CN113244062B - 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置 - Google Patents

一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113244062B
CN113244062B CN202110693107.9A CN202110693107A CN113244062B CN 113244062 B CN113244062 B CN 113244062B CN 202110693107 A CN202110693107 A CN 202110693107A CN 113244062 B CN113244062 B CN 113244062B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheelchair
user
gyroscope
information
angle
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.)
Active
Application number
CN202110693107.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113244062A (zh
Inventor
韩亚丽
姜维佳
史金飞
朱文亮
王垓然
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.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
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 Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN202110693107.9A priority Critical patent/CN113244062B/zh
Publication of CN113244062A publication Critical patent/CN113244062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113244062B publication Critical patent/CN113244062B/zh
Active 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
    • A61G5/10—Parts, details or accessories
    • A61G5/1051—Arrangements for 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
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/10—Parts, details or accessories
    • A61G5/1056—Arrangements for adjusting the seat
    • 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
    • A61G5/1056—Arrangements for adjusting the seat
    • A61G5/1067—Arrangements for adjusting the seat adjusting the backrest relative to the seat portion
    • 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
    • A61G5/1056—Arrangements for adjusting the seat
    • A61G5/1072—Arrangements for adjusting the seat rotating the whole seat around a vertical axis
    • 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
    • A61G2203/12—Remote controls
    • 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
