CN214049392U - 一种基于体感信号的智能轮椅 - Google Patents

Abstract

一种基于体感信号的智能轮椅，属于智能轮椅技术领域。方案如下：调整片与控制器主体可转动连接，控制连杆与调整片可转动连接，连接片分别与控制器主体、控制连杆可转动连接，可伸缩连杆一端与连接片可转动连接、另一端与指环连接片可转动连接，可伸缩连杆两个端点之间设置弹簧，指环与指环连接片连接，手环与控制器主体连接，调整片与链接螺钉，链接螺钉穿过链接轴与角度识别器连接，角度识别器与主板连接。有益效果：本实用新型通过体感控制系统对手指的动作信号进行采集，信号传输给轮椅后，调整轮椅的速度和方向，使轮椅使用者更轻松方便，另提供眼球控制系统和遥感控制系统作为控制方式，满足老年人和残障人士的不同需求。

Description

一种基于体感信号的智能轮椅

技术领域

本实用新型属于智能轮椅技术领域，尤其涉及一种基于体感信号的智能轮椅。

背景技术

随着社会老龄化问题的越来越严重，行动不变的老年人越来越多，而且由于各种疾病、事故造成的行动能力缺失的人数也逐渐增加。为老年人及残障人士提供安全、可靠、性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度及重新融入社会越来越引起社会共鸣。

近年来国际上出现了可以单手臂使用的电动轮椅，然而这种摇杆控制的电动轮椅存在使用限制，此种控制不能根据用户状态自动控制被控设备的状态，例如轮椅的实时、变速控制需求。在瑞士洛桑联邦理工学院神经义肢中心，研究者们利用想象脑机接口控制了一台轮椅的运动，但该系统采用单模态脑机接口，因此不能提供多个自由度控制信号，不能加、减速以及启动、停止，系统实用性和安全性不高。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于体感信号的智能轮椅，该轮椅通过通过多种控制方案对轮椅进行速度和转向的控制，满足老年人和残障人士的不同需求。

技术方案如下：

一种基于体感信号的智能轮椅，包括：带有信号接收控制装置的轮椅主体和体感控制系统，所述体感控制系统与所述信号接收控制装置连接，所述体感控制系统包括：控制器主体、手环、若干组手环组件，所述手环组件包括：调整片、控制连杆、连接片、可伸缩连杆、角度调整片、指环连接片、指环、弹簧、连接螺钉、连接轴、角度识别器、主板，所述调整片与所述控制器主体可转动连接，所述控制连杆与所述调整片可转动连接，所述连接片分别与所述控制器主体、控制连杆可转动连接，所述可伸缩连杆一端与所述连接片可转动连接、另一端与所述指环连接片可转动连接，所述可伸缩连杆两个端点之间设置所述弹簧，所述指环与所述指环连接片连接，所述手环与所述控制器主体连接，所述调整片与所述连接螺钉相连，所述连接螺钉穿过所述连接轴与所述角度识别器连接，所述角度识别器与所述主板连接。

进一步的，还包括：螺钉、螺栓，所述连接片通过所述螺钉与所述可伸缩连杆连接，所述连接片通过所述螺栓与所述控制器主体连接。

进一步的，还包括眼球控制系统，所述眼球控制系统与所述信号接收控制装置连接，所述眼球控制系统包括：头部支架、控制器、信号采集摄像头、连接线路，所述控制器安装在所述头部支架上，所述信号采集摄像头通过所述连接线路与所述控制器连接。

进一步的，本实用新型还包括一种基于体感信号的智能轮椅，包括：带有信号接收控制装置的轮椅主体和眼球控制系统，所述眼球控制系统与所述信号接收控制装置连接，所述眼球控制系统包括：头部支架、控制器、信号采集摄像头连接线路，所述控制器安装在所述头部支架上，所述信号采集摄像头通过所述连接线路与所述控制器连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的基于体感信号的智能轮椅通过体感控制系统对手指的动作信号进行采集，信号传输给轮椅后，调整轮椅的速度和方向，使轮椅使用者更轻松方便，另提供眼球控制系统和遥感控制系统作为控制方式，满足老年人和残障人士的不同需求。

