CN118141620A - 一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质，能够越过较高障碍物，该轮椅采用常规级大小的轮毂电机，通过前脚踏板可旋转可升降的结构来支撑前轮越过障碍，座椅可通过旋转在前轮越障完成后支撑后轮抬起，完成后轮的越障。本发明能够保证采用较小尺寸的轮毂电机的同时能越过较高障碍，避免了因重心过高导致发生翻车的问题，同时该电动轮椅结构不仅能用于越障，其前脚踏板的可旋转可升降功能能够适应不同身高及腿长的人群使用。座椅的全方位旋转能够让使用者在任意方向上下轮椅，而无需移动轮椅本身，也可以方便地与周围人员或者环境交流和互动以及进行日常活动，无需移动整个轮椅，提高了使用者的舒适度和自主性。

Description

一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及辅助性移动设备技术领域，特别涉及一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质。

背景技术

电动轮椅的普及满足了广大腿脚不便人群的出行需求，这种轮椅能够应对大部分室内外场景，然而面对一些需要越过台阶等障碍物的情况，轮椅就显得比较被动。虽然大型商场等一部分功能场所已经在设计时考虑了无障碍通道的修建，但现实生活中依然有很多地方没有相应的无障碍通道。这时，一款具有自主越障功能的轮椅显得尤为重要。

一般为了能够越过更高的障碍，一些商家采用了更大的轮毂电机，这虽然会提高轮椅越障的高度，然而轮毂电机尺寸增大的同时会带来一些其他的问题。比如，1）使轮椅重量增加，导致轮椅更加笨重，更难携带和操控；2）轮毂电机尺寸的增大会影响轮椅的重心和稳定性，尤其在转弯和突然变向时，过高的重心会让轮椅发生侧翻或前后倾倒；3）大尺寸的轮毂电机会降低轮椅的机动性能，如在狭窄空间或者需频繁转弯的环境中更难操作。

也有一些基于履带式或者行星轮式等的越障轮椅，然而这种轮椅仅仅在一些特殊场景下比普通轮椅性能要好些。但在日常使用中，轮椅是在水泥路面或者一些其他结构化路面上工作，这时这些特种轮椅的优势就没那么明显，同时这些特种轮椅为了完成越障功能，通常其结构设计的极其复杂，成本高，而且对于越障，这些特种轮椅也只能越过特定高度内的障碍，不能随着障碍物高度的变化灵活提高越障高度，尤其是对于一些较高台阶的跨越，显得有些无力，这种结构相对复杂且该复杂结构只实现了单一的越障功能、越障高度有限的轮椅很难实际推广和应用。

发明内容

为了实现本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种电动轮椅的自主越障控制方法，包括以下步骤：

获取轮椅底盘前方与障碍物的距离，记为第一距离；

若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令，则进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动；

控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方；

控制轮椅继续往前运动，实时更新所述第一距离，直至所述第一距离达到进入越障程序阈值时，控制轮椅停止运动；

控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合；

控制所述前脚踏板伸长，直至所述第一距离发生突变时，控制所述前脚踏板停止伸长；

驱动后轮往前运动，并根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间后停止运动，以使前轮达到障碍物上表面；

控制座椅旋转第二预设角度后停止，然后控制所述前脚踏板伸长，同时监测底盘的俯仰角度；

若底盘的俯仰角度达到预设角度范围，则控制所述前脚踏板停止伸长，驱动前轮往前运动，并实时获取底盘后方与地面的距离，记为第二距离；

若所述第二距离发生突变，则控制前轮停止运动，控制所述前脚踏板收缩到收起状态；

控制所述座椅反方向旋转所述第二预设角度，实现自主越障。

进一步地，在所述控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方步骤之后还包括以下步骤：

获取底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，记为第三距离；

判断所述第三距离是否达到越障极限阈值；

若所述第三距离达到越障极限阈值，则退出自主越障流程；

若所述第三距离未达到越障极限阈值，则继续执行所述控制轮椅继续往前运动步骤。

进一步地，所述控制前脚踏板旋转第一预设角度包括以下步骤：

控制所述前脚踏板逆时针转动第一预设角度。

进一步地，所述控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合包括以下步骤：

控制所述前脚踏板顺时针转动；

若所述前脚踏板与所述前脚踏板下方的支撑轮之间的压力数据瞬时升高超过阈值，或所述前脚踏板顺时针转动角度达到第一预设角度，或，控制所述前脚踏板的旋转机构中电机的电流值超过阈值，则控制所述前脚踏板停止转动。

进一步地，所述第一距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断所述第一距离是否超过前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

若所述第一距离超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制所述前脚踏板停止伸长；

若所述第一距离未超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量未超过预设值，则控制所述前脚踏板继续伸长。

进一步地，所述根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间包括以下步骤：

获取前轮距离障碍物上表面的预设距离；

通过所述预设距离与所述后轮驱动速度计算后轮运动时间。

进一步地，所述第二距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断所述第二距离是否达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

