CN206714898U - 一种导航避障轮椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于智能终端领域，提供了一种导航避障轮椅，包括：可受驱动控制的轮椅；设在轮椅上，用于对轮椅进行导航定位的激光雷达；与激光雷达通信连接，对激光雷达获取的目标物体的位置信息进行处理，生成导航信息，并可对轮椅进行驱动控制的运算处理装置；以及与运算处理装置通信连接，并输出运算处理装置生成的导航信息的导航装置。本实用新型提供的避障轮椅，通过设于轮椅上的激光雷达获取目标物体的位置信息，并将所获取的位置信息经运算处理装置进行处理，生成并发送导航信息至导航装置，以通过导航装置向用户播放输出导航信息。该轮椅获取的数据精度高，使用可靠性强，用户能够根据该导航信息有效避开障碍物，保障用户在轮椅行进过程中的安全。

Description

一种导航避障轮椅

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，尤其涉及一种导航避障轮椅。

背景技术

根据联合国预测，1990-2020年世界老龄人口平均年增速度为2.5％，同期我国老龄人口的递增速度为3.3％，老龄化速度快于世界老龄化速度。与其他国家相比，中国社会人口老龄化程度高，已逐步进入老龄化社会，许多大城市，如上海、北京，老年人的比例已接近20％，与此同时还有肢体残疾的人口近6000万。在他们当中，有相当多的因行走不便不得不依靠轮椅才能生活。

在现有技术中，避障轮椅上通常安装有好几个摄像头，同时，还带有很多自动传感器，例如红外传感器，自动捕捉路面的坑洼或障碍物等，在发现危险时，轮椅座位上的震动带就会在盲人的腰间震动，通过震动告诉盲人左转还是右移。此外，轮椅上还装有语音装置，会在轮椅探测到的危险情况通过语音装置“告诉”使用者，让其选择合适的路径。

但是，现有技术中导航避障轮椅装配复杂，且使用摄像头及一般传感器作为探测手段时，数据精度不高，探测距离和探测范围有限，不能识别物体，并容易受环境影响，可靠性不高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种导航避障轮椅，旨在解决现有技术中的导航避障轮椅装配复杂，数据精度不高，探测距离和探测范围有限，不能识别物体，并容易受环境影响，可靠性不高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种导航避障轮椅，所述轮椅包括：

可受驱动控制的轮椅本体；

设在所述轮椅本体上，用于对所述轮椅本体进行导航定位的至少一个激光雷达；

与所述激光雷达通信连接，对所述激光雷达获取的目标物体的位置信息进行处理，生成导航信息，并可对所述轮椅本体进行驱动控制的运算处理装置；以及

与所述运算处理装置通信连接，并输出所述运算处理装置生成的导航信息的导航装置。

进一步的，所述激光雷达包括：

对目标物体发射激光的激光发射模块；

接收所述激光在所述目标物体的反射光，并根据所述反射光输出电信号的反射光接收模块；以及

根据所述电信号，获取所述目标物体相对于所述轮椅本体位置信息的处理模块。

进一步的，所述导航装置包括：

用于将所述导航信息进行音频输出的扬声器、音频输出接口、无线音频传输模块的一种或多种。(前面有提到音频输出接口，可以理解为有线输出)

