CN202995348U - 一种智能轮椅控制系统 - Google Patents

Abstract

一种智能轮椅控制系统，涉及轮椅技术领域，其特征在于：由传感器、控制器、执行器和人机交互设备组成，所述的传感器与控制器通过信号连接，传感器将采集到的信号输送到控制器，所述的控制器通过D/A转换器连接执行器，所述的执行器用来驱动轮椅转向，所述的人机交互设备连接到控制器，接受控制器的指令动作，控制器通过串口连接有上位机。本实用新型采用语音进行识别及控制，用户通过语音传感器向轮椅输入语音命令，轮椅也可以实时地将自身状态或外部环境信息以语音播放的形式通过扬声器反馈给用户，且通过超声波传感器和图像传感器的设置，可以实现轮椅实时避障及控制智能轮椅准确、稳定地行驶。

Description

一种智能轮椅控制系统

技术领域

本实用新型涉及轮椅技术领域，具体涉及一种智能轮椅控制系统。

背景技术

随着社会文明的发展进步，保障和提高老年人以及残障人士等弱势群体的生活质量，已经越来越受到社会各界人士的普遍关注。大量研究表明，有效增强老年人以及残障人士的行动能力，不仅使得他们的日常生活变得方便，而且对他们的心理健康、自我评价、精神状态也有着深远的影响。因此，一种能为老年人提供方便的代步轮椅应运而生，并得到了广泛的推广应用。较早的轮椅是手动的，由人转动一个手轮前进，这需要消耗体力，不适合那些体力太弱以及残障人士使用。随后又发明了电动轮椅，这种电动轮椅一般包括车体，前后轮，驱动电机、操纵杆和电机驱动器，驱动电机由蓄电池供电，驱动后轮前进，坐在轮椅上的人只须按动操纵杆，即可实现轮椅的前进、后退及左右转弯。电动轮椅比手动轮椅有很大的进步，但仍存在一些问题，例如，用车人一般只会从上方观察周围环境，判断自己该如何操纵轮椅，对地面及近地面的情况则较难观察到，一旦碰到障碍物，不能及时采取应对措施，往往造成硬性碰撞，甚至造成翻车事故和人身伤害。另外，对于一部分自理能力较差的老年人及残障人士，一般的电动轮椅他们也操纵不了，需要开发一种操作更加方便、使用更加安全的新型智能轮椅，以满足这部分人的需要，并为更多的人提供一种更加优越的代步工具。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种操作方便，使用安全可靠的智能轮椅控制系统。

本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种智能轮椅控制系统，由传感器、控制器、执行器和人机交互设备组成，所述的传感器与控制器通过信号连接，传感器将采集到的信号输送到控制器，所述的控制器通过D/A转换器连接执行器，所述的执行器用来驱动轮椅转向，所述的人机交互设备连接到控制器，接受控制器的指令动作，控制器通过串口连接有上位机。

所述的控制器为一单片机，采用凌阳公司16位单片机SPCE061A，该单片机的资源不仅能够满足本作品的设计要求，而且SPCE061A单片机非常适合语音处理应用领域。

所述的传感器包括语音传感器、超声波传感器和图像传感器，语音传感器将语音信号转化为电信号，经单片机的A/D转换通道进行采集；超声波传感器用来测量轮椅和障碍物之间的距离，实现轮椅自主避障和导航；图像传感器用来对路面信息进行采集，通过A/D转换得到数字信号图像，并由单片机完成采集和处理。

所述的执行器包括两个24V永磁直流电机，通过差速控制轮椅转向。

所述的直流电机上连接有操作杆，通过操作杆可以手动操作直流电机。

所述的人机交互设备包括扬声器、LCD和LED，所述扬声器用于播放语音提示，实现轮椅和用户之间的语音交互，所述LCD用于显示当前轮椅自身状态信息，所述LED则用于指示轮椅当前各种状态。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用语音进行识别及控制，用户通过语音传感器向轮椅输入语音命令，轮椅也可以实时地将自身状态或外部环境信息以语音播放的形式通过扬声器反馈给用户，且通过超声波传感器和图像传感器的设置，可以实现轮椅实时避障及控制智能轮椅准确、稳定地行驶。

附图说明

图1为本实用新型系统原理方框图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种智能轮椅控制系统，由传感器、控制器、执行器和人机交互设备组成，传感器与控制器通过信号连接，传感器将采集到的信号输送到控制器，控制器通过D/A转换器连接执行器，执行器用来驱动轮椅转向，人机交互设备连接到控制器，接受控制器的指令动作，控制器通过串口连接有上位机。