若所述第二距离达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制前轮停止运动；

若所述第二距离未达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量未超过预设值，则驱动前轮继续往前运动。

进一步地，在所述若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令之后还包括以下步骤：

控制轮椅往前运动预设距离，并在轮椅往前运动的过程中实时更新所述第一距离；其中，所述预设距离小于所述越障阈值与所述进入越障程序阈值的差值；

若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量小于预设变化量，则调整所述前脚踏板，以使所述前脚踏板不遮挡测距传感器；

若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量不小于预设变化量，则继续执行所述进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动步骤。

本发明的第二目的是提供一种电动轮椅，应用上述的方法，包括底盘模块、座椅以及前脚踏板、惯性传感器、第一前测距传感器、后测距传感器、第一转动机构、第二转动机构、伸缩模块，所述底盘模块包括多个独立驱动的轮毂电机、底盘、用于驱动轮毂电机的轮毂电机驱动器以及主控芯片块，所述座椅与所述底盘转动连接，所述前脚踏板与所述座椅转动连接，所述第一前测距传感器、所述后测距传感器、所述伸缩模块安装在所述底盘上；

所述第一转动机构用于带动所述座椅旋转；

所述伸缩模块用于带动所述前脚踏板伸缩运动；

所述第二转动机构用于带动所述前脚踏板旋转；

所述惯性传感器用于测量轮椅倾斜角度；

所述第一前测距传感器用于测量底盘前方与障碍物的距离；

所述后测距传感器用于测量底盘后方与地面的距离；

所述主控芯片用于根据底盘前方与障碍物的距离、底盘后方与地面的距离、轮椅倾斜角度控制所述第一转动机构、所述伸缩模块、所述第二转动机构、所述轮毂电机驱动器，以实现轮椅自主越障。

进一步地，所述第一转动机构包括电机、齿轮组，所述电机与所述主控芯片通信连接，所述齿轮组与所述底盘的支撑架、所述座椅连接，所述电机通过所述齿轮组带动所述座椅旋转。

进一步地，所述伸缩模块包括丝杆模组、滑台、推杆芯棒，所述丝杆模组末端电机将转动转换成所述滑台的直线往复运动，所述滑台带动所述前脚踏板实现伸缩功能；

所述推杆芯棒用于定位、导向以及承受侧向载荷；

所述第二转动机构包括电机、齿轮箱，所述第二转动机构中的电机将动力输出给所述齿轮箱以带动所述丝杆模组端部的轴绕轴心转动，从而带动所述前脚踏板旋转。

进一步地，还包括运动控制模块、显示模块，所述运动控制模块用于控制轮椅的运动，所述显示模块用于显示轮椅运行数据以及开启自主越障功能。

进一步地，还包括支撑轮，所述支撑轮安装在所述前脚踏板的下方；

还包括第二前测距传感器，所述第二前测距传感器与所述主控芯片通信连接，所述第二前测距传感器用于检测所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，所述主控芯片根据所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离判断障碍物高度是否超过轮椅越障极限。

本发明的第三目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现上述的方法。

本发明的第四目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现上述的方法。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本发明提供一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质，能够越过较高障碍物，该轮椅采用常规级大小的轮毂电机，通过前脚踏板可旋转可升降的结构来支撑前轮越过障碍，座椅可通过旋转在前轮越障完成后支撑后轮抬起，完成后轮的越障。本发明能够保证采用较小尺寸的轮毂电机的同时能越过较高障碍，避免了因重心过高导致发生翻车的问题，同时该电动轮椅结构不仅能用于越障，其前脚踏板的可旋转可升降功能能够适应不同身高及腿长的人群使用。座椅的全方位旋转能够让使用者在任意方向上下轮椅，而无需移动轮椅本身，也可以方便地与周围人员或者环境交流和互动以及进行日常活动，例如桌上取餐、开门拿取物品等场景，无需移动整个轮椅，提高了使用者的舒适度和自主性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1的电动轮椅示意图；

图2为实施例1的底盘模块示意图；

图3为实施例1的前脚踏板、第一转动机构及伸缩模块示意图；

图4为实施例1的电动轮椅越障过程示意图；

图5为实施例1的座椅旋转不同位置示意图；

图6为实施例2的电动轮椅的自主越障控制方法流程图一；

图7为实施例2的电动轮椅的自主越障控制方法流程图二；

图8为实施例2的越障极限判断流程图；

图9为实施例3的多轮可独立升降的动平衡轮椅控制方法流程图；

图10为实施例4的存储介质示意图。

图中：1、座椅；2、显示模块；3、运动控制模块；4、伸缩模块；41、滑台；42、推杆芯棒；43、丝杆模组；5、第二转动机构中的电机；6、前脚踏板；7、齿轮箱；8、支撑轮；9、轮毂电机支撑架；10、底盘；11、轮毂电机；12、控制箱；13、支撑架；14、第一转动机构；141、电机；142、第一齿轮；143、第二齿轮；15、惯性传感器；16、第一前测距传感器；17、后测距传感器；18、第二前测距传感器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“部件”或“单元”可以混合地使用。