进一步的，所述导航装置包括：

用于将所述导航避障轮椅周围目标物体的位置信息进行视频输出的显示模块。

进一步的，所述运算处理装置包括：

根据所述激光雷达获取的位置信息生成二维或者三维坐标图像，并发送至所述显示模块进行显示的坐标图像处理模块。

进一步的，所述轮椅还包括：

与驱动电机连接的驱动轮；

与所述驱动电机连接，控制所述驱动电机工作的驱动控制模块，其中，所述驱动控制模块包括通过人工操作输入控制信号的控制手杆。

进一步的，所述轮椅还包括：

与驱动电机连接的驱动轮；

与所述驱动电机连接，根据所述导航信息，按预设规则驱动所述驱动电机工作的驱动控制模块。

进一步的，所述激光雷达包括：

通过固定在设于所述轮椅本体前方的第一固定部上，对所述轮椅本体前方预设范围内的物体进行激光扫描的第一激光雷达；以及

通过固定在设于所述轮椅本体后方的第二固定部上，对所述轮椅本体后方预设范围内的物体进行激光扫描的第二激光雷达。

进一步的，所述激光雷达包括：

设在所述轮椅本体顶部，对所述轮椅本体周边进行360度激光扫描，以确定所述目标物体位置的第三激光雷达。

进一步的，所述激光雷达还包括：

设在所述轮椅本体斜下部，对所述轮椅本体的前下方进行结构光扫描，以确定所述目标物体位置的第四激光雷达。

本实用新型实施例提供的避障轮椅，通过设于轮椅上的激光雷达获取目标物体的位置信息，并将所获取的位置信息经运算处理装置进行处理，生成并发送导航信息至导航装置，以通过导航装置向用户播放输出导航信息。该轮椅获取的数据精度高，探测距离远，使用可靠性强，用户能够根据该导航信息有效避开障碍物，保障了用户在轮椅行进过程中的安全。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的功能模块图；

图2是本实用新型实施例提供的激光雷达功能模块图；

图3是本实用新型实施例提供的导航装置的功能模块图；

图4是本实用新型实施例提供的运算处理装置的功能模块图；

图5是本实用新型实施例提供的轮椅本体驱动部分的功能模块图；

图6是本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的结构图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种导航避障轮椅的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种导航避障轮椅，通过设于轮椅上的激光雷达获取目标物体的位置信息，并将所获取的位置信息经运算处理装置进行处理，生成并发送导航信息至导航装置，以通过导航装置向用户播放输出导航信息。该轮椅获取的数据精度高，探测距离远，使用可靠性强，用户能够根据该导航信息有效避开障碍物，保障了用户在轮椅行进过程中的安全。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的模块作为本实用新型的一个实施例，避障轮椅100包括：可受驱动控制的轮椅本体110；设在轮椅本体110上，用于对轮椅本体110进行导航定位的至少一个激光雷达120；与激光雷达120通信连接，对激光雷达120获取的目标物体的位置信息进行处理，生成导航信息，并可对轮椅本体110进行驱动控制的运算处理装置130；以及与运算处理装置130通信连接，并输出运算处理装置130生成的导航信息的导航装置140。

本实用新型实施例通过设于轮椅本体110上的激光雷达120获取目标物体的位置信息，并将所获取的位置信息发送至运算处理装置130，运算处理装置130对上述位置信息进行处理，生成导航信息，同时，将上述导航信息发送至导航装置140，导航装置140接收该导航信息，并进行播放输出，用户能够有效避开障碍物，实用性、实时性和可靠性强，大大提高了用户的安全。

在本实用新型实施例中，位置信息可以包括方位信息及轮椅本体110与目标物体的距离信息，也可以包括高度、移动速度等信息。激光雷达120与运算处理装置130可通过无线的方式或者有线的方式通信连接。其中，无线的方式可为蓝牙、WIFI、ZigBee、红外线、声波或射频中的一种或多种组合，具体可以根据实际的应用场景灵活配置。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的激光雷达模块图，该激光雷达120包括：激光发射模块121，反射光接收模块122，处理模块123，其中，激光发射模块121，用于对目标物体发射激光，反射光接收模块122，用于接收上述激光在目标物体的反射光，并根据该反射光输出电信号，处理模块123，用于根据上述电信号，获取轮椅位置信息。其中，激光雷达120可为TOF(Time of Flight)激光雷达(单线和多线)、基于三角测距原理的激光雷达、结构光激光雷达、或者其他类型激光雷达的任意替换组合，以实现同样的作用效果，激光发射模块121包括但不限于半导体激光器、二极管激光器，或者光纤密排激光器。

在本实用新型实施例中，在轮椅上使用基于激光雷达120的方位探测方式，利用激光雷达120测量频率高，数据更新速率快的特点，用户能够及时知晓当前所处位置，并可根据该位置信息，在接近障碍物时可以及时对轮椅当前所处位置进行位置调整，信息时效性高，提高了轮椅在行进过程中的安全性。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的导航装置的模块图，该导航装置140包括：用于将导航信息进行音频输出的扬声器141、音频输出接口142、无线音频传输模块143的一种或多种，以及用于将导航信息进行视频输出的显示模块144。

