CN113101075A - 一种多功能智能轮椅控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮椅控制技术，具体涉及一种多功能智能轮椅控制系统及控制方法，控制系统包括控制器、安全决策模块、方向控制模块、报警模块和动力模块；控制器包括主控制器和副控制器；安全决策模块包括避障识别装置和轮椅状态识别装置；方向控制模块包括摇杆和语音识别装置；主控制器与安全决策模块和方向控制模块连接；副控制器分别与主控制器和语音识别装置连接。安全决策模块采用超声波红外联合决策，识别到障碍时轮椅会紧急避障，并在行进中状态识别模块会识别轮椅是否发生侧翻或倾倒，在危险时通过5G定位信息发送给紧急联系人。该系统可实现轮椅的自动避障、危险报警、语音控制等功能，具有高性能、操作简单、安全性高等优点。

Description

一种多功能智能轮椅控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于轮椅控制技术领域，特别涉及一种多功能智能轮椅控制系统及控制方法。

背景技术

随着世界人口老龄化进程的加快，由于灾难和疾病造成的残障人士的增加，老年人和残障人士等弱势群体的生活质量问题受到越来越多人的关注，而有效增强老年人和残障人士的行动能力，不仅会使得他们的日常生活变得更加方便，也对他们的心理健康、自我评价、精神状态有着深远影响，因此一种多功能智能控制轮椅对老年人和残障人士有着重要作用。

由于手动轮椅必须要人力推动，当使用者想自己移动时非常麻烦，于是电动轮椅应运而生。电动轮椅相对于手动轮椅，随人能极大提高老年人和残障人士独立活动的能力和范围，提高了使用者的自理能力，但同时也带来了一些在环境中使用的不方便性和危险性，例如在通过窄门或狭长的走廊时，电动轮椅将很难通过操纵的方式顺利通过；此外，人的视野有限，电动轮椅在室外使用时往往会因为操纵不当而造成的危险。因此智能轮椅的研究在目前收到了各国学者的研究，用来为更多极端的使用者提供便利。

目前智能轮椅要么是没有避障措施，或者是避障仅使用超声波或仅使用红外传感器，而使用单一传感器易受到温度、湿度等环境因素的影响，容易导致判断失误。并且在真正发生危险时，现有技术多采用声光报警，以获取附近陌生人的注意，而这种方法在周围没人的情况下不仅没有帮助，而且报警声刺耳，反而对使用者来说是一种麻烦。在单人环境中发生的危险无法有效挽救。同时，大部分智能轮椅都配备了如LCD这样的显示装置来进行人机交互，对于部分自理能力差老年人或残障人士来说操作都过于困难了，甚至一般的电动轮椅他们也操纵不了。需要开发一种使用更安全、操作更简单的新型智能轮椅，满足更多人的需要，为其提供一种更优越的代步工具。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种多功能智能轮椅控制系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多功能智能轮椅控制系统，包括控制器、安全决策模块、方向控制模块、报警模块和动力模块；控制器包括主控制器和副控制器；安全决策模块包括避障识别装置、轮椅状态识别装置和数据采集调理模块；方向控制模块包括摇杆和语音识别装置；主控制器与安全决策模块和方向控制模块连接；副控制器分别与主控制器和语音识别装置连接。

在上述多功能智能轮椅控制系统中，避障识别装置包括分别设置在轮椅前方左、右角各两组、后方左、右角各一组超声波传感器和红外测距传感器。

在上述多功能智能轮椅控制系统中，轮椅状态识别装置采用倾角-加速度传感器。

在上述多功能智能轮椅控制系统中，语音识别装置采用基于非特定人语音识别技术SI-ASR的语音识别芯片；摇杆采用二维双轴模拟摇杆。

在上述多功能智能轮椅控制系统中，报警模块包括GPS定位模块、5G通信模块、LED和扬声器。

在上述多功能智能轮椅控制系统中，动力模块包括电机驱动以及步进电机。

一种多功能智能轮椅控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统初始化；包括对控制器各功能寄存器变量初始化，以及GPS模块接收信号定位、5G模块与基站通信自检工作；