    • A61G2203/18—General characteristics of devices characterised by specific control means, e.g. for adjustment or steering by patient's head, eyes, facial muscles or voice
    • 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
    • A61G2203/42—General characteristics of devices characterised by sensor means for inclination

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明具体公开了一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置，通过使用者腰上的第一陀螺仪获取使用者的位姿信息；通过固定在轮椅上的第二陀螺仪获取因使用者变换位姿引起的轮椅的座椅位姿变化信息；将所述使用者的位姿信息和座椅位姿变化信息输入控制板处理，所述控制板包括主控制器和副控制器，所述使用者的位姿信息输入主控制器，所述椅位姿变化信息输入副控制器，主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接，副控制器将处理后的椅位姿变化信息传输至所述主控板进行处理，以校正使用者的位姿信息，输出使用者相对于轮椅的相对位姿信息；将所述相对位姿信息输入轮椅上的驱动控制模块，输出驱动指令，轮椅上的电机按照指令运转。

Description

一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置
技术领域
本发明涉及智能轮椅姿态控制领域，具体涉及一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置。
背景技术
我国人口老龄化问题日益严重，同时，由意外事故所造成的运动功能障碍患者的数量也在逐年增加，人们对于助行器械的需求也随之增长。而现有的电动轮椅大多采用摇杆控制方式，无法远距离控制,交互方式不够直观与便捷，轮椅车的控制方式也缺乏智能化，无法满足随着科技发展而增长的用户需求。
同时，具有自动行驶、自动避障规划的智能轮椅由于价格昂贵、形式稳定性差等缺点仍然处于实验室研究阶段，很难实现大规模商用。
目前，大部分智能轮椅采用传统手柄操作，其中也有相关方案采用姿态进行相关轮椅控制，相关的具体方案如下：
中国专利(CN103385791A)的技术方案：该轮椅在座椅底部通过支撑弹簧和角向球节端关节轴承与车体连接，且在座椅的底部安装有x1、y1两套空间角度传感器，在车体中安装有x2、y2两套空间角度传感器。残疾人姿态控制多功能轮椅，利用空间角度去测量人体倾角，通过人体坐姿去控制轮椅的运动。
该方案虽能通过调节姿态进行轮椅的姿态控制，解决了传统手柄控制的弊端，但是还存在着以下缺点：
残疾人通过前倾、后倾等动作控制轮椅时，当身体动作较大角度时，此时轮椅速度较大，极易造成轮椅的失衡，对于使用者造成健康威胁。
发明内容
基于以上不同方案，本专利采用一种基于双陀螺仪姿态控制智能轮椅的装置，通过改造传统手柄控制轮椅，在轮椅上增加姿态控制装置，无需借助对于智能轮椅内部结构的和本身驱动控制模块的改装，即可实现使用者姿态控制轮椅状态，方便又安全，适用于老年使用者和残疾人群的自主出行。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法，所述控制方法包括：
通过使用者腰上的第一陀螺仪获取使用者的位姿信息；通过固定在轮椅上的第二陀螺仪获取因使用者变换位姿引起的轮椅的座椅位姿变化信息；
将所述使用者的位姿信息和座椅位姿变化信息输入控制板处理，所述控制板包括主控制器和副控制器，所述使用者的位姿信息输入主控制器，所述椅位姿变化信息输入副控制器，主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接，副控制器将处理后的椅位姿变化信息传输至所述主控制器进行处理，以校正使用者的位姿信息，输出使用者相对于轮椅的相对位姿信息；
将所述相对位姿信息输入轮椅上的驱动控制模块，输出驱动指令，轮椅上的电机按照指令运转。
进一步优选的，主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接，优选为WIFI通讯。