附图说明

图1为本实用新型带体感控制系统的智能轮椅结构示意图；

图2为本实用新型体感控制系统结构示意图；

图3为本实用新型控制器主体内部结构示意图；

图4为本实用新型带眼球控制系统的智能轮椅结构示意图；

图5为本实用新型眼球控制系统结构示意图1；

图6为本实用新型眼球控制系统结构示意图2；

图7为本实用新型眼球控制系统结构示意图3；

图8为本实用新型眼球控制系统结构示意图4；

图9为本实用新型实施例2的系统组成框图；

图10为本实用新型系统程序流程图；

图中附图标记如下：1-控制器主体、2-调整片、3-控制连杆、4-连接片、5- 可伸缩连杆、6-角度调整片、7-指环连接片、8-指环、9-螺钉、10-螺栓，11- 手环、12-螺帽、13-弹簧、14-连接螺钉、15-连接轴、16-角度识别器、17-主板， 18-头部支架、19-控制器、20-信号采集摄像头、21-连接线路、40-信号接收控制装置、50-轮椅主体、60-体感控制系统、70-眼球控制系统。

具体实施方式

下面结合附图1-10对基于体感信号的智能轮椅做进一步说明。

实施例1

一种基于体感信号的智能轮椅，包括：带有信号接收控制装置40的轮椅主体50和体感控制系统60，所述体感控制系统60与所述信号接收控制装置40连接，所述体感控制系统60包括：控制器主体1、手环11、若干组手环组件，所述手环组件包括：调整片2、控制连杆3、连接片4、可伸缩连杆5、角度调整片 6、指环连接片7、指环8、弹簧13、连接螺钉14、连接轴15、角度识别器16、主板17，所述调整片2与所述控制器主体1可转动连接，所述控制连杆3与所述调整片2可转动连接，所述连接片4分别与所述控制器主体1、控制连杆3可转动连接，所述可伸缩连杆5一端与所述连接片4可转动连接、另一端与所述指环连接片7可转动连接，所述可伸缩连杆5两个端点之间设置所述弹簧13，所述指环8与所述指环连接片7连接，所述手环11与所述控制器主体1连接，所述调整片2与所述连接螺钉14相连，所述连接螺钉14穿过所述连接轴15与所述角度识别器16连接，所述角度识别器16与所述主板17连接。

进一步的，还包括：螺钉9、螺栓10，所述连接片4通过所述螺钉9与所述可伸缩连杆5连接，所述连接片4通过所述螺栓10与所述控制器主体1连接。

进一步的，还包括眼球控制系统70，所述眼球控制系统70与所述信号接收控制装置40连接，所述眼球控制系统70包括：头部支架18、控制器19、信号采集摄像头20、连接线路21，所述控制器19安装在所述头部支架18上，所述信号采集摄像头20通过所述连接线路21与所述控制器19连接。

实施例2

本实施例提供一种具有通过摇杆控制(两路模拟输出和一路数字输出实现精准控制)、手势控制(体感手套内置传感器感知手指不同角度的运动)、眼球控制 (摄像头模块采集眼球运动轨迹)三种控制方式相兼容的智能轮椅控制系统，进而控制轮椅运动方向及其速度。

硬件模块分为信号采集端和轮椅端两部分。信号采集端可选用：摇杆，体感手套(体感控制系统)或摄像头(眼球控制系统)。轮椅端由单片机模块，电机驱动模块和通信模块三部分组成。通信模块接收信号采集端传来的数据，将数据发送给单片机块，单片机控制电机驱动，进而控制轮椅进行相应移动。

整个系统需要信号采集端与轮椅端协同工作，信号采集端负责采集体感信号，并进行信息处理。轮椅端根据分析后的数据做出控制决策并执行。

摇杆控制模块，模块特设两路模拟输出和一路数字输出接口，输出值分别对应(X、Y)双轴偏移量，其类型为模拟量，可以操控摇杆改变动力装置运转，使轮椅运动方向发生改变，进而能操作轮椅前进、后退、左转或右转动作，用来控制轮椅的移动和转向。按键表示用户是否在z轴上按下，其类型为数字开关量，用来控制轮椅的启动和停止。模块集成电源指示灯可显示工作状态和坐标位置，清晰明了、定位准确。用其可以轻松控制轮椅进行相应的运动。

手势控制模块体感手套是在arduinoUNO控制板的基础上，改进而来的，搭载的5个滑动阻，用于感测手指的运动状态，搭载的陀螺仪和倾角传感器，用于精确的感测到整个手掌运动状态。通讯使用的是基于蓝牙4.0协议的HC-08蓝牙模块，可以和对应的HC-08蓝牙块达成主从机通讯，快速的进行信号的传输通讯。加速度陀螺仪传感器以数字的形式输出6轴(旋转矩阵、四元数、欧拉角格式)融合演算数据，通过蓝牙模块给轮椅端发送命令，达到手势控制轮椅的控制效果，且用户可以自定义控制手势。