步骤2、采集环境、轮椅姿态信息、语音和摇杆信息；

步骤2.1、采集环境信息；六组超声波传感器和红外测距传感器工作，超声波传感器向外发送40kHz的方波，主控制器接收回波计算出距离；同时红外测距传感器以一定角度发射红外光束，通过其接收到的反射光线输出不同大小的电压信号，经过AD转换后输送给主控制器得出距离；

步骤2.2、采集轮椅姿态信息；倾角-加速度传感器工作，通过DMP数字运动处理器将原始数据转换为四元数输出给主控制器，主控制器通过解算得到俯仰角、偏航角、翻滚角的值，以此为依据建立轮椅当前的姿态模型；

步骤2.3、采集语音信息；通过麦克风收集声音信息，经过放大器放大、滤波器防混叠滤波、AD转换后，经过语音识别芯片对采集到的音频信号进行频谱分析、端点检测、特征提取和匹配输出识别结果，副控制器响应中断，读取语音识别芯片相应寄存器，经过判断输出控制信号，经过串口输送给主控制器；

步骤2.4、采集摇杆信息；摇杆输出(x,y)双轴模拟信号，通过A/D转换后将收集到数据信息传递给主控制器；

步骤3、驱动电机；主控制器根据步骤2所采集环境、轮椅、语音、摇杆信息给出当前电机驱动控制信号，驱动脉宽调至模块PWM输出，控制信号经过电机驱动模块输出给左右电机，完成轮椅的本体运动；

步骤4、等待中断；主控制器判断步骤2所采集环境信息和轮椅姿态信息，在判断为危险情况时响应中断，产生相应的应急信号，传递给LED、扬声器、GPS模块和5G通讯模块进行相应的报警工作。

在上述的多功能智能轮椅控制系统的控制方法中，步骤2.2采集环境信息对于不同组超声波传感器和红外测距传感器设置不同的安全限制距离，当环境障碍物距离小于安全限制距离时，驱动电机紧急停止。

在上述的多功能智能轮椅控制系统的控制方法中，步骤4的实现包括：当环境障碍物距离小于安全限制距离，进行声光报警；当前轮椅姿态信息显示轮椅侧翻或倾倒，进行定位并将信息发送给紧急联系人，同时进行声光报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明对行动不便者最为看重的两个方面：操作难度和安全性方面进行了改良和创新。为了降低操作难度，本系统在保留传统摇杆控制的前提下，特意添加了语音识别功能，从功能实现来看硬件上添加了语音识别芯片、麦克风和扬声器以及放大电路、滤波电路等信号调理电路等组成了人机交互系统，软件上通过基于频谱分析的特征提取算法、基于HMM的特征匹配算法以及VAD端点检测技术保证了语音识别精度，结合步进电机数字控制方便的特点，精确实现通过语音进行轮椅的前进、后退、转向、调速的控制，在运行过程中还有智能避障功能来保驾护航，控制操作简单多元，满足各种条件用户使用。为了保证安全性，在语音控制的基础上，本控制系统设计了避障识别装置、轮椅状态识别模块和定位报警装置。避障识别装置在硬件上针对现有技术缺陷进行改良，采用全新的六组环绕式超声波红外联合传感器，可抵抗环境干扰，解决使用单一传感器易受到温度、湿度等环境因素的影响导致判断失误的问题，精准识别障碍物；特别的，为预防使用者不幸摔倒，本系统设计了轮椅状态识别模块，在硬件上采用倾角传感器结合GPS定位、工业级5G通讯，其具有很好的数据传输质量，并且耐高低温，运行安全可靠，软件上通过DMP数字运动处理器建立轮椅姿态模型，可精确监控轮椅的姿态；一般智能轮椅在紧急情况下仅有声光报警，以获取附近陌生人的注意，而这种方法在周围没人的情况下不仅没有帮助，而且报警声刺耳，反而对使用者来说是一种麻烦。本智能轮椅控制系统使用了GPS定位和短信报警的方式，在紧急情况下确保有人能知道使用者的危险，提高了紧急状态下的安全性，有效地保证了用户使用的安全性。大大优化了智能轮椅用户的体验，为更多行动不便者的生活提供了便利。采用单片机作为控制枢纽，配合超声波、红外联合传感器、倾角传感器、GPS定位模块和5G通讯模块，实现了轮椅驱动、避障、倾倒自动报警和定位的功能。系统稳定且响应速度快，控制系统体积较小，便于与轮椅进行结构化集成安装。同时提高了轮椅使用的安全度，且操作简单、可靠性高，很好地解决了目前老年人和残障人士等弱势群体的出行难题。