实施例1

一种电动轮椅，如图1-图3所示，包括底盘模块、座椅1以及前脚踏板6、惯性传感器15、第一前测距传感器16、后测距传感器17、第一转动机构14、第二转动机构、伸缩模块4，底盘模块包括多个独立驱动的轮毂电机11、底盘10、用于驱动轮毂电机的轮毂电机驱动器以及主控芯片块，座椅与底盘转动连接，即座椅可转动，前脚踏板与座椅转动连接，即前脚踏板可转动，第一前测距传感器、后测距传感器、伸缩模块安装在底盘上。

如图1、图2所示，底盘上的控制箱12包含轮毂电机驱动器以及主控芯片和外围电路等，其是轮椅的控制中心。轮毂电机采用轮椅常用的无刷轮毂电机，其较小的尺寸能够提供更好的底盘稳定性，同时可以减轻轮椅的整体重量，方便外出携带。底盘支撑以上部件，需要有一定的强度和刚度保障。轮毂电机支撑架9起到连接轮毂和底盘的作用。

图1-图2、图4-图5中均为包含四个轮毂电机的底盘模块，需要说明的是，底盘模块中轮毂电机的数量不仅限于四个，可以根据实际需求，设计多个轮毂电机，多个轮毂电机能够被独立驱动即可。

以图1-图2、图4-图5提供的底盘模块采用四个通用轮毂电机为例，在驱动时，前后轮同时采用差速控制的方式实现正常行进以及原地转弯等操作。

第一前测距传感器安装在底盘的前面，第一前测距传感器用于测量底盘前方与障碍物的距离；主控芯片根据底盘前方与障碍物的距离调整底盘与障碍物的距离以及判断前轮抬升高度是否足够越过障碍物。

后测距传感器安装在底盘的后面，并且朝向地面，后测距传感器用于测量底盘后方与地面的距离；主控芯片在越障时根据底盘后方与地面的距离判断后轮是否到达障碍物上方，进而完成前脚踏板的自动收起功能。

如图2所示，还包括第二前测距传感器18，第二前测距传感器安装在底盘的支撑架13上，第二前测距传感器与主控芯片通信连接，第二前测距传感器用于检测底盘的支撑架上预设位置（即第二前测距传感器的安装位置）与障碍物的距离，主控芯片根据底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离判断障碍物高度是否超过轮椅越障极限。

例如，若抬起前脚踏板45度，第二前测距传感器将不受前脚踏板的影响，此时若第二前测距传感器还能测量到底盘的支撑架与障碍物的距离在5m范围内，则说明障碍物高度到达甚至超过第二前测距传感器到地面的高度，该障碍物超过轮椅越障极限，此状态可以退出越障功能。

第一转动机构用于带动座椅旋转；如图2所示，第一转动机构包括电机141、齿轮组，电机与主控芯片通信连接，齿轮组与底盘的支撑架、座椅连接，电机带动齿轮组，可以间接带动座椅旋转。本实施例中，第一转动机构采用伺服电机驱动，动力由伺服电机输出轴传递到齿轮组的第一齿轮142再到第二齿轮143，第二齿轮和座椅固定连接，第二齿轮的转动带动座椅旋转，从而在底盘保持不动的情况下实现座椅的旋转，完成座椅180度或者任意角度的运动，用于转动180度支撑后轮抬起或者完成一些日常任务。

图5为座椅旋转至不同位置的示意图，除了上述的可以前后旋转180度外，还可以在其他任意方向进行360度旋转。在一些比较狭窄的道路，不方便掉头的地方，可以通过旋转座椅一百八十度来完成前后的转变，可以取消程序中掉头步骤，在室内等一些不方便底盘旋转的空间，可以通过旋转座椅至不同位置完成一些日常任务。

伸缩模块用于带动前脚踏板伸缩运动，第二转动机构用于带动前脚踏板旋转，即前脚踏板可以旋转和伸缩。如图3所示，伸缩模块包括丝杆模组43、滑台41、推杆芯棒42，滑台和前脚踏板连接，其另外一端和丝杠模组连接，丝杆模组末端电机将转动转换成滑台的直线往复运动，滑台带动前脚踏板实现伸缩功能；