在本实用新型实施例中，扬声器141可以是电动式扬声器、舌簧式扬声器、晶体式扬声器、励磁式扬声器或其他类型扬声设备，具体不作限定。

显示模块144可以是CRT显示器、LED显示器、LCD显示器或其他类型显示器，具体不作限定。

在本实用新型实施例中，通过扬声器141语音输出导航信息以及显示模块144视频输出导航信息，实现了语音和视频同步提示功能，轮椅的使用者可以更直观地通过扬声器141或显示模块144获得自己所在的具体位置，并在有障碍物时获得提醒，从而有效避开障碍物，实用性和实时性强，大大提高了用户的体验效果与安全性。

图4示出了本实用新型实施例提供的一种导航避障轮椅的运算处理装置130的模块图，该运算处理装置130包括：坐标图像处理模块131，用于根据激光雷达获取的位置信息生成二维或者三维坐标图像，并将该坐标图像发送至显示模块144。

在本实用新型的一个实施例中，坐标图像处理模块131对激光雷达获取的位置信息可通过SLAM算法对周围环境进行建图，定义激光雷达和周围环境的坐标系，建立两个坐标系之间的转换关系，如：位移和偏转角，将激光雷达探测到的数据坐标转换到周围环境全局坐标系中，并通过获取构成物体各点在全局坐标系的位置信息，进行点与点之间的数据匹配融合，生成含有坐标信息的周围环境场景，并根据上述坐标信息，生成二维或者三维坐标图像，并将该坐标图像发送至显示模块144，实现周围环境信息的可视化，能准确探测到路面障碍物和坑洼地带，以便用户控制轮椅的转向和转速，避免事故发生，确保了用户的安全。

图5示出了本实用新型实施例提供的一种具有驱动功能的避障轮椅的模块图，该轮椅本体110包括：与驱动电机112连接的驱动轮113；以及与所述驱动电机112连接，控制所述驱动电机工作的驱动控制模块111。其中，驱动控制模块111包括控制手杆1110，该控制手杆1110，用于接收人工操作信号，控制驱动电机的转速和转向；用户可通过获取的语音和视频信号对操作杆进行实时控制，控制电机的转速和转向，保证轮椅能够驶向安全的方向，避免事故发生，此设计进一步提高了避障轮椅的安全性能。

在本实用新型实施例中，该驱动控制模块111，还可用于根据所述导航信息，按预设规则驱动所述驱动电机工作。通过激光雷达采集周围环境数据，并将所采集的周围环境数据传输至运算处理装置，运算处理模块对激光雷达采集的周围环境数据进行系统的分析处理，并将分析处理结果传输至驱动控制模块，驱动控制模块根据该分析处理结果，对驱动电机转速和转向进行驱动控制，进而控制与驱动电机连接的驱动轮转速和转向。例如，当激光雷达探测到前方一障碍物时，通过角度传感器和陀螺仪获取轮椅当前姿态信息，并通过编码器获取轮椅自身的距离、速度和方位信息，从而进行自身定位。运算处理模块根据上述轮椅当前姿态信息、相对距离信息、相对速度信息和相对位移信息，通过控制算法计算控制量，驱动控制模块根据上述控制量，控制驱动电机的转速和转向，进而控制与驱动电机连接的驱动后轮转速和转向，实现控制轮椅的前进、后退、转向和制动，保证轮椅能够驶向安全的方向，避开障碍物，确保用户的安全。

在本实用新型实施例中，激光雷达对障碍物的距离进行探测时，随着障碍物与轮椅距离的缩短，轮椅会依次产生报警，警告和制动操作，以提示用户避开障碍物，避免事故发生，进一步确保了用户的安全。

图6示出了本实用新型实施例提供的一种具有扫描功能的导航避障轮椅的结构图，激光雷达120包括：

通过固定在设于所述轮椅前方的第一固定部上，对所述轮椅前方预设范围内的物体进行激光扫描的第一激光雷达124；以及

通过固定在设于所述轮椅后方的第二固定部上，对所述轮椅后方预设范围内的物体进行激光扫描的第二激光雷达125。

在本实用新型实施例中，第一激光雷达和第二激光雷达可以是基于TOF原理的全方位扫描探测激光雷达(单线或多线)，能够测量预设范围内的二维或者三维平面距离和方位信息，测量频率高，数据更新速率快，可实现对周围区域进行预设角度的全方位探测扫描。