进一步的，所述相对位姿信息包括相对倾斜角α，所述相对倾斜角α＝α1-α2-R2，其中，α1是第一陀螺仪所测得的人体倾斜绝对角，α2为初始校准值，R2是第二陀螺仪所测的轮椅对地的绝对倾斜角，α处于前进阈值范围内时，发送前进指令控制轮椅前进；当处于后退角度阈值范围时，发送后退指令，控制轮椅后退。
进一步优选的，当人体相对轮椅的倾斜角α较小时，轮椅速度随着时间增大，当相对倾斜角α较大的时候，轮椅速度随着时间减小，以保证轮椅控制的安全性。
进一步的，所述相对位姿信息包括还包括相对转向角θ，θ＝Y1-P2，其中，Y1是第一陀螺仪所测得的人体对地转动的绝对转向角，P2是第二陀螺仪所测得的轮椅对地转动的绝对角，角θ处于左转阈值范围时，发送左转控制指令，控制轮椅左转；当θ处于右转角度阈值范围时，发送右转指令，控制轮椅右转。
进一步的，当前后运动状态保持一段时间后，指令锁死，保持当下的运动状态，此时，使用者能够放松身体，小幅度活动身体，不会影响轮椅运动状态，此时，只有当身体右转一定角度后，轮椅运动状态停止。
进一步的，当前后运动状态保持一段时间后，指令锁死，保持当下的运动状态具体方法为：通过两个变量Flag0，Flag记录每一次指令前后角度的模糊状态，将准确的角度转化为前后左右四个模糊量；当两者相同时，将后状态压入前一变量，以便接收下一次状态，同时增加计时，当计时达到15s时将当下状态+1锁死；若不相同，同样也将后状态压入前一变量，但清空计时。
进一步的，考虑到安全性问题，需要对轮椅速度的大小进行控制，通过人在运动方向上相对倾角的大小对速度进行微调，当相对倾角在较小范围内的时候，速度随着时间的增大而增大，但不超过最大时速的90％；当相对倾角在较大范围内的时候，速度随时间的增大而减小，但不小于最大时速的30％，整个变速的过程约为10s，在指令保持阶段，时速由前置变速阶段的最终速度决定。
进一步的，考虑到人的倾斜是一个不稳定且模糊的状态，所以相对的倾斜较大角度和倾斜较小角度也是一组模糊的概念，对于这种模糊量的变化，通过概率和变化趋势来将具体的角度转化为相对的模糊概念，在一个测量周期内，当绝大多数的相对角度都较小时，便考虑为加速请求；当大多数的相对角度都较小时，便考虑减速请求。同时，当相对角度都向较小方向成较整齐的变化时，也可以考虑为是加速请求，反之亦然。
第二方面，本发明提供一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制装置，包括：
第一惯性测量单元：获取使用者的位姿信息；
第二惯性测量单元：获取座椅位姿变化信息；
主控制器：用于收集和处理使用者的位姿信息和副控制器处理的座椅位姿变化信息；
副控制器：用于收集椅位姿变化信息，以校正使用者的位姿信息；
第一通讯模块：用于将副控制器处理的座椅位姿变化信息传输至主控制器；优选为WIFI通讯模块；
第二通讯模块：用于将主控板输出信息传输至轮椅上的驱动控制模块；优选为蓝牙通讯模块；
优选的，所述第一惯性测量单元、主控制器为一体化模块嵌入腰带，佩戴在使用者腰部，且还嵌入了第一通讯模块和第二通讯模块，分别用于与副控制器和驱动控制模块进行信息传输。
优选的，所述第二惯性测量单元、副控制器为一体化模块，安装于座椅上，且还嵌入了第一通讯模块，用于与主控制器进行信息传输。
优选的，所述第一惯性测量单元通过串口将数据发送至主控制器。
优选的，所述第二惯性测量单元通过IIC将数据发送至副控制器，
优选的，所述姿态控制装置还包括语音识别模块，所述主控制器预设有语音控制模式和身体姿态控制模式，在语音控制模式中，通过识别使用者的“前进”“后退”“左转”“右转”的语音指令控制轮椅的运动状态。
有益效果：本发明提供的一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置，将副控制器固定在智能轮椅的底座上，主控制器固定在使用者腰带上，使用者能够通过调整身体姿态即可进行轮椅的状态控制，同时，当使用保持状态功能时，使用者可以进行自由活动，不需要一直保持触发状态；此外，使用者还可以切换语音模式，使用语音进行操控。
附图说明
图1为具体实施方式中所述姿态控制装置佩戴、安装位置图；
图2为具体实施方式中所述装置控制轮椅前进示意图；
图3为具体实施方式中所述装置控制轮椅后退示意图；
图4为具体实施方式中所述装置控制轮椅右转示意图；
图5为具体实施方式中所述装置控制轮椅左转示意图；
图6为具体实施方式中所述装置控制模块说明图；
图7为具体实施方式中所述姿态控制流程图；
图8为具体实施方式中所述轮椅状态保持方法流程图；
图中：1主控制器，2副控制器，3轮椅。