眼球控制模块以stm32控制板为核心的眼球信号采集系统，眼球信号采集端通过摄像头模块采集眼球运动轨迹，眼球转动及眨眼动作，将其转化为相应的控制命令，通过无线通信模块，将控制指令发送给轮椅；轮椅端接收控制指令，并进行相应的运动，既启停及转向运动。眼球信号采集端采用stm32f407作为控制芯片，眼球信号采集端通过ov2640摄像头模块采集眼球图像，通过nrf24L01 模块进行无线通信传输。

手势控制：手势模块通过1处的五个指套与手指嵌套，当手指动作变化时，调整片2发生转动，然后转动角度被处壳体内的电路模块(角度识别器16、主板17)所接收，通过转动的角度大小，计算出手指移动的距离。

根据手指动作的大小，手掌转动的角度等信息，进行相应的命令。例如调节速度大小，改变轮椅运动的方向等，这些命令通过内置的蓝牙模块发送到轮椅端的接收器，从而实现命令的执行。控制方案如下表所示：

表1：手势控制方式

眼球控制：摄像头及NRF24L01模块的用户配搭设备，此部分为眼球图像信号采集端，主要作搭载用是采集使用者的眼球运行轨迹(左转、右转、眨眼)，单片机将信号转换成相应的控制指令，并通过NRF24L01模块将控制指令发送给轮椅。另一部分为命令执行端，搭载NRF24L01模块的轮椅，此部分为命令执行端。轮椅通过NRF24L01模块接收眼球信号采集端发送来的控制指令并执行，轮椅做出相应的启停及转向运动，使用者目视前方即前进，2s内连续眨眼次即启停。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于体感信号的智能轮椅，其特征在于，包括：带有信号接收控制装置(40)的轮椅主体(50)和体感控制系统(60)，所述体感控制系统(60)与所述信号接收控制装置(40)连接，所述体感控制系统(60)包括：控制器主体(1)、手环(11)、若干组手环组件，所述手环组件包括：调整片(2)、控制连杆(3)、连接片(4)、可伸缩连杆(5)、角度调整片(6)、指环连接片(7)、指环(8)、弹簧(13)、连接螺钉(14)、连接轴(15)、角度识别器(16)、主板(17)，所述调整片(2)与所述控制器主体(1)可转动连接，所述控制连杆(3)与所述调整片(2)可转动连接，所述连接片(4)分别与所述控制器主体(1)、控制连杆(3)可转动连接，所述可伸缩连杆(5)一端与所述连接片(4)可转动连接、另一端与所述指环连接片(7)可转动连接，所述可伸缩连杆(5)两个端点之间设置所述弹簧(13)，所述指环(8)与所述指环连接片(7)连接，所述手环(11)与所述控制器主体(1)连接，所述调整片(2)与所述连接螺钉(14)相连，所述连接螺钉(14)穿过所述连接轴(15)与所述角度识别器(16)连接，所述角度识别器(16)与所述主板(17)连接。

2.如权利要求1所述的基于体感信号的智能轮椅，其特征在于，还包括：螺钉(9)、螺栓(10)，所述连接片(4)通过所述螺钉(9)与所述可伸缩连杆(5)连接，所述连接片(4)通过所述螺栓(10)与所述控制器主体(1)连接。

3.如权利要求1所述的基于体感信号的智能轮椅，其特征在于，还包括眼球控制系统(70)，所述眼球控制系统(70)与所述信号接收控制装置(40)连接，所述眼球控制系统(70)包括：头部支架(18)、控制器(19)、信号采集摄像头(20)、连接线路(21)，所述控制器(19)安装在所述头部支架(18)上，所述信号采集摄像头(20)通过所述连接线路(21)与所述控制器(19)连接。

4.一种基于体感信号的智能轮椅，其特征在于，包括：带有信号接收控制装置(40)的轮椅主体(50)和眼球控制系统(70)，所述眼球控制系统(70)与所述信号接收控制装置(40)连接，所述眼球控制系统(70)包括：头部支架(18)、控制器(19)、信号采集摄像头(20)、连接线路(21)，所述控制器(19)安装在所述头部支架(18)上，所述信号采集摄像头(20)通过所述连接线路(21)与所述控制器(19)连接。

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