CN110882110B - 一种小区域智能行进轮椅 - Google Patents

一种小区域智能行进轮椅 Download PDF

Info

Publication number
CN110882110B
CN110882110B CN201911215328.4A CN201911215328A CN110882110B CN 110882110 B CN110882110 B CN 110882110B CN 201911215328 A CN201911215328 A CN 201911215328A CN 110882110 B CN110882110 B CN 110882110B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheelchair
pin
intelligent
control chip
driving motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201911215328.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110882110A (zh
Inventor
王静
董铸荣
李正国
朱小春
陈政甫
杨锌彤
陈良吉
刘一鸣
张尔文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Polytechnic
Original Assignee
Shenzhen Polytechnic
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Polytechnic filed Critical Shenzhen Polytechnic
Priority to CN201911215328.4A priority Critical patent/CN110882110B/zh
Publication of CN110882110A publication Critical patent/CN110882110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110882110B publication Critical patent/CN110882110B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven
    • A61G5/041—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven having a specific drive-type
    • A61G5/045—Rear wheel drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/10—Parts, details or accessories
    • A61G5/1051—Arrangements for steering
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0214—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory in accordance with safety or protection criteria, e.g. avoiding hazardous areas
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0257—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/10—General characteristics of devices characterised by specific control means, e.g. for adjustment or steering
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/30—General characteristics of devices characterised by sensor means
    • A61G2203/40—General characteristics of devices characterised by sensor means for distance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G2203/00—General characteristics of devices
    • A61G2203/70—General characteristics of devices with special adaptations, e.g. for safety or comfort

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种小区域智能行进轮椅。本发明的智能行进轮椅使用前需开启激光雷达，在小区域内所有道路行进一次，扫描道路周围的环境参数，处理道路周围的环境参数得到并存储小区域的区域地图；获取区域地图后，控制芯片根据接收的目的地自动规划行进路径，控制芯片根据规划路径和获取的当前精确位置驱动第一驱动电机和第二驱动电机转动，进而驱动第一主动轮和第二主动轮按照规划的行进路径行进，直至到达目的地。本发明的智能行进轮椅能够学习小区域的环境参数，在小区域内能够自动识别路径并自动行径，大大减少使用者的操作量，提高用户使用体验。