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,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例中发明装置主要包括两部分，如图6所示，收集身体姿态和与智能轮椅通讯的主控制板部分、校正身体姿态的副控制板部分：
本实施例中主控制板硬件包括如下：
(1)主控制器：本次控制装置主控制板采用STM32控制器，该系列在集成一流的外设和低功耗、低电压运行等基础上实现了高性能，同时还以可接受的价格实现了高集成度，并具有简单的架构和简便易用的工具。
(2)主控制板陀螺仪：本次控制装置主控制板采用惯性测量单元—JY61,该模块能够准确的输出人体与轮椅的绝对角度值，轮椅电机的状态控制也由该单元的数据决定。
(3)蓝牙通讯模块单元：本次控制装置主控制板采用串口透传蓝牙模块，能够与智能轮椅的控制系统实现稳定的传输数据。
(4)WIFI模块单元：本次控制装置主控制板采用WIFI串口通讯模块，具有通讯距离远、数据透传稳定等特点，此模块主要用于与副主控制板的数据传输。
(5)语音模块单元：本次控制装置主控制板采用语音识别模块，能够识别各种轮椅指令，控制轮椅状态。
实施例中主控制板预设有语音控制模式和身体姿态控制模式。此模块将用于语音控制智能轮椅。在语音控制模式中，使用者可以通过“前进”“后退”等语音指令控制智能轮椅的状态；
(6)显示触摸屏单元：本装置使用2.4寸触摸显示屏模块，该模块能够显示行驶状态、蓝牙连接状态等情况，同时能够自由选择连接周围蓝牙设备，做到自由与便捷。
本实施例中副控制板硬件包括如下：
(1)主控制器：本控制装置采用STM32控制器，该系列在集成一流的外设和低功耗、低电压运行等基础上实现了高性能，同时还以可接受的价格实现了高集成度，并具有简单的架构和简便易用的工具。
(2)副控制板陀螺仪：副控制板需采用惯性测量单元—ATK-MPU6050模块，用副板陀螺仪读取轮椅对地的三个姿态角，本专利中该模块通过IIC将数据发送至副板主处理器，用于校正身体姿态。
(3)WIFI模块单元：本次控制装置主控制板采用WIFI串口通讯模块，具有通讯距离远、数据透传稳定等特点，此模块主要用于与主控制板的数据传输。
本实施例中，所使用的轮椅安装蓝牙通讯单元—RF-BM-S02从模块，该模块能够与主控制板进行数据控制，从而控制轮椅电机模块。其中，与轮椅和副控制板通讯的主控制板通过腰带系在使用者腰上，与主控制板通讯的副控制板固定在使用轮椅座椅后面。
对比目前的技术，本实施例将陀螺仪与手柄控制型轮椅相结合，通过陀螺仪的读数来控制轮椅的状态，同时，由于陀螺仪的读数缺陷，使用副控制板与主控制板校正，使得主控制板读数为人体转动相对值，大大提高轮椅控制的准确性与实用性，也为使用者带去了舒适。
如图2和图3所示，实施例中，考虑到轮椅靠背可以调节，人的坐姿也会因为轮椅的靠背的角度而改变，所以主板得到的数据需要进行一个初始调零，即，当人坐好后记录当下的姿态角度，用于校准后续的相对姿态变化，满足关系式(1)
R1＝α1-α2 (1)
其中α1是主板陀螺仪所测得的人体倾斜绝对角，α2为初始校准值。
实施例中，当身体前后倾时，主控制板输出人体姿态相对Roll角α处于前进阈值范围内时，发送前进指令控制轮椅前进；当处于后退角度阈值范围时，发送后退指令，控制轮椅后退，α满足关系式(2)
α＝R1-R2 (2)
其中R1是人体倾斜相对ROLL角度，即关系式(1)的R1，R2是副板陀螺仪所测的轮椅对地的绝对ROLL角度。
实施例中，如图4和图5所示，当身体左右转动时，主控制板输出人体姿态相对Yaw角θ处于左转阈值范围时，发送左转控制指令，控制轮椅左转；当θ处于右转角度阈值范围时，发送右转指令，控制轮椅右转，θ满足关系式(3)
θ＝Y1-P2 (3)
其中，Y1是主板陀螺仪所测得的人体对地转动的Yaw绝对角，P2是副板陀螺仪所测得的轮椅对地转动的Pitch绝对角。
当前后运动状态保持一段时间后，指令锁死，保持当下的运动状态，此时，使用者能够放松身体，小幅度活动身体，不会影响轮椅运动状态，此时，只有当身体右转一定角度后，轮椅运动状态停止。
实施例中，通过上式(2)(3)计算产生的身体姿态转动实际角度，从而产生对智能轮椅的前进、后退、左转、右转方向的控制指令，进而通过蓝牙通讯实现对与智能轮椅电机的控制，实现对于智能轮椅的控制。
本实施例，其中前后左右的角度阈值满足下表:
状态 α θ
前进 [-20,-10]([0xf100,0xf8ff])
后退 [10,20]([0x0700,0x0eff])
左转 [10,20]([0x0700,0x0eff])
右转 [-20,-10]([0xf100,0xf8ff])