附图说明

图1为本发明一个实施例多功能智能轮椅控制系统示意图；

图2为本发明一个实施例避障识别装置超声波红外测距传感器分布图；

图3为本发明一个实施例多功能智能轮椅控制方法框图；

图4为本发明一个实施例语音识别流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例是通过以下技术方案来实现的：一种多功能智能轮椅控制系统，包括控制器、安全决策模块、方向控制模块、报警模块和动力模块。所述的控制器包括主控制器和副控制器；安全决策模块包括避障识别装置和轮椅状态识别装置，分别采集轮椅周围环境障碍物信息以及轮椅本身的姿态信息，通过数据采集调理模块传送给主控制器；方向控制模块包括摇杆电位器和语音识别装置，系统结合传统电动轮椅控制方式，并加入了语音进行识别控制。主控制器接收安全决策模块、方向控制模块的信息后，进行判断、决策，输出控制信号给报警模块和动力模块，实现控制电机进行前进、转向、后退、调速、停止的动作，以及紧急避障、轮椅倾倒报警的功能。

而且，控制器中的副控制器连接语音识别装置，专门用于语音的识别分析，并将结果通过串口发送给主控制器。

而且，避障识别装置为超声波红外联合决策装置，由分布在轮椅各方向上的六组超声波传感器加红外测距传感器获得轮椅周围的障碍物信息，由主控制器根据获得的信息做出相应的避障决策，保证轮椅安全性。

而且，轮椅状态识别装置采用倾角-加速度传感器获取轮椅当前的姿态角，由主控制器判断当前轮椅的姿态角是正常状态或是侧翻、倾倒。

而且，数据采集调理模块收集加速度传感器、红外传感器和倾角-加速度传感器的模拟量输入，经过放大、滤波、AD转换后输出数字信号，以供主控制器接收。

而且，语音识别装置的功能包括语音识别和语音播报，实现人机互动，通过副控制器读取语音识别芯片相应寄存器，并发出数据通过串口传递给主控制器，简化了轮椅的控制难度。

而且，报警模块采用GPS定位以及5G通信，联合安全决策模块中的轮椅状态识别装置使用，在轮椅状态识别为侧翻或倾倒时，将GPS获取的位置信息通过5G模块发送给预设好的紧急联系人；同时，连接的LED和蜂鸣器产生声光报警，直到危险解除。

而且，动力模块包括电机驱动以及步进电机。

而且，方向控制模块包括摇杆电位器和语音识别装置，可采取手动、自动两种操作方式，使用者通过摇杆进行如电动轮椅的方式进行控制，也可以通过语音进行轮椅的前进、停止、转向、调速。本实施例添加了语音控制的方式，使用者的操作方式更加多样，同时通过语音进行控制也简化了操作模式。

本实施例还提供了一种多功能智能轮椅控制系统的控制方法，包括：

S1、系统初始化，系统进行一系列的初始化和自检工作，主要是对控制器各个功能寄存器变量初始化，以及GPS模块接收信号定位、5G模块与基站通信等。

S2、采集环境、轮椅姿态信息、语音、摇杆信息。

采集环境信息。六路超声波和红外测距传感器工作，超声波传感器向外发送40kHz的方波，单片机接收回波计算出距离；同时红外测距传感器以一定角度发射红外光束，通过其接收到的反射光线输出不同大小的电压信号，经过AD转换后输送给主控制器得出距离。