推杆芯棒用于定位、导向以及承受侧向载荷；具体的，在越障升高车体时，推杆芯棒能承受侧向载荷，防止传动丝杠发生变形和损坏。

第二转动机构包括电机、齿轮箱，第二转动机构中的电机5将动力输出给齿轮箱7以带动丝杆模组端部的轴绕轴心转动，从而带动前脚踏板旋转。第二转动机构采用伺服电机驱动，伺服电机给整个前脚踏板的旋转提供动力源，其输出轴带有多圈绝对值编码器，可以保证系统在断电后不需要回零操作也可以知道当前输出轴角度值，进而可以控制前脚踏板到任意需要的位置，伺服电机将动力输出给齿轮箱，进而带动丝杠模组端部的轴绕轴心转动，从而带动整个前脚踏板旋转。

惯性传感器固定在底盘上，惯性传感器用于测量轮椅倾斜角度，也就是轮椅和地面的俯仰角度，在越障过程中抬升后轮时使用。本实施例中，固定在底盘上的惯性传感器为九轴惯性传感器（IMU），其和车身固连，可以监测车体和地面的倾斜角度，在越障时用来检测抬起后轮的高度是否和前轮保持平行。

主控芯片用于根据底盘前方与障碍物的距离、底盘后方与地面的距离、轮椅倾斜角度控制第一转动机构、伸缩模块、第二转动机构、轮毂电机驱动器，以实现轮椅自主越障。

如图1所示，还包括运动控制模块3，运动控制模块用于控制轮椅的运动，运动控制模块可以采用摇杆，例如采用电动轮椅通用控速摇杆，该摇杆可以完成轮椅常规路面的行进。

还包括显示模块2，显示模块用于显示轮椅运行数据（例如，轮椅运动速度、当前控速等级及避障信息等基本数据）以及开启自主越障功能。显示模块可以采用显示屏，该显示屏是轮椅与用户的主要交互接口。

如图1、图3所示，还包括支撑轮8，支撑轮安装在前脚踏板的下方，在越障时，支撑轮用于在台阶上表面支撑前脚踏板，避免对前脚踏板下方的磨损。

图4为自主越障过程示意图。如图4中(a)所示，首先轮椅底盘上的第一前测距传感器检测轮椅到障碍物的距离，当判定轮椅到障碍物的距离到达一定距离，而且底盘上的控制箱接收到用户发出的前进指令时，底盘进入自主越障的程序流程，此时底盘停止运动，以使轮椅和障碍物保持一定的距离。如图4中(b)所示，底盘停止以后，前脚踏板开始旋转45度，绕到障碍物上方一定距离，其中45度为程序预设值，可以根据实际情况进行设定，在旋转45度之后安装在底盘的支撑架上的第二前测距传感器不会受前脚踏板的影响，若此时第二前测距传感器的测量结果还是在5m（可以根据实际情况设置该距离阈值）以内，则说明障碍物超过该传感器高度，超过越障极限，退出越障流程。如图4中(c)所示，若满足越障高度，则底盘继续往前运动，通过第一前测距传感器测量距离以保证底盘距离障碍物保持一点间隙时停止运动。如图4中(d)所示，顺时针转动前脚踏板直到前脚踏板下面支撑轮和障碍物上表面贴合。如图4中(e)所示，丝杆模组开始运动，带动前脚踏板开始伸长，在此同时判断第一前测距传感器到障碍物距离是否发生突变，若发生突变，则说明底盘已经位于障碍物上方，此时停止丝杠模组运动，轮毂电机足够运动到障碍物上面，驱动后轮继续往前运动，根据后轮驱动速度，设定一定时后停止后轮运动，此时如图4中(f)所示，前轮已到达障碍物上表面。通过电机带动齿轮传动，从而带动座椅部分旋转，直到座椅刚好旋转180度时停止，此时如图4中(g)所示。此时，丝杠模组开始运动，直到通过前脚踏板将后轮撑起，在撑起过程中，通过底盘上安装的IMU传感器读取底盘的俯仰角度，当俯仰角度在零值附近时，停止丝杠模组运动，此时状态如图4中(h)所示。驱动前轮运动，并实时读取后测距传感器测量的数据，当读取底盘到距离地面的高度发生突变，说明后轮已经位于障碍物上面，此时，停止驱动前轮运动，当前状态如图4中(i)所示。收缩前脚踏板模块到正常收起状态，此时如图4中(j)所示。座椅旋转180度回到正常位置，此时如图4中(k)所示。此时,越障程序完成，结束该程序，进入正常直行状态，由用户的摇杆接控底盘运动。

在一些实施例中，可以通过结构设计使前脚踏板的最大伸长限度及转动角度不遮挡第一前测距传感器，使得第一前测距传感器能够正常测量底盘前方与障碍物的距离。

在另一些实施例中，可以通过第一前测距传感器在轮椅行进过程中测量的距离来判断前脚踏板是否遮挡第一前测距传感器正常测量底盘前方与障碍物的距离，若判定发生了遮挡，可以提示用户自主调整前脚踏板，以使前脚踏板不遮挡测距传感器，例如，缩短前脚踏板的长度以及旋转前脚踏板等，还可以自动调整前脚踏板至预先设定的位置，以使前脚踏板不遮挡测距传感器。