Description

一种小区域智能行进轮椅
技术领域
本发明涉及电动轮椅领域，更具体地说，涉及一种小区域智能行进轮椅。
背景技术
传统轮椅分为纯手动轮子和电动轮椅，电动轮椅需要使用者手动进行操作，这对于一些年龄较大者或者操作能力不好的使用者不太方便。发明人注意到轮椅的使用场景多在小区域内，例如家中、居民小区、公园、医院等，这些小区域环境稳定，障碍物少，一般不会出现大范围的改动，适合智能轮椅使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种小区域智能行进轮椅。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种小区域智能行进轮椅，包括车架和座椅，座椅设置在车架上，所述智能行进轮椅还包括：
电池组，为整个所述智能行进轮椅供电；
控制芯片，所述控制芯片为STM32F103ZET6芯片；
算法芯片，所述算法芯片通过串口通信连接所述控制芯片，所述算法芯片为samsung 4418 S1818 NF86FA芯片；
第一主动轮和第一驱动电机，所述第一驱动电机连接并驱动所述第一主动轮转动，所述第一驱动电机分别连接所述控制芯片的引脚34、引脚40以及引脚41；
第二主动轮和第二驱动电机，所述第二驱动电机连接并驱动所述第二主动轮转动，所述第二驱动电机分别连接所述控制芯片的引脚80、引脚81以及引脚82；
第一从动轮和第二从动轮，所述第一从动轮和所述第二从动轮的自由转动角度范围为360度；所述第一主动轮和所述第二主动轮设置在所述车架后方，所述第一从动轮和所述第二从动轮设置在所述车架前方；
激光雷达，设置在所述车架前端，所述激光雷达连接所述算法芯片的输入端，所述算法芯片的输出端连接所述控制芯片的引脚101和引脚102，所述激光雷达用于扫描小区域以获得所述小区域的区域地图；
超声波测距传感器，设置在所述车架前端，所述超声波测距传感器连接所述控制芯片的引脚35和引脚141；
陀螺仪，所述陀螺仪连接所述控制芯片的引脚69和引脚70；
所述智能行进轮椅使用前需开启所述激光雷达，在所述小区域内所有道路行进一次，扫描道路周围的环境参数，处理道路周围的环境参数得到并存储所述小区域的区域地图；获取所述区域地图后，所述控制芯片根据接收的目的地自动规划行进路径；所述智能行进轮椅按照行进路径自动行进过程中，对比所述激光雷达扫描的当前环境参数与所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置，然后利用所述超声波测距传感器和所述陀螺仪进一步确定所述智能行进轮椅的当前精确位置；所述控制芯片根据规划路径和当前精确位置驱动所述第一驱动电机和所述第二驱动电机转动，进而驱动所述第一主动轮和所述第二主动轮按照规划的行进路径行进，直至到达目的地。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括第一编码器和第二编码器；所述第一编码器为DRT38-SOM1024-RT1编码器，所述第二编码器为 DRT38-SOM1024-RT1编码器；
所述第一编码器与所述第一主动轮同轴安装，用于检测所述第一主动轮的转速；所述第一编码器连接所述控制芯片的136、引脚137和引脚140；
所述第二编码器与所述第二主动轮同轴安装，用于检测所述第二主动轮的转速；所述第二编码器连接所述控制芯片的50、引脚53和引脚54。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括用于接收用户输入的目的地的接收模块，所述接收模块连接所述算法芯片的输入端。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括用于所述智能行进轮椅的控制系统复位的复位按键RESET，所述复位按键RESET的第一端通过电阻 R5连接所述电池组的3.3V供电端；所述复位按键RESET的第一端连接所述控制芯片的引脚25，所述复位按键RESET的第一端通过电容C1连接所述复位按键RESET的第二端，所述复位按键RESET的第二端接地。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括为所述智能行进轮椅的RTC时钟提供时钟信号的第一晶振Y1，所述第一晶振Y1的第一端连接所述控制芯片的引脚8，所述第一晶振Y1的第二端连接所述控制芯片的引脚9；所述第一晶振Y1的第一端通过电容C2接地，所述第一 晶振Y1的第二端通过电容C3接地。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括用于在所述智能行进轮椅掉电后为所述RTC时钟供电的备用电池，所述备用电池的正极连接二极管D2的正极，所述二极管D2的负极连接所述控制芯片的引脚6，所述二极管 D2的负极通过电容C4连接所述备用电池的负极，所述备用电池的负极接地。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括为所述智能行进轮椅的控制系统提供时钟信号的第二晶振Y2，所述第二晶振Y2的第一端连接所述控制芯片的引脚24，所述第二晶振Y2的第二端连接所述控制芯片的引脚23；所述第二晶振Y2的第一端通过电阻R10连接所述第二晶振Y2的第二端；所述第二晶振Y2的第一端通过电容C6接地，所述第二晶振Y2的第二端通过电容C5接地。