采集轮椅姿态信息。倾角传感器工作，通过DMP数字运动处理器将原始数据转换为四元数输出给主控制器，主控制器通过解算得到俯仰角、偏航角、翻滚角的值，以此为依据建立轮椅当前的姿态模型。

采集语音信息。通过麦克风收集声音信息，经过放大器放大、滤波器防混叠滤波、AD转换后，经过语音识别芯片对采集到的音频信号进行频谱分析、端点检测、特征提取和匹配输出识别结果，副控制器响应中断，读取语音识别芯片相应寄存器，经过判断输出控制信号，经过串口输送给主控制器。

采集摇杆信息。摇杆具有(x,y)双轴模拟输出，通过AD转换后可以收集到数据信息传递给主控制器。

S3、驱动电机。主控制器根据上述环境、轮椅、语音、摇杆信息给出当前电机驱动控制信号，驱动脉宽调至模块PWM输出，控制信号经过电机驱动模块输出给左右电机，完成轮椅的本体运动。

S4、等待中断。主控制器判断步骤2所采集环境信息和轮椅姿态信息，在判断为危险情况时响应中断，产生相应的应急信号，传递给LED、扬声器、GPS模块和5G通讯模块进行相应的报警工作。在S2中，采集环境信息时，对不同组超声波和红外测距传感器设置不同的安全限制距离SafeDistance，SafeDistance的设置根据客观事实和用户需求来决定，当环境障碍物距离小于SafeDistance时，驱动电机紧急停止。

在S2中，采集环境信息时，对不同组超声波和红外测距传感器设置不同的安全限制距离SafeDistance，SafeDistance的设置根据客观事实和用户需求来决定，当环境障碍物距离小于SafeDistance时，驱动电机紧急停止。

在S4中，环境信息危险在于：环境障碍物距离小于安全限制距离，需要进行声光报警；轮椅姿态信息危险在于：当前姿态模型显示轮椅侧翻或倾倒，需要进行定位并将信息发送给紧急联系人，并进行声光报警。

具体实施时，如图1所示，一种多功能智能轮椅控制系统，包括控制器、安全决策模块、方向控制模块、报警模块和动力模块，图1中箭头方向表示了各装置、模块的信号流向。

控制系统各模块的工作原理如下：

1)控制器

该多功能智能轮椅控制系统核心主控制器采用ARM微控制器STM32F407ZGZ6单片机，集成了FPU和DSP指令，并且具有192KB SRAM和1024KB FLASH，14个内置定时器，2个DMA控制器，6个串口以及112个通用IO口，具有足够的性能完成系统的控制需求。副控制器使用一块STC11L08XE单片机，内部通信为SPI接口，单独处理语音识别，效率更高。

2)安全决策模块

安全决策模块包括避障识别装置、数据采集调理模块和轮椅状态识别模块，避障识别装置用于采集环境信息，必要时进行紧急避障；轮椅状态识别装置用于采集姿态信息，用于建立轮椅三维动态模型，判断其姿态。数据采集调理模块收集加速度传感器、红外传感器和倾角-加速度传感器的模拟量输入，经过放大、滤波、AD转换后输出数字信号，以供主控制器接收。

避障识别装置采用六组红外、超声波传感器进行联合避障，可抵抗环境干扰，解决使用单一传感器易受到温度、湿度等环境因素的影响导致判断失误的问题，保证了在行驶过程中的避障性能。该装置的传感器包括超声波传感器和红外测距传感器，如图2所示，由分布在轮椅前方左、右角各两组、后方左、右角各一组超声波传感器和红外测距传感器获得轮椅周围的障碍物信息，其中1.5m为红外测距传感器测量极限距离，4m为超声波传感器测量极限距离。红外测距传感器以一定角度发射红外光束，通过其接收到的反射光线与其CCD检测器中心的偏移度计算出距离，并将距离转换为电压信号输出；超声波传感器从其发射端发出超声波，遇到障碍物返回，接收器将超声波信号转换成电信号，经过放大、带通滤波和整形后传输至主控制器。通过红外超声波联合决策抵抗环境影响，能非常有效的识别环境障碍，保证了运行时的安全性。