本实施例提供的电动轮椅的自主越障功能采用自动化的方式来实现，越障过程中通过固定于底座的IMU传感器、第一前测距传感器、第二前测距传感器和后测距传感器等传出的数据辅助完成自主越障。除了自主越障功能外，通过调节前脚踏板的旋转角度，用户可以舒适的姿势乘坐轮椅，提高了用户的使用体验，前脚踏板的伸缩功能也能更好地适应不同身高的人群。

关于电动轮椅的自主越障控制方法的详细描述，可以参照下述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。

本实施例提供一种可用于越障的电动轮椅，在保证了良好路况下的行驶外，加入了越障的功能，这种越障功能相较于现有的带有越障功能的轮椅来说，能越过更高的台阶障碍，结构更加简单，加工制造难度更低。同时，自动化的越障能减少使用者操作的难度，提供了更加舒适的使用体验。

该电动轮椅的前脚踏板的旋转和伸缩功能，除了在越障时可以使用，还可以用于不同身高人群日常乘坐时的个性化腿部调节，通过调节伸缩可以适应不同的身高，通过调节旋转角度可以让腿部摆放在舒适的角度。

座椅的旋转结构能够保证在底盘方向不做调整的同时能够灵活地旋转身体的朝向，用于在一些狭窄、不方便底盘调整的地方灵活调整转向来完成一些任务。

实施例2

一种电动轮椅的自主越障控制方法，通过上述的电动轮椅实现。关于电动轮椅的详细描述，可以参照上述电动轮椅实施例中的对应描述，在此不再赘述。如图6、图7所示，该方法包括以下步骤：

S1、获取轮椅底盘前方与障碍物的距离，记为第一距离；该第一距离是通过实施例1中的第一前测距传感器测量得到。

S2、若第一距离达到越障阈值且接收到前进指令，则进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动，以使轮椅与障碍物保持一定的距离，如图4中(a)所示。例如，图6中的越障阈值设置为400mm。需要说明的是，越障阈值可以根据实际需求设置，不限于上述数值。

其中，可以通过轮椅运动指令中Vel.x是否大于零来判断是否为前进指令，若Vel.x大于零，则判定为前进指令，若Vel.x不大于零，则判定为不是前进指令。

S3、底盘停止以后，控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使前脚踏板绕到障碍物上方，如图4中(b)所示。

本实施例中，控制前脚踏板旋转第一预设角度包括以下步骤：

控制前脚踏板逆时针转动第一预设角度。例如，控制前脚踏板逆时针旋转45度，绕到障碍物上方一定距离，其中，45度为程序预设值，可以根据实际需求设定该角度值。

在控制前脚踏板逆时针旋转45度后，底盘的支撑架上的第二前测距传感器不会受前脚踏板的影响。如图8所示，在控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使前脚踏板绕到障碍物上方步骤之后还包括以下步骤：

S301、获取底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，记为第三距离；

S302、判断第三距离是否达到越障极限阈值；

S303、若第三距离达到越障极限阈值，则退出自主越障流程；例如，若此时第三距离还是在5m以内，则说明障碍物超过该传感器高度，超过越障极限，退出越障流程；

S304、若第三距离未达到越障极限阈值，则说明满足越障高度，继续执行S4步骤。

S4、若满足越障高度，控制轮椅继续往前运动，实时更新第一距离，直至第一距离达到进入越障程序阈值时，控制轮椅停止运动，以使底盘与障碍物保持一点间隙，如图4中(c)所示。例如，图6中的进入越障程序阈值设置为150mm。需要说明的是，进入越障程序阈值可以根据实际需求设置，不限于上述数值。

S5、控制前脚踏板转动直至前脚踏板底部与障碍物上表面贴合，如图4中(d)所示。具体包括以下步骤：

控制前脚踏板顺时针转动；

若前脚踏板与前脚踏板下方的支撑轮之间的压力数据瞬时升高超过阈值，或前脚踏板顺时针转动角度达到第一预设角度，或，控制前脚踏板的旋转机构中电机的电流值超过阈值，则控制前脚踏板停止转动。

具体的，可以通过在前脚踏板和支撑轮之间安装压力传感器来实现，即在支撑轮与障碍物上表面贴合后继续旋转前脚踏板，此时压力数据瞬时升高。因此，可以判断当前压力是否超过设置的阈值，如设置阈值为10N。若超过该值，则说明表面已经贴合，停止旋转。

在抬升前脚踏板时，系统预先设置了抬升角度（即第一预设角度）为45度，此时再顺时针旋转45度即可回到原位附近。

在支撑轮与障碍物上表面贴合后继续旋转前脚踏板，为了维护匀速，受负载影响，此时控制前脚踏板旋转的电机电流值会剧增，在程序中通过实时读取电机电流并判断其是否超过一定阈值，如设置阈值为2A，若超过，则说明已贴合，停止旋转前脚踏板。