进一步，本发明所述的小区域智能行进轮椅还包括为所述智能行进轮椅的AD采样提供参考电压的参考电压电路，所述参考电压电路包括电容C7、电容C8、电阻R12；
所述电阻R12的第一端连接所述控制芯片的引脚33，所述电阻R12的第二端连接所述电池组的3.3V供电端，所述控制芯片的引脚30通过所述电容 C7连接所述控制芯片的引脚33，所述控制芯片的引脚30通过所述电容C8连接所述控制芯片的引脚33，所述控制芯片的引脚30接地。
进一步，在本发明所述的小区域智能行进轮椅中，所述激光雷达为LS-N30101C雷达，所述超声波测距传感器为HC-SR04超声波传感器，所述陀螺仪为mpu6050陀螺仪。
进一步，在本发明所述的小区域智能行进轮椅中，所述对比所述激光雷达扫描的当前环境参数与所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置包括：所述激光雷扫描当前位置的当前环境参数，经Gmapping Slam算法处理所述当前环境参数和所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置；
所述利用所述超声波测距传感器和所述陀螺仪进一步确定所述智能行进轮椅的当前精确位置包括：所述超声波测距传感器和所述陀螺仪的感测数据通过卡尔曼滤波后校准所述当前大致位置得到当前精确位置；
若所述智能行进轮椅在规划的行进路径中检测到障碍物后，所述控制芯片根据障碍物位置调整所述第一驱动电机和所述第二驱动电机的转速差来调整所述智能行进轮椅的航向，躲避过障碍物后重新回到规划行进路径。
实施本发明的一种小区域智能行进轮椅，具有以下有益效果：本发明的智能行进轮椅能够学习小区域的环境参数，在小区域内能够自动识别路径并自动行径，大大减少使用者的操作量，提高用户使用体验。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是一实施例提供的一种小区域智能行进轮椅的结构示意图；
图2是一实施例提供的一种小区域智能行进轮椅的结构示意图；
图3是一实施例提供的电池组供电端的电路图；
图4是一实施例提供的第一驱动电机的电路图；
图5是一实施例提供的第二驱动电机的电路图；
图6是一实施例提供的超声波测距传感器的电路图；
图7是一实施例提供的陀螺仪的电路图；
图8是一实施例提供的第一编码器的电路图；
图9是一实施例提供的第二编码器的电路图；
图10是一实施例提供的复位按键RESET的电路图；
图11是一实施例提供的第一晶振的电路图；
图12是一实施例提供的控制芯片的外围电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例
参考图1和图2，本实施例的小区域智能行进轮椅包括车架10和座椅20，座椅20设置在车架10上，座椅20可包括椅子本体21以及靠背22；在座椅 20两侧设置有扶手12，扶手12可为两个，可供乘坐在该座椅20上的用户的双手放置。该智能行进轮椅还包括电池组、控制芯片、第一主动轮31、第一驱动电机501、第二主动轮32、第二驱动电机502、激光雷达60、超声波测距传感器和陀螺仪，以下分别进行说明：
电池组为整个智能行进轮椅供电，电池组和智能行进轮椅的电路板设置在车架10后部的箱体40内，也可将箱体40也可设置在座椅20以下的车架 10上。参考图3，电池组通过P8接口连接智能行进轮椅的电路板，为智能行进轮椅的各个电子设备供电，其中P8接口的引脚1、引脚2和引脚3为电池组的VCC5接口，即5V供电端，输出5V供电电压；P8接口的引脚4、引脚5 和引脚6为电池组的VCC3.3接口，即3.3V供电端，输出3.3V供电电压；P8 接口的引脚7、引脚8和引脚9接地。作为选择，电池组供电指示灯power_led 的正极电池组的VCC3.3接口，供电指示灯power_led的负极通过电阻R13接地。
本实施例的控制芯片为STM32F103ZET6芯片，STM32F103ZET6芯片的引脚分布和使用说明可参考现有技术。本实施例的控制芯片可焊接在电路板上(附图图1和图2中未示出)。本实施例的算法芯片通过串口通信连接控制芯片，算法芯片为samsung 4418S1818NF86FA芯片，samsung 4418S1818 NF86FA 芯片是一款四核COTEX-A9CPU，其具体引脚分布和使用说明可参考现有技术，该算法芯片具有强大的数据处理能力，能满足建立地图和行进定位的数据处理需求。作为选择，该算法芯片运行slam算法(即时定位与建图算法)，可使用现在主流的开源算法hector、gmapping、cartographer等，上述算法可参考现有技术。
参考图4，第一主动轮31和第一驱动电机501，第一驱动电机501连接并驱动第一主动轮31转动，第一驱动电机501分别连接控制芯片的引脚34、引脚40以及引脚41，第一驱动电机501连接电池组的VCC5供电端，即5V供电端。控制芯片可控制第一驱动电机501的转动方向和转速，即控制第一主动轮31的转动方向和转速。
参考图5，第二主动轮32和第二驱动电机502，第二驱动电机502连接并驱动第二主动轮32转动，第二驱动电机502分别连接控制芯片的引脚80、引脚81以及引脚82，第二驱动电机502连接电池组的VCC5供电端，即5V供电端。控制芯片可控制第二驱动电机502的转动方向和转速，即控制第二主动轮32的转动方向和转速。优选地，本实施例中第一主动轮31和第二主动轮32的尺寸相同。
