅正在离开该楼宇，因此将该临时接入密码发送给管理服务器，管理服务器通过接收到的临时接入密码，就可以确定该智能轮椅正在离开楼宇，从而进行相关的离开操作，包括注销该临时接入密码、断开连接等等。

通过本发明的上述技术方案，可以给智能轮椅的用户提供复杂室内环境下的导航，并且可以及时发现室内无障碍设施或者路线上的异常情况，因此方便了轮椅用户，给轮椅用户创造了平等参与的环境，能够带来很大的社会效益。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (2)

1.一种智能轮椅的室内导航方法，其特征在于，所述智能轮椅包括控制模块、近场通信模块、无线通信模块和显示屏，该方法包括以下步骤：

（1）当智能轮椅通过楼宇的入口进入楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与楼宇入口处的近场通信系统建立连接；其中，所述近场通信系统设置于楼宇入口和出口的坡道上，智能轮椅上的所述近场通信模块与坡道上设置的近场通信系统接近到一定距离时，所述近场通信模块会被近场通信系统激活；当所述智能轮椅进入楼宇后，离开了近场通信系统的通信范围，此时近场通信连接被断开；

（2）所述控制模块通过近场通信连接向楼宇的管理服务器发送所述智能轮椅的唯一标识ID；

（3）所述管理服务器接收到该标识ID后，随机生成一个随机数R，同时获取当前时间的时间戳timestamp，将所述随机数R和时间戳timestamp通过所述近场通信连接发送给所述智能轮椅；

（4）所述控制模块在收到所述随机数R和时间戳timestamp后，使用所述智能轮椅的私钥对该随机数R和时间戳timestamp进行数字签名，生成签名结果SigResult；

（5）所述控制模块将所述签名结果通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器根据所述智能轮椅的ID，查询获得该智能轮椅的数字证书，使用该数字证书验证所述签名结果；

（6）管理服务器在签名验证通过后，随机生成一个临时接入密码，并通过所述近场通信连接将所述临时接入密码发送给所述智能轮椅；

（7）智能轮椅使用所述临时接入密码接入该楼宇的无线局域网系统，并通过无线局域网系统与管理服务器建立连接；

（8）所述控制模块通过无线局域网连接从管理服务器获取该楼宇的室内地图，并在显示屏上显示该地图；

（9）基于用户输入的目标位置和智能轮椅的当前位置，所述控制模块通过无线局域网连接向管理服务器发送请求，请求获取智能轮椅当前位置到目标位置的无障碍路线；其中，所述智能轮椅的当前位置通过室内定位技术获取；

（10）基于所述请求中包括的所述目标位置和当前位置，所述管理服务器查询获取所述当前位置到目标位置的无障碍路线，并返回给所述智能轮椅；其中，所述管理服务器存储了楼宇内无障碍设施和路线的相关信息，基于所述相关信息，管理服务器计算出所述当前位置到所述目标位置的无障碍路线；

智能轮椅在接收到所述无障碍路线后，在显示屏上显示的室内地图中展示所述无障碍路线；

其中，当用户发现无障碍路线中的某个地点不能通行时，在地图上对该地点进行异常标记，所述控制模块将异常标记的位置发送给所述管理服务器，管理服务器通知管理人员检查并清理该异常标记的位置；在异常标记被清除以前，管理服务器在计算无障碍路线时会绕过该异常标记的位置；对于发送异常标记的智能轮椅，管理服务器会重新计算新的无障碍路线并发送给该智能轮椅；

其中，管理服务器监测每个智能轮椅的行进路线，当发现一段时间内某个无障碍路线上的地点被每个智能轮椅绕过时，记录该地点并通知管理人员检查；

（11）当所述智能轮椅通过楼宇的出口离开楼宇时，所述智能轮椅的近场通信模块与出口处的楼宇近场通信系统建立连接，当所述控制模块基于当前状态确定所述智能轮椅正在离开该楼宇时，所述控制模块将所述临时接入密码通过近场通信连接发送给所述管理服务器，所述管理服务器注销该临时接入密码，并通知无线局域网系统断开与所述智能轮椅的连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述显示屏是一个触摸屏，用户可以通过该触摸屏进行输入。

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