本实施例中，当副控制板测得ROLL在一段时间内持续增大，则判定为使用者正在上坡，则轮椅速度挡位增大，以减小上坡难度，同时，使用者前倾角度也相应减少。当副控制板测得ROLL在一段时间内持续减少，则判定为使用者正在下坡，则轮椅速度挡位明显减小，以规避下坡的风险，同时，使用者后仰角度也相应减少。同理，当副控制板测Yaw角出现变化时，使用者的左右转角度也会相应的变化，以此来提高使用者的安全性以及便利性。
本实施例中，考虑到安全性问题，需要对速度的大小进行控制。通过人的在运动方向上相对倾角的大小对速度进行微调，当相对倾角在较小范围内的时候，速度随着时间的增大而增大，但不超过最大时速的90％(七档)；当相对倾角在较大范围内的时候，速度随时间的增大而减小，但不小于最大时速的30％(三档)，整个变速的过程约为10s，在指令保持阶段，时速有前置变速阶段的最终速度决定。
本实施例中，考虑到人的倾斜是一个不稳定且模糊的状态，所以相对的倾斜较大角度和倾斜较小角度也是一组模糊的概念。对于这种模糊量的变化，通过概率和变化趋势来将具体的角度转化为相对的模糊概念。在一个测量周期内，当绝大多数的角度都较小时，便考虑为加速请求；当大多数的角度都较小时，便考虑减速请求。同时，当角度都向较小方向成较整齐的变化时，也可以考虑为是加速请求，反之亦然。
如图7所示，姿态控制装置原理：将主副控制板陀螺仪角度相结合，能够计算出人体姿态的相对变化能够通过人体姿态角度变化来控制智能轮椅的前进、后退、左转、右转。同时通过相应的算法实现常用前进保持功能，使得使用者在前进时，可以自由活动，无需时刻姿态控制；
如图8所示，前进保持功能方法为：通过两个变量Flag0，Flag记录每一次指令前后角度的模糊状态，将准确的角度转化为前后左右四个模糊量。当两者相同时，将后状态压入前一变量，以便接收下一次状态，同时增加计时，当计时达到5s时将当下状态+1锁死；若不相同，同样也将后状态压入前一变量，但清空计时。只有当左转超过30度时，才能打断保持状态，使得轮椅停止。具体流程见图8保持流程图。
本实施例的工作方式：首先需要将副控制板固定在轮椅平台上，随后打开轮椅底部离合开关，使用者系上安全带以及腰部主控制板，按下电源按钮，使用主控制板选择轮椅对应的蓝牙连接，连接成功后，身体前倾即可使得轮椅前进，身体后仰即可使得轮椅后退，身体左扭即可使得轮椅左转，身体右扭即可使得轮椅右转，身体前倾保持5秒即可使得轮椅保持前进，身体可以自由小幅度运动，只有当身体大幅度右转时，轮椅运动停止。使用者在前进后退的非保持阶段，可以通过身体的倾斜幅度来进行速度大小挡位的改变，即给出了改变速度的途径，也为特殊情况下被迫大幅度前倾会遇到的可能安全问题提供了保障。
本实施例中控制装置，与其他同类装置相比，具有以下优点：
使用者只需要通过身体的幅度变化，即可进行智能轮椅状态控制，方便快捷，同时，由于装置无需借助智能轮椅的改装，使用者的安全得到一点的保障，真正做到既方便又安全。
本装置使用算法对于使用者常用指令做出保持功能，使用者只需保持状态一段时间，即可自由活动身体，使得使用者做到舒适自由。

Claims (8)

1.一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
通过使用者腰上的第一陀螺仪获取使用者的位姿信息；通过固定在轮椅上的第二陀螺仪获取因使用者变换位姿引起的轮椅的座椅位姿变化信息；
将所述使用者的位姿信息和座椅位姿变化信息输入控制板处理，所述控制板包括主控制器和副控制器，所述使用者的位姿信息输入主控制器，所述椅位姿变化信息输入副控制器，主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接，副控制器将处理后的椅位姿变化信息传输至所述主控制器进行处理，以校正使用者的位姿信息，输出使用者相对于轮椅的相对位姿信息；
将所述相对位姿信息输入轮椅上的驱动控制模块，输出驱动指令，轮椅上的电机按照指令运转；
所述相对位姿信息包括相对倾斜角α，所述相对倾斜角α＝α1-α2-R2，其中，α1是第一陀螺仪所测得的人体倾斜绝对角，α2为初始校准值，R2是第二陀螺仪所测的轮椅对地的绝对倾斜角，α处于前进阈值范围内时，发送前进指令控制轮椅前进；当处于后退角度阈值范围时，发送后退指令，控制轮椅后退；
所述相对位姿信息包括还包括相对转向角θ，θ＝Y1-P2，其中，Y1是第一陀螺仪所测得的人体对地转动的绝对转向角，P2是第二陀螺仪所测得的轮椅对地转动的绝对角，角θ处于左转阈值范围时，发送左转控制指令，控制轮椅左转；当θ处于右转角度阈值范围时，发送右转指令，控制轮椅右转。