第一从动轮33和第二从动轮34，第一从动轮33和第二从动轮34的自由转动角度范围为360度，第一从动轮33和第二从动轮34可随着智能行进轮椅的行进方向行进。第一主动轮31和第二主动轮32设置在车架10后方，第一从动轮33和第二从动轮34设置在车架10前方。因第一从动轮33和第二从动轮34可自由转动，所以第一从动轮33和第二从动轮34会跟随第一主动轮31和第二主动轮32运动。当智能行进轮椅沿执行行进时，第一从动轮33 和第二从动轮34也会沿直线行进；当智能行进轮椅转弯时，第一从动轮33 和第二从动轮34也会跟随这转弯。
控制芯片通过控制第一驱动电机501和第二驱动电机502的转动方向来实现智能行进轮椅的前进或后退，通过控制第一驱动电机501和第二驱动电机502的转速控制智能行进轮椅的行进方向。若第一驱动电机501和第二驱动电机502的转速相同，则智能行进轮椅沿直线前进或后退；若第一驱动电机501和第二驱动电机502的转速不同，则智能行进轮椅发生转向。智能行进轮椅向前行进时，若第一驱动电机501的转速小于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮31一侧转向；若第一驱动电机501的转速大于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮32一侧转向。智能行进轮椅向后后退时，若第一驱动电机501的转速小于第二驱动电机502 的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮31一侧转向；若第一驱动电机501的转速大于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮32一侧转向。
激光雷达60设置在车架10前端，激光雷达60连接算法芯片的输入端，算法芯片的输出端连接控制芯片的引脚101和引脚102，激光雷达60连接电池组。激光雷达60用于扫描小区域以获得小区域的区域地图，激光雷达60 的扫描面为360度，即可以扫描智能行进轮椅四周的环境参数，并经扫描数据存储在存储器中，通过这些环境参数可知道小区域道路周围的环境参数。该环境参数是激光雷达60距离小区域内建筑物和路况距离信息，算法芯片根据预设算法处理环境参数得到小区域的区域地图。作为选择，激光雷达60可安装在车架10前端设置的支架13上，该支架13可拆卸的连接在车架10，也可焊接在车架10上。作为选择，本实施例中激光雷达60为LS-N30101C雷达。在工作过程中，激光雷达60的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果再发送至控制芯片；作为选择，算法芯片可将激光雷达60的采集数据和其他数据联合处理，并将处理结果发送给控制芯片。
参考图6，超声波测距传感器设置在车架10前端，超声波测距传感器连接控制芯片的引脚35和引脚141，超声波测距传感器连接电池组的VCC5供电端，即5V供电端。作为选择，超声波测距传感器(图1和图2中未示出)可安装在车架10前端设置的支架13上，该支架13可拆卸的连接在车架10，也可焊接在车架10上。作为选择，本实施例中超声波测距传感器为HC-SR04超声波传感器。在工作过程中，控制芯片将超声波测距传感器的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片。
参考图7，本实施例中陀螺仪连接控制芯片的引脚69和引脚70，陀螺仪连接电池组的3.3V供电端。本实施例还可使用陀螺仪确定智能行进轮椅处于上坡状态还是下坡状态，并将状态信息传输至控制芯片，控制芯片根据状态信息调整第一驱动电机501和第二驱动电机502的输出功率。作为选择，本实施例的陀螺仪为mpu6050陀螺仪。在工作过程中，控制芯片将陀螺仪的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片；作为选择，算法芯片可将陀螺仪的采集数据和其他数据联合处理，并将处理结果发送给控制芯片。
综上，在工作过程中，若需要多个传感器同时协作工作，控制芯片将陀螺仪、超声波测距传感器、第一编码器和第二编码器的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片。进一步，在工作过程中，若需要多个传感器同时协作工作，控制芯片将陀螺仪、超声波测距传感器、第一编码器和第二编码器的采集数据发送至算法芯片，同时激光雷达60 的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片。
智能行进轮椅使用前需开启激光雷达60，在小区域内所有道路行进一次，扫描道路周围的环境参数，处理道路周围的环境参数得到并存储小区域的区域地图。本实施例的智能行进轮椅可同时存储多个小区域的区域地图，例如小区区域地图、公园区域地区、医院区域地图等，智能行进轮椅进入某个小区域后通过激光雷达60自动识别环境并调用对应的区域地图。可以理解，若用户发现某小区域道路或建筑物发生变化，需重新开启激光雷达60扫描小区域获得新的区域地图。获取区域地图后，控制芯片根据接收的目的地自动规划行进路径，即根据当前位置和目的位置在区域地图上规划行进路径，其中当前位置使用激光雷达60扫描周围环境参数自动确定，即激光雷达60将扫描的周围环境参数与区域地图中的环境参数进行比较后确定当前位置。智能行进轮椅按照行进路径自动行进过程中，对比激光雷达60扫描的当前环境参数与区域地图得到智能行进轮椅的当前大致位置，然后利用超声波测距传感器和陀螺仪进一步确定智能行进轮椅的当前精确位置；控制芯片根据规划路径和当前精确位置驱动第一驱动电机501和第二驱动电机502转动，进而驱动第一主动轮31和第二主动轮32按照规划的行进路径行进，直至到达目的地。