轮椅状态识别装置使用加速度-倾角传感器实时检测轮椅状态，在危险时有GPS定位通过5G通讯模块发送短信给紧急联系人，使紧急联系人采取措施保证安全，同时还有声光报警，寻求陌生人的帮助。该装置使用加速度-倾角六轴传感器来获取轮椅目前的姿态，将传感器固定在轮椅中心，通过传感器内的DMP数字运动处理器获取欧拉角的原始数据，传输给主控制器，由主控制器来判断姿态的安全与否。利用加速度-倾角传感器加上DMP数字运动处理器可计算出轮椅的欧拉角，通过欧拉角的大小建立轮椅姿态模型，可准确判断轮椅的状态。本智能轮椅控制系统加入了GPS定位和5G通讯模块短信报警的方式，在紧急情况下确保有人能知道使用者的危险，提高了紧急状态下的安全性。

3)方向控制模块

方向控制模块包括摇杆电位器控制，即是传统电动轮椅操作模式，以及语音识别控制的方法。

摇杆采用二维双轴模拟摇杆，其在二维平面上的位置信息可通过电压形式表现出来，经过A/D转换后可传输给主控制器进行判断。

语音识别控制使用基于非特定人语音识别技术SI-ASR的声控芯片来完成语音识别功能，SI-ASR语音识别技术是基于关键词语列表识别的技术，该技术通过大量的语音数据进行分析，建立数学模型，并训练提取细节特征，并统计概率最优化其特征，用户说出的语音内容通过频谱技术转换为语音特征，与副控制器内的关键词语列表中的条目一一匹配，匹配成功及识别成功，语音识别芯片收集到的信息通过副控制器处理后经串口传输给主控制器。同时，外接音频输出扬声器，实现人机互动。

3)报警模块

报警模块功能包括定位、通信以及声光报警。

定位装置使用GPS/北斗双模定位模块来获取定位信息，其连接GPS天线来连接卫星，同时使用后备电池来保存上次定位的星历数据，以保证下次开机可以快速定位，其信息的传递采用ASCII编码形式。

通讯装置使用工业级5G通讯模组来实现紧急状态下及时联系紧急联系人的功能，目前5G已经进入人们日常生活，与以往技术相比，此模块集成5G基带芯片、射频、存储等硬件，具有高速率、低时延、大容量的优点，采用工业级模组，保证了其在任意环境下的可靠性，其耐高低温、维护量少、成本低，安全可靠，并余留了物联网技术扩展空间。主控制器收集此刻的定位信息，并发送AT指令给此模块，使其发送短信到指定电话号码。

声光报警采用LED与扬声器联合工作，在不同的危险时产生不同的报警效果。在避障识别装置识别出目前轮椅与障碍物距离在安全限制距离以内时，采取间隔1s的慢速闪烁报警；在轮椅状态识别装置识别出当前姿态为危险时，采取间隔0.5s的快速闪烁报警，体现状态的紧急性。

4)动力装置

动力装置采用大扭矩的步进电机及其驱动。步进电机是一种将电脉冲信号转换成对应角位移或线位移的电动机，其转速和脉冲频率成正比，便于进行转速控制，完成变速的要求。它区别于其他控制用途电机的是，它接收数字控制信号，是一个完成数字模式转化的执行元件，且可进行开环位置控制，大大降低了控制难度和成本。同时，大扭矩满足轮椅的动力使用需求，并且自带刹车功能，符合轮椅日常使用场景。

