CN207492881U - 一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，该轮椅包括轮椅支架、车轮、计算机、驱动器、电机和电源装置，轮椅支架安装在车轮上方，计算机安装在轮椅支架内，计算机连接驱动器，电源装置连接驱动器输入端，驱动器输出端、电机和车轮依次连接，智能轮椅还包括安装在轮椅支架上的第一摄像头和第二摄像头，计算机分别连接第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头朝向轮椅内侧，第二摄像头朝向轮椅运动方向。与现有技术相比，本实用新型具有自动跟随从而便于家属照顾重度残障人士，监测残疾人面部状况并设有报警功能以及便于家属远距离查看残疾人情况等优点。

Description

一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅

技术领域

本实用新型涉及智能轮椅，尤其是涉及一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅。

背景技术

随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人祸和种种疾病等原因，我国乃至世界每年都有成千上万的人丧失一种或多种能力比如行走能力，说话能力，甚至是身体活动能力。因此，对于这些四肢不能活动的重度残障人的智能机器人轮椅的研究已逐渐成为热点。

目前市场上的机器人轮椅并不是太多，一般的轮椅只是做到了电动化这一步，不能称之为智能轮椅，而且这种轮椅的电动控制是需要残障人自己通过手操作轮椅的电动操纵杆的，所以这种轮椅不能够服务于重度残障人。因为重度残障人四肢都不具备行动的能力，甚至在严重时在没有人看管的情况下很容易发生意外。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，该轮椅包括轮椅支架、车轮、计算机、驱动器、电机和电源装置，所述的轮椅支架安装在车轮上方，所述的计算机安装在轮椅支架内，所述的计算机连接驱动器，所述的电源装置连接驱动器输入端，所述的驱动器输出端、电机和车轮依次连接，所述的智能轮椅还包括安装在轮椅支架上的第一摄像头和第二摄像头，所述的计算机分别连接第一摄像头和第二摄像头，所述的第一摄像头朝向轮椅内侧，所述的第二摄像头朝向轮椅运动方向。

所述的智能轮椅还包括报警模块，所述的报警模块安装在轮椅支架内，所述的计算机连接报警模块。

所述的轮椅支架包括扶手，所述的扶手分别位于轮椅支架两侧。

所述的智能轮椅还包括摄像头旋转支架，所述的摄像头旋转支架安装在扶手上。

所述的摄像头旋转支架包括圆盘和与圆盘连接的摄像头支架，所述的圆盘安装在扶手上，所述的第一摄像头和第二摄像头分别安装在摄像头支架上。

所述的智能轮椅包括移动终端，所述的计算机通过无线连接移动终端。

所述的电机包括第一电机和第二电机，所述的车轮包括驱动轮和从动轮，所述的第一电机连接驱动轮，所述的第二电机连接从动轮。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型不仅适用于普通残疾人，还适用于重度残障人：比于市场上的电动控制轮椅是需要残障人自己通过手操作轮椅的电动操纵杆的，所以这种轮椅不能够服务于那种重度残障人，本实用新型通过一个摄像头捕获轮椅前方人的衣服背部图案，计算机将捕获的图像提取SURF特征点与模板图像做特征点匹配，如果匹配成功则计算机控制驱动器使驱动电机运转，轮椅发生移动；

2、本实用新型中的智能轮椅还可对残疾人的面部状况进行监测：轮椅上设置的另一个摄像头捕获轮椅上的人的面部姿态，通过级联分类器对人脸及人眼进行检测等，该模式下可以监测轮椅上的人有无发生意外；

3、轮椅设有报警功能：若检测到轮椅上的残疾人发生意外，则报警；

4、亲属可远距离查看残疾人状况：本实用新型中计算机通过WLAN与互联网相连，因此可以将摄像头捕获的视频数据与手机APP端实时共享。

附图说明

图1为本实用新型轮椅的结构示意图；

图2为本实用新型轮椅的电气连接框图；

其中：1、靠背；2、第一摄像头；3、第二摄像头；4、扶手；5、圆盘；6、轮椅座；7、脚踏板；8、驱动轮；9、从动轮；10、轮椅支架；11、摄像头支架；12、计算机；13、驱动器；14、第一电机；15、第二电机；16、电源装置；17、报警模块；18、移动终端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例：

本实用新型针对重度残障人专门研究开发了一款基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，轮椅上增加了两个摄像头，并增加了一台用于数据处理的计算机。通过一个摄像头捕获轮椅前方的人物衣服背部图像，将提取的图像分别经过二值化、区域检测、四边形拟合、再提取SURF特征点并与事先存好的衣服的背部的四边形模板图像做匹配，匹配成功则轮椅跟着特定的人或者目标保持着一定距离的跟随移动，从而使得轮椅能够跟随残疾人家属移动，方便家属照顾。另一个摄像头捕获四肢不能活动的残疾人的面部姿态，当切换到该模式下时可以使得残疾人能够通过面部姿态控制轮椅的运动。同时还可以监测残疾人有无发生意外，如发生意外则发出警报。

具体结构如下：

如图1所示，所述的轮椅支架10安装在车轮上方，车轮包括驱动轮8和从动轮9，智能轮椅设有安装在轮椅支架上的第一摄像头2和第二摄像头3，智能轮椅还包括摄像头旋转支架，所述的摄像头旋转支架安装在扶手4上。摄像头旋转支架包括圆盘5和与圆盘连接的摄像头支架11，圆盘5安装在扶手4上，第一摄像头2和第二摄像头3分别安装在摄像头支架11上。通过转动摄像头支架，可以使得第一摄像头2朝向轮椅内侧，对着轮椅上的人的面部，所述的第二摄像头3朝向轮椅运动的前方。智能轮椅还设有轮椅座6、脚踏板7和靠背1。