进一步，在本实施例的小区域智能行进轮椅中对比激光雷达60扫描的当前环境参数与区域地图得到智能行进轮椅的当前大致位置包括：激光雷扫描当前位置的当前环境参数，经Gmapping Slam算法处理当前环境参数和区域地图得到智能行进轮椅的当前大致位置，其中Gmapping Slam算法可参考现有技术。利用超声波测距传感器和陀螺仪进一步确定智能行进轮椅的当前精确位置包括：超声波测距传感器和陀螺仪的感测数据通过卡尔曼滤波后校准当前大致位置得到当前精确位置，其中卡尔曼滤波可参考现有技术。
本实施例的智能行进轮椅还包括用于使智能行进轮椅停止行进的制动模块，制动模块仅需对第一主动轮31和第二主动轮32进行制动，制动模块可参考现有技术。
综上，控制芯片将陀螺仪、超声波测距传感器、第一编码器和第二编码器的采集数据发送至算法芯片，同时激光雷达60的环境参数发送至算法芯片，算法芯片处理环境参数得到当前地图信息，进一步结合陀螺仪、超声波测距传感器、第一编码器和第二编码器的采集数据，解算出轮椅速度、转向信息等，然后通过串口发送至控制芯片。控制芯片解析出第一驱动电机501和第二驱动电机502的转速，进而控制轮椅的前进方向及速度等。本实施例的智能行进轮椅能够学习小区域的环境参数，在小区域内能够自动识别路径并自动行径，大大减少使用者的操作量，提高用户使用体验。
实施例
参考图8和图9，在上一实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括第一编码器和第二编码器(图1和图2中未示出)，参考图8，第一编码器为DRT38-SOM1024-RT1编码器；参考图9，第二编码器为 DRT38-SOM1024-RT1编码器。第一编码器与第一主动轮31同轴安装，用于检测第一主动轮31的转速；第一编码器连接控制芯片的136、引脚137和引脚 140，第一编码器连接电池组的VCC5供电端，即5V供电端。第二编码器与第二主动轮32同轴安装，用于检测第二主动轮32的转速。第二编码器连接控制芯片的50、引脚53和引脚54，第二编码器连接电池组的VCC5供电端，即 5V供电端。在工作过程中，控制芯片将第一编码器和第二编码器的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片；作为选择，算法芯片将第一编码器和第二编码器的采集数据以及其他数据联合处理，并将处理结果发送给控制芯片。
本实施例中第一编码器将采集的第一主动轮31的转速发送至控制芯片，第二编码器将采集的第二主动轮32的转速发送至控制芯片，控制芯片根据第一编码器和第二编码器采集的转速获取第一主动轮31和第二主动轮32行进的距离，以控制行进路线。
实施例
在上述实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括用于接收用户输入的目的地的接收模块，接收模块连接算法芯片的输入端，算法芯片的输出端连接控制芯片的引脚101和引脚102。作为选择，接收模块可选用键盘、触摸屏、麦克风等，也可连接智能手机，通过智能手机输入目的地。用户可预先在智能行进轮椅中存储常用的目的地，使用时直接选择即可；本实施例保存用户已输入的目的地，方便用户进行选择。
实施例
参考图10，在上述实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括用于智能行进轮椅的控制系统复位的复位按键RESET，复位按键RESET的第一端通过电阻R5连接电池组的3.3V供电端；复位按键RESET的第一端连接控制芯片的引脚25，复位按键RESET的第一端通过电容C1连接复位按键 RESET的第二端，复位按键RESET的第二端接地。
实施例
参考图11，在上述实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括为智能行进轮椅的RTC时钟提供时钟信号的第一晶振Y1，第一晶振Y1的第一端连接控制芯片的引脚8，第一晶振Y1的第二端连接控制芯片的引脚9；第一晶振Y1的第一端通过电容C2接地，第一 晶振Y1的第二端通过电容C3 接地。
参考图12，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括用于在智能行进轮椅掉电后为RTC时钟供电的备用电池，备用电池的正极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接控制芯片的引脚6，二极管D2的负极通过电容C4连接备用电池的负极，备用电池的负极接地。
实施例
参考图12，在上述实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括为智能行进轮椅的控制系统提供时钟信号的第二晶振Y2，第二晶振Y2的第一端连接控制芯片的引脚24，第二晶振Y2的第二端连接控制芯片的引脚 23；第二晶振Y2的第一端通过电阻R10连接第二晶振Y2的第二端；第二晶振Y2的第一端通过电容C6接地，第二晶振Y2的第二端通过电容C5接地。
实施例