控制器为一单片机，采用凌阳公司16位单片机SPCE061A，该单片机的资源不仅能够满足本作品的设计要求，而且SPCE061A单片机非常适合语音处理应用领域。

传感器包括语音传感器、超声波传感器和图像传感器，语音传感器将语音信号转化为电信号，经单片机的A/D转换通道进行采集；超声波传感器用来测量轮椅和障碍物之间的距离，实现轮椅自主避障和导航；图像传感器用来对路面信息进行采集，通过A/D转换得到数字信号图像，并由单片机完成采集和处理。

执行器包括两个24V永磁直流电机，通过差速控制轮椅转向。直流电机上连接有操作杆，通过操作杆可以手动操作直流电机。

人机交互设备包括扬声器、LCD和LED，所述扬声器用于播放语音提示，实现轮椅和用户之间的语音交互，所述LCD用于显示当前轮椅自身状态信息，所述LED则用于指示轮椅当前各种状态。

本实用新型具有以下优势，

1）语音控制模态

对于轮椅的控制，语音控制无非是最自然、最便捷的控制方式。语音控制模态采用凌阳公司16位单片机SPCE061A作为系统核心，先通过MIC训练语音命令，提取出特征参数并导入到FLASH 中构成语音模型库。识别过程中，利用库函数将待测语音信号与语音模型库中的模型进行相似度比较，识别成功则进行智能轮椅相关运动控制。

2）超声波自主导航模态

超声波自主导航模态采用超声波传感器实现轮椅避障控制，由于轮椅要实现安全避障，首先必须对外部环境进行充分认识，所以该模态采用分布在不同的方向上的多路超声波传感器对环境进行感知。超声波由发射端发出，遇到障碍物返回，接收器将超声波信号变成电信号，电信号经过放大、带通滤波和整形送入SPCE061A单片机。通过测量从发射超声波到接收超声波的间隔时间计算出轮椅距离障碍物的距离，再通过采用适当的控制策略来实现轮椅的实时避障。

3）视觉自主导航模态

视觉自主导航系统由检测系统，控制决策系统和动力系统三个部分组成。其中检测系统采用CMOS图像传感器；控制决策系统采用SPCE061A作为主控制芯片；动力系统主要是控制模拟操作杆产生的四路模拟电压信号来控制直流电机的转速。整体的流程为，检测系统采集路径信息，经过控制决策系统分析和判断，由动力系统控制直流电机给出合适的转速，从而控制智能轮椅准确、稳定地行驶。

4）多模态人机交互

智能轮椅在使用过程中，通过将不同的模态融合起来，能够达到更好的实际效果。通过将超声波自主避障模态融合到其它三种模态当中，轮椅在执行手动控制、语音控制和视觉自主导航这三种模态指令之前能够自动判断轮椅是否能够安全的执行这些指令，并通过语音播报的形式将信息反馈给用户，从而使得智能轮椅的行驶更加安全可靠。同样，将语音播放技术融合到其它三种模态中，轮椅根据自身的状态能够实时的对用户进行语音提示，从而起到更好的人机交互效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种智能轮椅控制系统，其特征在于：由传感器、控制器、执行器和人机交互设备组成，所述的传感器与控制器通过信号连接，传感器将采集到的信号输送到控制器，所述的控制器通过D/A转换器连接执行器，所述的执行器用来驱动轮椅转向，所述的人机交互设备连接到控制器，接受控制器的指令动作，所述的控制器通过串口连接有上位机。

2.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的控制器为一单片机。

3.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的传感器包括语音传感器、超声波传感器和图像传感器；所述语音传感器将语音信号转化为电信号，经单片机的A/D转换通道进行采集；所述超声波传感器用来测量轮椅和障碍物之间的距离，实现轮椅自主避障和导航；所述图像传感器用来对路面信息进行采集，通过A/D转换得到数字信号图像，并由单片机完成采集和处理。

4.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的执行器包括两个24V永磁直流电机。

5.根据权利要求4所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的直流电机上连接有操作杆，通过操作杆可以手动操作直流电机。

6.根据权利要求1所述的一种智能轮椅控制系统，其特征在于：所述的人机交互设备包括扬声器、LCD和LED，所述扬声器用于播放语音提示，实现轮椅和用户之间的语音交互，所述LCD用于显示当前轮椅自身状态信息，所述LED则用于指示轮椅当前各种状态。

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