在本实用新型实施例中，上述预设角度大小可以根据实际的应用场景进行灵活配置，角度大小可以为180度、270度、360度，具体不做限制。

在本实用新型实施例中，避障轮椅通过设于前方的第一激光雷达和设于后方的第二激光雷达，能够全面探测周围环境路况，装配简单方便，并大大提高了轮椅在行进过程中的安全性。

图7示出了本实用新型实施例提供的另一种具有扫描功能的导航避障轮椅的结构图，激光雷达包括：

设在所述轮椅顶部，对所述轮椅周边进行360度激光扫描，以确定所述目标物体位置的第三激光雷达126；以及

设在所述轮椅下部，对所述轮椅的前下方进行结构光扫描，以确定所述目标物体位置的第四激光雷达127。

在本实用新型实施例中，第三激光雷达和第四激光雷达可以是基于TOF原理的全方位扫描探测激光雷达，能够测量预设范围内的二维或者三维平面距离和方位信息，测量频率高，数据更新速率快，可实现对周围区域进行预设角度的全方位探测扫描。

在本实用新型实施例中，上述预设角度大小可以根据实际的应用场景进行灵活配置，角度大小可以为180度、270度、360度，具体不做限制。

在本实用新型实施例中，避障轮椅通过设于顶部的第三激光雷达和设于斜下部的第四激光雷达，能够全面探测周围环境路况，装配简单方便，并大大提高了轮椅在行进过程中的安全性。

本实用新型实施例提供的避障轮椅，通过设于轮椅上的激光雷达获取目标物体的位置信息，并将所获取的位置信息经运算处理装置进行处理，生成并发送导航信息至导航装置，以通过导航装置向用户播放输出导航信息。该轮椅获取的数据精度高，探测距离远，使用可靠性强，用户能够根据该导航信息有效避开障碍物，保障了用户在轮椅行进过程中的安全。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导航避障轮椅，其特征在于，所述轮椅包括：

可受驱动控制的轮椅本体；

设在所述轮椅本体上，用于对所述轮椅本体进行导航定位的至少一个激光雷达；

与所述激光雷达通信连接，对所述激光雷达获取的目标物体的位置信息进行处理，生成导航信息，并可对所述轮椅本体进行驱动控制的运算处理装置；

与所述运算处理装置通信连接，并输出所述运算处理装置生成的导航信息的导航装置；

与驱动电机连接的驱动轮；以及

与所述驱动电机连接，控制所述驱动电机工作的驱动控制模块。

2.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述激光雷达包括：

对目标物体发射激光的激光发射模块；

接收所述激光在所述目标物体的反射光，并根据所述反射光输出电信号的反射光接收模块；以及

根据所述电信号，获取所述目标物体相对于所述轮椅本体位置信息的处理模块。

3.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述导航装置包括：

用于将所述导航信息进行音频输出的扬声器、音频输出接口、无线音频传输模块的一种或多种。

4.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述导航装置包括：

用于将所述导航避障轮椅周围目标物体的位置信息进行视频输出的显示模块。

5.如权利要求4所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述运算处理装置包括：

根据所述激光雷达获取的位置信息生成二维或者三维坐标图像，并发送至所述显示模块进行显示的坐标图像处理模块。

6.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述驱动控制模块包括通过人工操作输入控制信号的控制手杆。

7.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述驱动控制模块根据所述导航信息，按预设规则驱动所述驱动电机工作。

8.如权利要求1所述的导航避障轮椅，其特征在于，所述激光雷达包括：

通过固定在设于所述轮椅本体前方的第一固定部上，对所述轮椅本体前方预设范围内的物体进行激光扫描的第一激光雷达；以及

通过固定在设于所述轮椅本体后方的第二固定部上，对所述轮椅本体后方预设范围内的物体进行激光扫描的第二激光雷达。

9.如权利要求1所述的避障轮椅，其特征在于，所述激光雷达包括：

设在所述轮椅本体顶部，对所述轮椅本体周边进行360度激光扫描，以确定所述目标物体位置的第三激光雷达。

10.如权利要求9所述的避障轮椅，其特征在于，所述激光雷达还包括：

设在所述轮椅本体斜下部，对所述轮椅本体的前下方进行结构光扫描，以确定所述目标物体位置的第四激光雷达。