参考图12，在上述实施例的基础上，本实施例的小区域智能行进轮椅还包括为智能行进轮椅的AD采样提供参考电压的参考电压电路，参考电压电路包括电容C7、电容C8、电阻R12，电阻R12的第一端连接控制芯片的引脚33，电阻R12的第二端连接电池组的3.3V供电端，控制芯片的引脚30通过电容 C7连接控制芯片的引脚33，控制芯片的引脚30通过电容C8连接控制芯片的引脚33，控制芯片的引脚30接地。
实施例
在上述实施例的基础上，本实施例的智能行进轮椅能够识别行进路径上出现的临时障碍物并进行避障。智能行进轮椅可通过激光雷达60识别障碍物，即激光雷达60将当前环境参数与区域地图中的环境参数进行对比，通过差异参数即可确定障碍物的位置；或者智能行进轮椅可通过超声波测距传感器发现正常行径路线上的障碍物，因为按照区域地图规划的路线本不该有障碍物，如果有则说明发现障碍物；或者同时使用激光雷达60和超声波测距传感器发现障碍物。
若智能行进轮椅在规划的行进路径中检测到障碍物后，控制芯片根据障碍物位置调整第一驱动电机501和第二驱动电机502的转速差来调整智能行进轮椅的航向，躲避过障碍物后重新回到规划行进路径。智能行进轮椅向前行进时，若第一驱动电机501的转速小于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮31一侧转向；若第一驱动电机501的转速大于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮32一侧转向。智能行进轮椅向后行进时，若第一驱动电机501的转速小于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮31一侧转向；若第一驱动电机501的转速大于第二驱动电机502的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮32一侧转向。
本实施例的智能行进轮椅能够学习小区域的环境参数，在小区域内能够自动识别路径并自动行径，在遇到障碍物时能自动避障，大大减少使用者的操作量，提高用户使用体验。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种小区域智能行进轮椅，包括车架(10)和座椅(20)，座椅(20)设置在车架(10)上，其特征在于，所述智能行进轮椅还包括：
电池组，为整个所述智能行进轮椅供电；电池组和智能行进轮椅的电路板设置在车架10后部的箱体(40)内；电池组通过P8接口连接智能行进轮椅的电路板，为智能行进轮椅的各个电子设备供电，其中P8接口的引脚1、引脚2和引脚3为电池组的VCC5接口，输出5V供电电压；P8接口的引脚4、引脚5和引脚6为电池组的VCC3.3接口，输出3.3V供电电压；P8接口的引脚7、引脚8和引脚9接地；电池组供电指示灯power_led的正极电池组的VCC3.3接口，供电指示灯power_led的负极通过电阻R13接地；
控制芯片，所述控制芯片为STM32F103ZET6芯片；
算法芯片，所述算法芯片通过串口通信连接所述控制芯片，所述算法芯片为samsung4418S1818 NF86FA芯片；
第一主动轮(31)和第一驱动电机(501)，所述第一驱动电机(501)连接并驱动所述第一主动轮(31)转动，所述第一驱动电机(501)分别连接所述控制芯片的引脚34、引脚40以及引脚41，第一驱动电机(501)连接电池组的VCC5接口，控制芯片控制第一驱动电机(501)的转动方向和转速；
第二主动轮(32)和第二驱动电机(502)，所述第二驱动电机(502)连接并驱动所述第二主动轮(32)转动，所述第二驱动电机(502)分别连接所述控制芯片的引脚80、引脚81以及引脚82，第二驱动电机(502)连接电池组的VCC5接口，控制芯片可控制第二驱动电机(502)的转动方向和转速；
第一从动轮(33)和第二从动轮(34)，所述第一从动轮(33)和所述第二从动轮(34)的自由转动角度范围为360度；所述第一主动轮(31)和所述第二主动轮(32)设置在所述车架(10)后方，所述第一从动轮(33)和所述第二从动轮(34)设置在所述车架(10)前方；控制芯片通过控制第一驱动电机(501)和第二驱动电机(502)的转动方向来实现智能行进轮椅的前进或后退，通过控制第一驱动电机(501)和第二驱动电机(502)的转速控制智能行进轮椅的行进方向；若第一驱动电机(501)和第二驱动电机(502)的转速相同，则智能行进轮椅沿直线前进或后退；若第一驱动电机(501)和第二驱动电机(502)的转速不同，则智能行进轮椅发生转向；智能行进轮椅向前行进时，若第一驱动电机(501)的转速小于第二驱动电机(502)的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮(31)一侧转向；若第一驱动电机(501)的转速大于第二驱动电机(502)的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮(32)一侧转向；智能行进轮椅向后后退时，若第一驱动电机(501)的转速小于第二驱动电机(502)的转速，则智能行进轮椅向第一主动轮(31)一侧转向；若第一驱动电机(501)的转速大于第二驱动电机(502)的转速，则智能行进轮椅向第二主动轮(32)一侧转向；
激光雷达(60)，设置在所述车架(10)前端，所述激光雷达(60)连接所述算法芯片的输入端，所述算法芯片的输出端连接所述控制芯片的引脚101和引脚102，所述激光雷达(60)用于扫描小区域以获得所述小区域的区域地图；在工作过程中，激光雷达(60)的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果再发送至控制芯片；