主控制器接收安全决策模块、方向控制模块的信息后，进行判断、决策，输出控制信号给报警模块和动力模块，实现控制电机进行前进、转向、后退、调速、停止的动作，以及紧急避障、轮椅倾倒报警的功能。安全决策模块主要和报警模块联系，控制其产生不同形式的报警方式，同时在必要时也会与动力模块联系，驱动电机停止避障；方向控制模块主要和动力模块联系，通过摇杆和语音识别电机运动。

本实施例一种多功能智能轮椅控制方法，如图3所示，为本多功能智能轮椅控制系统的控制方法框图。

首先系统初始化，系统进行一系列的初始化和自检工作，主要是对控制器各个功能寄存器变量初始化，以及GPS模块接收信号定位、5G通讯模块与基站通信等。在初始化完毕后，系统同时开始采集环境信息、轮椅信息、语音信息以及摇杆信息。

采集环境信息。六路超声波传感器和红外测距传感器工作，单片机接收超声波传感器的超声波信息，通过定时器获取发送和接收超声波的时间Δt，再结合声速v计算出障碍物距离s＝Δt×v/2，在测量同时考虑温度T影响，可得声速v＝331.45+0.607T；同时单片机接收红外测距传感器输出不同大小的电压信号，其电压信号是非线性的，需要通过实验来得到其距离-电压曲线图，经过A/D转换后输送给单片机得出距离D，采用嵌套方式将s与D联合进行判断，防止某一传感器受环境影响或突然损坏带来的安全问题。对于不同组超声波传感器和红外测距传感器设置不同的安全限制距离SafeDistance，来防止障碍物和轮椅碰撞。

采集轮椅信息。倾角-加速度六轴传感器工作，通过DMP数字运动处理器将原始数据转换为四元数输出给单片机，单片机通过解算得到俯仰角、偏航角、翻滚角的值，以此为依据模拟轮椅当前的姿态。

采集语音信息。语音识别流程，如图4所示，外部的一段语音通过放大和滤波后转化成音频信号输入语音识别芯片，首先进行预处理，通过汉明窗函数对信号进行频谱分析和分帧，并由数字滤波器提升语音的高频特性，方便之后的特征提取；其次通过VAD端点检测算法对环境音和人声进行分离，从输入信号中提取一个或一系列的对比特征参数，然后将其和一个或一系列的门限阀值进行比较，由此进行分离，本算法采用计算加入门限值的短时过零率来作为门限阈值，它是指每帧语音信号跨过正负门限的次数，可有效抗干扰，在实际使用中能很好的满足要求；再利用基于频谱的特征提取算法对时域信号进行变换，提取特定参数来反映语音本质特征，本设计采用Mel频标倒谱系数MFCC方法，有效突出了有利于识别的信息，并抵抗噪声干扰；最后将特征信息与芯片中训练好的基于隐马尔科夫模型HMM算法的数学模型进行识别，此方法识别计算量少、适应性强，能得到良好的识别效果，识别结果保存在指定寄存器中，副控制器通过中断程序调用芯片寄存器中数据，并将数据通过串口传递给主控制器。

采集摇杆信息。摇杆具有(x,y)双轴模拟输出，通过A/D转换后可以收集到数据信息。根据数据信息有两种可行的控制方式，第一种是主控制器根据不同的数据大小通过判断可以做出模拟开关的作用，根据电压信号大小进行判断，输出前后左右开关信号；第二种是通过线性转化，转化关系为：(left,right)＝a×(x,y)。其中(left,right)为左右驱动电机PWM输出值，a为转化系数，这样即可对电机进行线性控制。

通过判断采集到的信息，在两种情况时主控制器会产生中断信号。当障碍物与轮椅距离D<SafeDistance时产生中断，此时主控制器给电机驱动发送停止信号，使电机紧急刹车；当姿态角异常时产生中断，主控制器给电机驱动发送停止信号，并记录此时GPS模块的定位信息，通过AT指令命令5G通讯模块将定位信息通过短信发送给紧急预设联系人。