2.根据权利要求1所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法，其特征在于，所述主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接。
3.根据权利要求1所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法，其特征在于，当人体相对轮椅的倾斜角α较小时，轮椅速度随着时间增大，当相对倾斜角α较大的时候，轮椅速度随着时间减小。
4.根据权利要求1所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法，其特征在于，当前后运动状态保持一段时间后，指令锁死，保持当下的运动状态，此时，使用者能够放松身体，小幅度活动身体，不会影响轮椅运动状态，此时，只有当身体右转一定角度后，轮椅运动状态停止。
5.一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制装置，其特征在于，包括：
第一惯性测量单元：获取权利要求1中所述的使用者的位姿信息；
第二惯性测量单元：获取权利要求1中所述的座椅位姿变化信息；
主控制器：用于收集和处理权利要求1中所述的使用者的位姿信息和副控制器处理的座椅位姿变化信息；
副控制器：用于收集权利要求1中所述的椅位姿变化信息，以校正使用者的位姿信息；
将所述使用者的位姿信息和座椅位姿变化信息输入控制板处理，所述控制板包括主控制器和副控制器，所述使用者的位姿信息输入主控制器，所述椅位姿变化信息输入副控制器，主控制器和副控制器之间通过无线通讯连接，副控制器将处理后的椅位姿变化信息传输至所述主控制器 进行处理，以校正使用者的位姿信息，输出使用者相对于轮椅的相对位姿信息；
将所述相对位姿信息输入轮椅上的驱动控制模块，输出驱动指令，轮椅上的电机按照指令运转；
所述相对位姿信息包括相对倾斜角α，所述相对倾斜角α＝α1-α2-R2，其中，α1是第一陀螺仪所测得的人体倾斜绝对角，α2为初始校准值，R2是第二陀螺仪所测的轮椅对地的绝对倾斜角，α处于前进阈值范围内时，发送前进指令控制轮椅前进；当处于后退角度阈值范围时，发送后退指令，控制轮椅后退；
所述相对位姿信息包括还包括相对转向角θ，θ＝Y1-P2，其中，Y1是第一陀螺仪所测得的人体对地转动的绝对转向角，P2是第二陀螺仪所测得的轮椅对地转动的绝对角，角θ处于左转阈值范围时，发送左转控制指令，控制轮椅左转；当θ处于右转角度阈值范围时，发送右转指令，控制轮椅右转；
第一通讯模块：用于将副控制器处理的座椅位姿变化信息传输至主控制器；所述第一通讯模块为WIFI通讯模块；
第二通讯模块：用于将主控板输出信息传输至轮椅上的驱动控制模块；优选为蓝牙通讯模块。
6.根据权利要求5所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制装置，其特征在于，所述第一惯性测量单元、主控制器为一体化模块嵌入腰带，佩戴在使用者腰部，且还嵌入了第一通讯模块和第二通讯模块，分别用于与副控制器和驱动控制模块进行信息传输。
7.根据权利要求5所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制装置，其特征在于，所述第二惯性测量单元、副控制器为一体化模块，安装于座椅上，且还嵌入了第一通讯模块，用于与主控制器进行信息传输。
8.根据权利要求5所述一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制装置，其特征在于，所述第一惯性测量单元通过串口将数据发送至主控制器。
CN202110693107.9A 2021-06-22 2021-06-22 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置 Active CN113244062B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110693107.9A CN113244062B (zh) 2021-06-22 2021-06-22 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110693107.9A CN113244062B (zh) 2021-06-22 2021-06-22 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113244062A CN113244062A (zh) 2021-08-13
CN113244062B true CN113244062B (zh) 2022-10-18

Family