超声波测距传感器，设置在所述车架(10)前端，所述超声波测距传感器连接所述控制芯片的引脚35和引脚141；在工作过程中，控制芯片将超声波测距传感器的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片；
陀螺仪，所述陀螺仪连接所述控制芯片的引脚69和引脚70；使用陀螺仪确定智能行进轮椅处于上坡状态还是下坡状态，并将状态信息传输至控制芯片，控制芯片根据状态信息调整所述第一驱动电机(501)和所述第二驱动电机(502)的输出功率；在工作过程中，控制芯片将陀螺仪的采集数据发送至算法芯片，经算法芯片处理后将处理结果返回至控制芯片；
所述智能行进轮椅使用前需开启所述激光雷达(60)，在所述小区域内所有道路行进一次，扫描道路周围的环境参数，处理道路周围的环境参数得到并存储所述小区域的区域地图；获取所述区域地图后，所述控制芯片根据接收的目的地自动规划行进路径；所述智能行进轮椅按照行进路径自动行进过程中，对比所述激光雷达(60)扫描的当前环境参数与所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置，然后利用所述超声波测距传感器和所述陀螺仪进一步确定所述智能行进轮椅的当前精确位置；所述控制芯片根据规划路径和当前精确位置驱动所述第一驱动电机(501)和所述第二驱动电机(502)转动，进而驱动所述第一主动轮(31)和所述第二主动轮(32)按照规划的行进路径行进，直至到达目的地；
所述对比所述激光雷达(60)扫描的当前环境参数与所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置包括：所述激光雷扫描当前位置的当前环境参数，经Gmapping Slam算法处理所述当前环境参数和所述区域地图得到所述智能行进轮椅的当前大致位置；
所述利用所述超声波测距传感器和所述陀螺仪进一步确定所述智能行进轮椅的当前精确位置包括：所述超声波测距传感器和所述陀螺仪的感测数据通过卡尔曼滤波后校准所述当前大致位置得到当前精确位置；
若所述智能行进轮椅在规划的行进路径中检测到障碍物后，所述控制芯片根据障碍物位置调整所述第一驱动电机(501)和所述第二驱动电机(502)的转速差来调整所述智能行进轮椅的航向，躲避过障碍物后重新回到规划行进路径；
还包括第一编码器和第二编码器；所述第一编码器为DRT38-SOM1024-RT1编码器，所述第二编码器为DRT38-SOM1024-RT1编码器；
所述第一编码器与所述第一主动轮(31)同轴安装，用于检测所述第一主动轮(31)的转速；所述第一编码器连接所述控制芯片的136、引脚137和引脚140；
所述第二编码器与所述第二主动轮(32)同轴安装，用于检测所述第二主动轮(32)的转速；所述第二编码器连接所述控制芯片的50、引脚53和引脚54；
还包括用于接收用户输入的目的地的接收模块，所述接收模块连接所述算法芯片的输入端；
还包括用于所述智能行进轮椅的控制系统复位的复位按键RESET，所述复位按键RESET的第一端通过电阻R5连接所述电池组的3.3V供电端；所述复位按键RESET的第一端连接所述控制芯片的引脚25，所述复位按键RESET的第一端通过电容C1连接所述复位按键RESET的第二端，所述复位按键RESET的第二端接地；
还包括为所述智能行进轮椅的RTC时钟提供时钟信号的第一晶振Y1，所述第一晶振Y1的第一端连接所述控制芯片的引脚8，所述第一晶振Y1的第二端连接所述控制芯片的引脚9；所述第一晶振Y1的第一端通过电容C2接地，所述第一 晶振Y1的第二端通过电容C3接地；
还包括用于在所述智能行进轮椅掉电后为所述RTC时钟供电的备用电池，所述备用电池的正极连接二极管D2的正极，所述二极管D2的负极连接所述控制芯片的引脚6，所述二极管D2的负极通过电容C4连接所述备用电池的负极，所述备用电池的负极接地；
还包括为所述智能行进轮椅的控制系统提供时钟信号的第二晶振Y2，所述第二晶振Y2的第一端连接所述控制芯片的引脚24，所述第二晶振Y2的第二端连接所述控制芯片的引脚23；所述第二晶振Y2的第一端通过电阻R10连接所述第二晶振Y2的第二端；所述第二晶振Y2的第一端通过电容C6接地，所述第二晶振Y2的第二端通过电容C5接地；
还包括为所述智能行进轮椅的AD采样提供参考电压的参考电压电路，所述参考电压电路包括电容C7、电容C8、电阻R12；
所述电阻R12的第一端连接所述控制芯片的引脚33，所述电阻R12的第二端连接所述电池组的3.3V供电端，所述控制芯片的引脚30通过所述电容C7连接所述控制芯片的引脚33，所述控制芯片的引脚30通过所述电容C8连接所述控制芯片的引脚33，所述控制芯片的引脚30接地。
2.根据权利要求1所述的小区域智能行进轮椅，其特征在于，所述激光雷达(60)为LS-N30101C雷达，所述超声波测距传感器为HC-SR04超声波传感器，所述陀螺仪为mpu6050陀螺仪。
CN201911215328.4A 2019-12-02 2019-12-02 一种小区域智能行进轮椅 Expired - Fee Related CN110882110B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911215328.4A CN110882110B (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种小区域智能行进轮椅