S6、控制前脚踏板伸长，直至第一距离发生突变时，控制前脚踏板停止伸长，如图4中(e)所示；具体的，通过控制丝杆模组运动带动前脚踏板伸长，通过控制丝杆模组停止运动，实现前脚踏板停止伸长。

本实施例中，底盘的支撑架上的第二前测距传感器对应的越障极限阈值在设计时保证了轮椅的重心刚好不会超过轮椅本体的范围，故在越障极限高度内，越障过程不会发生翻车。

本实施例中，第一距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断第一距离是否超过前轮抬起高度阈值，或第一距离在单位时间内变化量是否超过预设值；例如，图6中的前轮抬起高度阈值设置为300mm。需要说明的是，前轮抬起高度阈值可以根据实际需求设置，不限于上述数值。

由于在前轮抬起过程中，第一前测距传感器一直能测到障碍物侧面的距离，若第一距离发生突变，则说明第一前测距传感器越过了障碍物侧面，按照此时的状态，测量方向倾斜射向空中，可以设置前轮抬起高度阈值，若测量过程中突然超过前轮抬起高度阈值，说明底盘抬升高度足够用于越障。

由于第一前测距传感器越过障碍物侧面之前，第一距离是在一个小范围内波动的，不会达到无障碍状态对应的距离范围。基于此，为了适配更多的轮椅结构，还可以通过第一距离在单位时间Δt内变化量来判断第一距离是否发生突变。

若第一距离超过前轮抬起高度阈值，或第一距离在单位时间内变化量超过预设值，则说明底盘已经位于障碍物上方，此时控制丝杠模组停止运动，前脚踏板停止伸长，轮毂电机足够运动到障碍物上面；

若第一距离未超过前轮抬起高度阈值，或第一距离在单位时间内变化量未超过预设值，则控制前脚踏板继续伸长。

S7、驱动后轮往前运动，并根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间后停止运动，以使前轮达到障碍物上表面，如图4中(f)所示；其中，根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间包括以下步骤：

获取前轮距离障碍物上表面的预设距离；

通过预设距离与后轮驱动速度计算后轮运动时间。例如，在前轮抬起地点与前轮到达障碍物上方的地点之间距离一般为30cm左右，若此时程序中给后轮下发的前进目标速度为v, 则可以计算得到该运动时间为30cm/v。

S8、前轮已到达障碍物上表面，控制电机带动齿轮传动，从而带动座椅部分旋转，直至座椅旋转第二预设角度（例如，旋转180度）后停止，然后控制丝杠模块运动，以使前脚踏板伸长，通过前踏板将后轮撑起，同时在撑起过程中监测底盘的俯仰角度，如图4中(g)所示；具体的，通过底盘上安装的IMU传感器读取底盘的俯仰角度。需要说明的是，第二预设角度不仅限于180度，可以根据实际情况设置该角度值。

S9、若底盘的俯仰角度达到预设角度范围，则控制丝杆模组停止运动，以使前脚踏板停止伸长，说明此时前脚踏板已将后轮撑起，如图4中(h)所示,驱动前轮往前运动，并实时获取底盘后方与地面的距离，记为第二距离；

本实施例中，将预设角度范围设置为零值附近。通常，由于IMU传感器本身输出角度精度的问题导致虽然座椅已经平衡，但实际IMU传感器输出角度不是0值，或者由于IMU传感器输出和电缸伸缩执行存在滞后的原因，此处的零值附近是一个范围。在后轮抬起过程中，一旦IMU传感器得到的角度值到该范围即满足平衡要求，说明轮椅平行于地面，通过综合考虑IMU传感器的精度、传感器和执行器的响应滞后时间，以及使用者对于平衡的体感感受，此范围可以为0度±角度阈值。例如，图6中的角度阈值设置为3度，此时。预设角度范围为0度±3度。需要说明的是，角度阈值可以根据实际需求设置，不限于上述数值。

S10、若第二距离发生突变，则说明后轮已经位于障碍物上面，此时控制前轮停止运动，即设置轮椅运动速度Vel.x为0，如图4中(i)所示,控制前脚踏板收缩到正常收起状态,如图4中(j)所示；其中，第二距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断第二距离是否达到后轮高度阈值，或第二距离在单位时间内变化量是否超过预设值；例如，图6中的后轮高度阈值设置为70mm。需要说明的是，后轮高度阈值可以根据实际需求设置，不限于上述数值。