如图2所示，该轮椅还包括计算机12、驱动器13、电机、电源装置16和报警模块17，计算机12和报警模块17均安装在轮椅支架10内，计算机12分别连接驱动器13和报警模块17，所述的电源装置16连接驱动器13输入端，所述的驱动器13输出端、电机和车轮依次连接，所述的计算机12还分别连接第一摄像头2和第二摄像头3，报警模块采用声光报警装置。

电机包括第一电机14和第二电机15，第一电机14连接驱动轮8，第二电机15连接从动轮9。

智能轮椅包括移动终端18，所述的计算机12通过无线连接移动终端18。

如图2所示，第一摄像头2和第二摄像头3是通过数据线直接与计算机相连接；计算机可通过WLAN与互联网相连，因此可以将摄像头捕获的视频数据与手机端实时共享；电源装置是直接连接在驱动器上的。

第二摄像头用于捕获轮椅前方人的衣服背部图案，将图像数据传输给计算机，计算机将提取的图像分别经过二值化、区域检测、四边形拟合、提取SURF特征点等算法处理，再与模板图像做特征点匹配，如果匹配成功则计算机控制驱动器使驱动电机运转，轮椅发生移动。第一摄像头用于检测轮椅上的人的面部姿态，在该模式下可以通过训练好难的人脸级联分类器检测出人脸，然后再在人脸区域中通过人眼级联分类器检测出人眼，当人眼长时间处于闭合状态或者人脸长时间处于偏斜状态时就可能发生意外。可通过该方式检测轮椅上的人是否突发意外，如果发生意外通过报警模块发生报警。

本实用新型实施例中通过摄像头捕获轮椅前方人物的衣服背部图案(图案边框为四边形)，将图像数据传输给计算机后做如下几步处理:

(1)图像二值化:将捕获的图像经过二值化处理，从而使使图像变得简单，而且数据量减小，能凸显出感兴趣的目标的轮廓。

(2)区域检测:将二值化的图像通过区域检测，以便获取感兴趣区域。

(3)四边形拟合:在感兴趣区域中通过四边形拟合可以获取图案中的的四边形区域，通过设置四边形面积的阈值可以从众多是四边形区域中获取所需要要的四边形区域。

(4)SURF特征点匹配:将获取的四边形区域截取并提取SURF特征点，与模板图案做特征点匹配，如果匹配成功则计算机控制驱动器使驱动电机运转，使轮椅发生移动。

工作原理：

工作时，残疾人坐上智能轮椅后，圆盘5可以水平旋转，当人坐上轮椅后，可以旋转圆盘使得第一摄像头2正对着轮椅上的人的面部方向，用于捕获人脸的数据，传给计算机从而检测人的人脸及人眼，检测轮椅上的人的面部姿态，监测残疾人有无发生意外，计算机通过第一摄像头2检测人脸及人眼数据，当轮椅上的人较长时间处于闭眼状态或头部较长时间处于偏斜状态时，报警模块17将发生报警；第二摄像头3朝着轮椅运动方向，计算机同时获取两个摄像头信息，捕获轮椅前方的人物衣服背部图像，从而使得轮椅能够跟随残疾人家属移动，方便家属照顾。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，该轮椅包括轮椅支架(10)、车轮、计算机(12)、驱动器(13)、电机和电源装置(16)，所述的轮椅支架(10)安装在车轮上方，所述的计算机(12)安装在轮椅支架内，所述的计算机(12)连接驱动器(13)，所述的电源装置(16)连接驱动器(13)输入端，所述的驱动器(13)输出端、电机和车轮依次连接，其特征在于，所述的智能轮椅还包括安装在轮椅支架上的第一摄像头(2)和第二摄像头(3)，所述的计算机(12)分别连接第一摄像头(2)和第二摄像头(3)，所述的第一摄像头(2)朝向轮椅内侧，所述的第二摄像头(3)朝向轮椅运动方向。

2.根据权利要求1所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的智能轮椅还包括报警模块(17)，所述的报警模块(17)安装在轮椅支架(10)内，所述的计算机(12)连接报警模块(17)。

3.根据权利要求1所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的轮椅支架包括扶手(4)，所述的扶手(4)分别位于轮椅支架两侧。

4.根据权利要求3所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的智能轮椅还包括摄像头旋转支架，所述的摄像头旋转支架安装在扶手(4)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的摄像头旋转支架包括圆盘(5)和与圆盘连接的摄像头支架(11)，所述的圆盘(5)安装在扶手(4)上，所述的第一摄像头(2)和第二摄像头(3)分别安装在摄像头支架上。

6.根据权利要求1所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的智能轮椅还包括移动终端(18)，所述的计算机(12)通过无线连接移动终端(18)。

7.根据权利要求1所述的一种基于人体面部姿态识别和自动跟随的智能轮椅，其特征在于，所述的电机包括第一电机(14)和第二电机(15)，所述的车轮包括驱动轮(8)和从动轮(9)，所述的第一电机(14)连接驱动轮(8)，所述的第二电机(15)连接从动轮(9)。