ID=77189188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110693107.9A Active CN113244062B (zh) 2021-06-22 2021-06-22 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113244062B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115804695A (zh) * 2023-01-09 2023-03-17 华南脑控(广东)智能科技有限公司 一种融合双姿态传感器的多模态脑机接口轮椅控制系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103385791B (zh) * 2013-08-01 2015-09-02 济南大学 一种残疾人姿态控制多功能轮椅及控制方法
TWI564129B (zh) * 2015-11-27 2017-01-01 財團法人工業技術研究院 行動輔助機器人之姿態估測方法
CN106176081B (zh) * 2016-07-05 2018-08-21 国家康复辅具研究中心 一种包含加速度传感器的电动轮椅车防倾翻装置及方法
CN107233730A (zh) * 2016-08-31 2017-10-10 浙江玛拉蒂智能家具科技有限公司 基于姿态识别控制游戏的智能座椅、智能交互系统及方法
CN107232822A (zh) * 2016-08-31 2017-10-10 浙江玛拉蒂智能家具科技有限公司 一种基于姿态识别的智能座椅、智能交互系统及方法
CN108670594A (zh) * 2018-04-03 2018-10-19 上海工程技术大学 一种基于人工智能的主动式智慧看护轮椅
CN112472436A (zh) * 2020-12-09 2021-03-12 重庆大学 一种监测患者坐姿异常和应急控制的轮椅

Also Published As

Publication number Publication date
CN113244062A (zh) 2021-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110843614B (zh) 一种汽车座椅自适应调节方法及系统
CN109223461B (zh) 智能助行器控制系统
CN103230319B (zh) 一种轮椅座椅位姿调节机构
CN109124907B (zh) 一种多功能助行装置
CN110934697A (zh) 一种基于云平台的多功能智能轮椅的控制方法及设备
CN110308682B (zh) 一种背部按摩机器人控制系统及方法
CN203315197U (zh) 一种可重构的轮腿复合式轮椅车
CN204863717U (zh) 一种利用眼球追踪控制的轮椅
CN113244062B (zh) 一种基于双陀螺仪智能轮椅的姿态控制方法和装置
CN111714321B (zh) 一种集成重力测量设备的移动辅助装置和系统
CN103064283A (zh) 一种基于人体重心变化的自学习轮椅控制方法
CN103105302B (zh) 一种汽车驾驶员运动学和动力学参数测试系统
CN209879303U (zh) 一种多功能智能轮椅系统
CN205589021U (zh) 基于视野范围的主动式座椅调节器
US20200189092A1 (en) Assist device
CN206704003U (zh) 一种基于驾驶人身体特征的驾驶座椅自适应调节装置
CN103612695B (zh) 一种双控型两轮自平衡智能车
CN106923567A (zh) 一种智能健康椅坐姿数据收集方法
CN111643287B (zh) 一种安装于轮椅的体重测量系统和轮椅
CN206183508U (zh) 一种智能电动轮椅车结构
CN209662014U (zh) 一种全地形智能机器人轮椅车
CN109966068A (zh) 智能长者电动轮椅车
CN210698036U (zh) 一种轮椅
CN210872558U (zh) 一种基于体姿变换的多功能可控平台
Yokota et al. The electric wheelchair controlled by human body motion-Design of the prototype and basic experiment

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