在轮椅出厂后，底盘的高度（也即轮椅后面测距模块测量得到的距地高度）是一个定值，记为后轮高度阈值，在平整路面，传感器读取得到的数值在后轮高度阈值附近波动，根据传感器精度以及路面的起伏，波动范围不同，此处假设其为正负3cm，在图中h状态，此时测量得到的距地高度远高于后轮高度阈值，假设当前距地高度为BD，则在由h到i的状态过程中,实际测量得到的距离值在BD±3cm范围内波动，在到达i状态时，此时四轮都着地，传感器得到的数据回到后轮高度阈值附近波动。故可以得到在h到i的过程中，若当前传感器数据减去上一时刻的数据（记为Δ）大于波动误差3cm，说明到达i状态，为了防止偶尔误差，此处设置突变数据为5cm，即当Δ大于5cm，说明后轮到达障碍物上面。

若第二距离达到后轮高度阈值，或第二距离在单位时间内变化量超过预设值，则说明后轮已到达障碍物上面，控制前轮停止运动；

若第二距离未达到后轮高度阈值，或第二距离在单位时间内变化量未超过预设值，则驱动前轮继续往前运动。

S11、控制座椅反方向旋转第二预设角度,如图4中(k)所示，实现自主越障。例如，控制座椅较S8步骤中的旋转方向再反方向旋转180度，回到正常位置。此时越障程序完成，结束该程序，进入正常直行状态，由用户的摇杆接控底盘运动。

在一些实施例中，可以通过结构设计使前脚踏板的最大伸长限度及转动角度不遮挡第一前测距传感器，使得第一前测距传感器能够正常测量底盘前方与障碍物的距离。

在另一些实施例中，可以通过第一前测距传感器在轮椅行进过程中测量的距离来判断前脚踏板是否遮挡第一前测距传感器正常测量底盘前方与障碍物的距离，若判定发生了遮挡，可以提示用户自主调整前脚踏板，以使前脚踏板不遮挡测距传感器，例如，缩短前脚踏板的长度以及旋转前脚踏板等，还可以自动调整前脚踏板至预先设定的位置，以使前脚踏板不遮挡测距传感器。具体的，在若第一距离达到越障阈值且接收到前进指令之后还包括以下步骤：

控制轮椅往前运动预设距离，并在轮椅往前运动的过程中实时更新第一距离；其中，预设距离小于越障阈值与进入越障程序阈值的差值；

若在轮椅往前运动的过程中第一距离在单位时间内的变化量小于预设变化量，则调整前脚踏板，以使前脚踏板不遮挡测距传感器；例如，可以提示用户自主调整前脚踏板，以使前脚踏板不遮挡测距传感器，包括缩短前脚踏板的长度以及旋转前脚踏板等，还可以自动调整前脚踏板至预先设定的位置等，以使前脚踏板不遮挡测距传感器；

若在轮椅往前运动的过程中第一距离在单位时间内的变化量不小于预设变化量，则继续执行进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动步骤。

本实施例提供一种电动轮椅的自主越障控制方法，在保证了良好路况下的行驶外，加入了越障的功能，这种越障功能相较于现有的有越障功能的轮椅来说，能越过更高障碍的台阶，结构更加简单，加工制造难度更低。同时，自动化的越障能减少使用者操作的难度，提供了更加舒适的使用体验。

该轮椅前脚踏板的旋转和伸缩功能，除了在越障时可以使用，还可以用于不同身高人群日常乘坐时的个性化腿部调节，通过调节伸缩可以适应不同的身高，通过调节旋转角度可以让腿部摆放在舒适的角度。

座椅的旋转结构能够保证在底盘方向不做调整的同时能够灵活地旋转身体的朝向，用于在一些狭窄、不方便底盘调整的地方灵活调整转向来完成一些任务。

实施例3

一种电子设备，如图9所示，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与存储器连接，并且当程序代码被处理器执行时，实现一种电动轮椅的自主越障控制方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。

实施例4

一种计算机可读存储介质，如图10所示，其上存储有程序指令，程序指令被执行时实现一种电动轮椅的自主越障控制方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

本说明书实施例提供的装置、电子设备、非易失性计算机存储介质与方法是对应的，因此，装置、电子设备、非易失性计算机存储介质也具有与对应方法类似的有益技术效果，由于上面已经对方法的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述对应装置、电子设备、非易失性计算机存储介质的有益技术效果。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件单元又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序单元。一般地，程序单元包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序单元可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取轮椅底盘前方与障碍物的距离，记为第一距离；

若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令，则进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动；

控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方；

控制轮椅继续往前运动，实时更新所述第一距离，直至所述第一距离达到进入越障程序阈值时，控制轮椅停止运动；

控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合；

控制所述前脚踏板伸长，直至所述第一距离发生突变时，控制所述前脚踏板停止伸长；

驱动后轮往前运动，并根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间后停止运动，以使前轮达到障碍物上表面；

控制座椅旋转第二预设角度后停止，然后控制所述前脚踏板伸长，同时监测底盘的俯仰角度；

若底盘的俯仰角度达到预设角度范围，则控制所述前脚踏板停止伸长，驱动前轮往前运动，并实时获取底盘后方与地面的距离，记为第二距离；

若所述第二距离发生突变，则控制前轮停止运动，控制所述前脚踏板收缩到收起状态；

控制所述座椅反方向旋转所述第二预设角度，实现自主越障。

2.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：在所述控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方步骤之后还包括以下步骤：