步进电机的驱动是由主控制器向步进电机驱动电路发送PWM控制信号就能实现对步进电机的控制，PWM波的产生可以通过时钟频率、自动重装值等参数进行设置，调节PWM波的占空比和输出频率，进而控制步进电机的转速。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多功能智能轮椅控制系统，其特征是，包括控制器、安全决策模块、方向控制模块、报警模块和动力模块；控制器包括主控制器和副控制器；安全决策模块包括避障识别装置、轮椅状态识别装置和数据采集调理模块；方向控制模块包括摇杆和语音识别装置；主控制器与安全决策模块和方向控制模块连接；副控制器分别与主控制器和语音识别装置连接。

2.如权利要求1所述多功能智能轮椅控制系统，其特征是，避障识别装置包括分别设置在轮椅前方左、右角各两组、后方左、右角各一组超声波传感器和红外测距传感器。

3.如权利要求1所述多功能智能轮椅控制系统，其特征是，轮椅状态识别装置采用倾角-加速度传感器。

4.如权利要求1所述多功能智能轮椅控制系统，其特征是，语音识别装置采用基于非特定人语音识别技术SI-ASR的语音识别芯片；摇杆采用二维双轴模拟摇杆。

5.如权利要求1所述多功能智能轮椅控制系统，其特征是，报警模块包括GPS定位模块、5G通信模块、LED和扬声器。

6.如权利要求1所述多功能智能轮椅控制系统，其特征是，动力模块包括电机驱动以及步进电机。

7.如权利要求1-6任一项所述的多功能智能轮椅控制系统的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、系统初始化；包括对控制器各功能寄存器变量初始化，以及GPS模块接收信号定位、5G模块与基站通信自检工作；

步骤2、采集环境、轮椅姿态信息、语音和摇杆信息；

步骤2.1、采集环境信息；六组超声波传感器和红外测距传感器工作，超声波传感器向外发送40kHz的方波，主控制器接收回波计算出距离；同时红外测距传感器以一定角度发射红外光束，通过其接收到的反射光线输出不同大小的电压信号，经过AD转换后输送给主控制器得出距离；

步骤2.2、采集轮椅姿态信息；倾角-加速度传感器工作，通过DMP数字运动处理器将原始数据转换为四元数输出给主控制器，主控制器通过解算得到俯仰角、偏航角、翻滚角的值，以此为依据建立轮椅当前的姿态模型；

步骤2.3、采集语音信息；通过麦克风收集声音信息，经过放大器放大、滤波器防混叠滤波、AD转换后，经过语音识别芯片对采集到的音频信号进行频谱分析、端点检测、特征提取和匹配输出识别结果，副控制器响应中断，读取语音识别芯片相应寄存器，经过判断输出控制信号，经过串口输送给主控制器；

步骤2.4、采集摇杆信息；摇杆输出(x,y)双轴模拟信号，通过A/D转换后将收集到数据信息传递给主控制器；

步骤3、驱动电机；主控制器根据步骤2所采集环境、轮椅、语音、摇杆信息给出当前电机驱动控制信号，驱动脉宽调至模块PWM输出，控制信号经过电机驱动模块输出给左右电机，完成轮椅的本体运动；

步骤4、等待中断；主控制器判断步骤2所采集环境信息和轮椅姿态信息，在判断为危险情况时响应中断，产生相应的应急信号，传递给LED、扬声器、GPS模块和5G通讯模块进行相应的报警工作。

8.如权利要求7所述的多功能智能轮椅控制系统的控制方法，其特征是，步骤2.2采集环境信息对于不同组超声波传感器和红外测距传感器设置不同的安全限制距离，当环境障碍物距离小于安全限制距离时，驱动电机紧急停止。

9.如权利要求8所述的多功能智能轮椅控制系统的控制方法，其特征是，步骤4的实现包括：当环境障碍物距离小于安全限制距离，进行声光报警；当前轮椅姿态信息显示轮椅侧翻或倾倒，进行定位并将信息发送给紧急联系人，同时进行声光报警。

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