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911215328.4A CN110882110B (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种小区域智能行进轮椅

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110882110A CN110882110A (zh) 2020-03-17
CN110882110B true CN110882110B (zh) 2022-06-03

Family

ID=69749958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911215328.4A Expired - Fee Related CN110882110B (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种小区域智能行进轮椅

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110882110B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117850434A (zh) * 2024-03-04 2024-04-09 长春大学 一种智能轮椅实时路径规划与避障控制系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106681330A (zh) * 2017-01-25 2017-05-17 北京航空航天大学 基于多传感器数据融合的机器人导航方法及装置
CN109106522A (zh) * 2018-06-14 2019-01-01 深圳市尚荣医用工程有限公司 语音控制自动规划路径智能轮椅系统
CN109572857B (zh) * 2018-12-26 2023-06-02 石家庄铁道大学 一种麦克纳姆轮智能仓储agv及其路径规划方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110882110A (zh) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210227744A1 (en) Automatic Working System, Self-Moving Device And Control Method Thereof
WO2018108179A1 (zh) 自移动设备及其定位故障报警方法和自动工作系统
CN214151498U (zh) 一种车辆控制系统及车辆
KR20200018217A (ko) 이동 로봇, 이동 로봇 시스템 및 이동 로봇의 충전대 이동 방법
US8989946B2 (en) System and method for area coverage using sector decomposition
US20110046784A1 (en) Asymmetric stereo vision system
WO2019241923A1 (en) Unmanned lawn mower with autonomous driving
CN107390703A (zh) 一种智能化导盲机器人及其导盲方法
EP2296072A2 (en) Asymmetric stereo vision system
JP2012105557A (ja) 自動芝刈り機
CN109521767A (zh) 自主导航机器人系统
CN111090284B (zh) 自行走设备返回基站的方法及自行走设备
US20210345544A1 (en) Transmitter of moving robot system and method for detecting removal of transmitter
US20110046836A1 (en) Modular and scalable positioning and navigation system
WO2023274339A1 (zh) 自动工作系统
CN110882110B (zh) 一种小区域智能行进轮椅
US20230117848A1 (en) Method, system and device for analyzing pedestrian motion patterns
US20210360849A1 (en) Mover robot system and controlling method for the same
KR102206388B1 (ko) 이동 로봇 및 이의 제어 방법
CN114010102B (zh) 一种清洁机器人
CN210804115U (zh) 一种智能轮椅
CN113759787A (zh) 一种封闭园区无人驾驶机器人和工作方法
JP6850643B2 (ja) 自律移動制御装置、移動体、自律移動制御方法及びプログラム
WO2021108959A1 (zh) 一种小区域智能行进轮椅
EP4250041A1 (en) Method for determining information, remote terminal, and mower

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220603