获取底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，记为第三距离；

判断所述第三距离是否达到越障极限阈值；

若所述第三距离达到越障极限阈值，则退出自主越障流程；

若所述第三距离未达到越障极限阈值，则继续执行所述控制轮椅继续往前运动步骤。

3.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：所述控制前脚踏板旋转第一预设角度包括以下步骤：

控制所述前脚踏板逆时针转动第一预设角度。

4.如权利要求3所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：所述控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合包括以下步骤：

控制所述前脚踏板顺时针转动；

若所述前脚踏板与所述前脚踏板下方的支撑轮之间的压力数据瞬时升高超过阈值，或所述前脚踏板顺时针转动角度达到第一预设角度，或，控制所述前脚踏板的旋转机构中电机的电流值超过阈值，则控制所述前脚踏板停止转动。

5.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：所述第一距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断所述第一距离是否超过前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

若所述第一距离超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制所述前脚踏板停止伸长；

若所述第一距离未超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量未超过预设值，则控制所述前脚踏板继续伸长。

6.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：所述根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间包括以下步骤：

获取前轮距离障碍物上表面的预设距离；

通过所述预设距离与所述后轮驱动速度计算后轮运动时间。

7.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：所述第二距离发生突变的判断包括以下步骤：

判断所述第二距离是否达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

若所述第二距离达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制前轮停止运动；

若所述第二距离未达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量未超过预设值，则驱动前轮继续往前运动。

8.如权利要求1所述的一种电动轮椅的自主越障控制方法，其特征在于：在所述若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令之后还包括以下步骤：

控制轮椅往前运动预设距离，并在轮椅往前运动的过程中实时更新所述第一距离；其中，所述预设距离小于所述越障阈值与所述进入越障程序阈值的差值；

若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量小于预设变化量，则调整所述前脚踏板，以使所述前脚踏板不遮挡测距传感器；

若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量不小于预设变化量，则继续执行所述进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动步骤。

9.一种电动轮椅，应用如权利要求1~8任一项所述的方法，其特征在于：包括底盘模块、座椅以及前脚踏板、惯性传感器、第一前测距传感器、后测距传感器、第一转动机构、第二转动机构、伸缩模块，所述底盘模块包括多个独立驱动的轮毂电机、底盘、用于驱动轮毂电机的轮毂电机驱动器以及主控芯片块，所述座椅与所述底盘转动连接，所述前脚踏板与所述座椅转动连接，所述第一前测距传感器、所述后测距传感器、所述伸缩模块安装在所述底盘上；

所述第一转动机构用于带动所述座椅旋转；

所述伸缩模块用于带动所述前脚踏板伸缩运动；

所述第二转动机构用于带动所述前脚踏板旋转；

所述惯性传感器用于测量轮椅倾斜角度；

所述第一前测距传感器用于测量底盘前方与障碍物的距离；

所述后测距传感器用于测量底盘后方与地面的距离；

所述主控芯片用于根据底盘前方与障碍物的距离、底盘后方与地面的距离、轮椅倾斜角度控制所述第一转动机构、所述伸缩模块、所述第二转动机构、所述轮毂电机驱动器，以实现轮椅自主越障。

10.如权利要求9所述的一种电动轮椅，其特征在于：所述第一转动机构包括电机、齿轮组，所述电机与所述主控芯片通信连接，所述齿轮组与所述底盘的支撑架、所述座椅连接，所述电机通过所述齿轮组带动所述座椅旋转。

11.如权利要求9所述的一种电动轮椅，其特征在于：所述伸缩模块包括丝杆模组、滑台、推杆芯棒，所述丝杆模组末端电机将转动转换成所述滑台的直线往复运动，所述滑台带动所述前脚踏板实现伸缩功能；

所述推杆芯棒用于定位、导向以及承受侧向载荷；

所述第二转动机构包括电机、齿轮箱，所述第二转动机构中的电机将动力输出给所述齿轮箱以带动所述丝杆模组端部的轴绕轴心转动，从而带动所述前脚踏板旋转。

12.如权利要求9所述的一种电动轮椅，其特征在于：还包括运动控制模块、显示模块，所述运动控制模块用于控制轮椅的运动，所述显示模块用于显示轮椅运行数据以及开启自主越障功能。

13.如权利要求9所述的一种电动轮椅，其特征在于：还包括支撑轮，所述支撑轮安装在所述前脚踏板的下方；

还包括第二前测距传感器，所述第二前测距传感器与所述主控芯片通信连接，所述第二前测距传感器用于检测所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，所述主控芯片根据所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离判断障碍物高度是否超过轮椅越障极限。

14.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现如权利要求1~8任一项所述的方法。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现如权利要求1~8任一项所述的方法。