WO2009141461A1 - Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas - Google Patents

Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas Download PDF

Info

Publication number
WO2009141461A1
WO2009141461A1 PCT/ES2008/000366 ES2008000366W WO2009141461A1 WO 2009141461 A1 WO2009141461 A1 WO 2009141461A1 ES 2008000366 W ES2008000366 W ES 2008000366W WO 2009141461 A1 WO2009141461 A1 WO 2009141461A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
wheelchair
movement
value
linear
Prior art date
Application number
PCT/ES2008/000366
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Smithers
Unai Antero Urruticoechea
Urko Esnaola Campos
Original Assignee
Fundacion Fatronik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fundacion Fatronik filed Critical Fundacion Fatronik
Priority to PCT/ES2008/000366 priority Critical patent/WO2009141461A1/es
Priority to US12/994,277 priority patent/US20110130940A1/en
Priority to EP08775394A priority patent/EP2302480B1/en
Priority to AT08775394T priority patent/ATE545077T1/de
Publication of WO2009141461A1 publication Critical patent/WO2009141461A1/es

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/0055—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot with safety arrangements
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
    • G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G05D1/0242—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using non-visible light signals, e.g. IR or UV signals
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals

Definitions

  • the present invention relates to a wheelchair and a method for correcting the driving of a wheelchair. More specifically, the invention relates to a controller that combines the user's orders and the availability of free space around the wheelchair to produce the final instructions that will move the wheelchair.
  • An electric wheelchair is a kind of mobile platform.
  • a control interface usually a joystick, which allows to control the speed of advance of the wheelchair, through forward and backward movements of the joystick, as well as the speed of rotation, through of movements to the left and to the right of the joystick.
  • an electric wheelchair becomes a kind of mobile robot.
  • detection systems are used to obtain information about the environment surrounding the robot: surfaces , walls and other geometric objects and their situation. This information is then used to form a model or map of the environment in which the robot operates; either a local map that is updated as the robot moves; or a global map that develops in a way Creative as the robot moves through its surroundings.
  • the model or map is then used to plan an obstacle-free path, a path, for subsequent subsequent movement and the resulting movement planning is executed in an action.
  • the cycle is then repeated with new detection data that normally results in new information about the environment, modifications of the environment model and possibly the need to re-plan a new obstacle-free route.
  • US application US 2004/0220735 discloses a wheelchair that includes a device for detecting collisions.
  • the wheelchair incorporates a series of detectors that detect contact or collision with an object.
  • the device for the motor of the wheelchair, or the brakes are applied.
  • the system tells the operator to recognize the collision and guides the operator in the appropriate direction to move the vehicle controls in order to move away from the object with which it has collided.
  • the request refers to a wheelchair that includes a cruise control system that controls the speed, so that the speed is maintained in a desired range, preferably on slopes, so that the chair does not stop when climbing a very steep slope or acquires excessive speed when lowering it.
  • Japanese patent JP 11290390 shows a system for the autonomous driving of a wheelchair, so that from the information entered into the driving system, the system calculates the route from the point of origin to the destination.
  • the system incorporates a device that avoids obstacles.
  • US Patent US 7204328 refers to a wheelchair that incorporates a navigation aid system that includes detectors to detect obstacles. When obstacles are encountered, the system automatically takes control of the wheelchair.
  • the invention relates to a wheelchair.
  • Said wheelchair comprises a propellant means for at least two driving wheels.
  • Said driving means may be, for example, a battery that provides electric power to two motors, one connected to each driving wheel.
  • the wheelchair comprises a means of indicating movement, usually a joystick or a set of five keys for the four main directions and an additional key for extra movement characteristics. Therefore, the user may indicate a forward and backward movement and a rotation movement, both to the left and to the right.
  • the wheelchair in its corresponding left and right arms, includes at least one set of detectors to detect at least one value relative to a free space around the wheelchair.
  • the surrounding free space refers to an area in which the wheelchair can move without causing problems to the wheelchair, its user and the rest of the people and elements surrounding the wheelchair.
  • the number of detectors in each set may vary, having as minimum three on each side of the wheelchair. A better option is to allow four detectors.
  • wheelchairs with five, six or more detectors are preferred than the wheelchair with only three.
  • the arrangement of detectors in each set of detectors comprises a first detector in the front part of the wheelchair, oriented towards the forward direction.
  • a last detector will be placed on the left arm to control the left area of the wheelchair, that is, 90 degrees to the left from the direction of movement forward.
  • the last detector of the right arm will be arranged in an analogous position, that is, to control an area at 90 degrees from both first left and right detectors and 180 degrees from the last left detector.
  • the rest of the detectors will be arranged uniformly on each arm, between the first and the last detector.
  • the technology of the detector assemblies can be ultrasonic detector, infrared detector or any other technology such as sonar detectors, laser scope scanners, radars, or artificial vision systems. Any of these technologies will be available to provide coverage equivalent to the distribution disclosed in the previous paragraph. It is possible to provide a wheelchair with two or more sets of detectors, one using ultrasound technology and another with an infrared technology, for example.
  • the wheelchair of the present invention includes a controller comprising means for obtaining a linear motion component value and a rotary motion component value from the data produced by the motion indication means.
  • Any address selected by the user of the wheelchair will be broken down into two components. The first refers to a linear movement that will explain the forward and backward movements along a preselected direction. The second refers to a rotation that the user wants to perform. This second component will not imply any forward or backward movement, the wheelchair will remain in the same place, but It will turn left or right depending on the direction the user has selected.
  • the controller will produce for each set of detectors a value of linear and rotating surrounding free space.
  • the controller in the present invention additionally comprises means for combining user instructions about the linear and rotation component with the surrounding free space values according to the linear and rotation component.
  • the combination of the values of the linear component of the instruction of the user and the linear component of surrounding free space will provide a final or total linear movement that is the linear movement that will direct the propelling means and, therefore, the wheels motor.
  • the combination of the values of the rotation component of the user's instruction and the rotation component of the surrounding free space will provide a final or total rotation movement that is the rotation movement that will direct the propelling means and, therefore, the driving wheels.
  • the advantage of this wheelchair is that the controller that will steer the wheels will always be the same controller, that is, the controller will not turn on and off depending on the circumstances, the controller will always monitor the user's driving style. Said controller will consider at the same time the instructions provided by the user and the availability of free space around the wheelchair. This fact allows the user to effectively drive a wheelchair since their instructions will not be canceled if an obstacle is found. If an obstacle is found in the direction in which the user wants to go, the controller will not turn to avoid said obstacle. The controller will stop the wheelchair and at this point the user will decide how to overcome the obstacle. Therefore, the controller will not order a movement in a direction not desired by the user. The controller will adjust or modify the user's instructions according to the availability of free space.
  • the combination of the user instruction values and the values of the surrounding free space according to the linear and rotation components can be obtained using the harmonic mean of all the values considered.
  • the total linear movement can be obtained by calculating the harmonic mean of the value of the linear motion component obtained from the motion indication means, that is, the linear component of the user's instructions and the different values of the surrounding free space in a linear component obtained by the different sets of detectors.
  • These different values of the surrounding free space correspond to the different values calculated for each set of detectors or detection technology. If only ultrasound technology is used, the harmonic mean will be calculated for these two values, if infrared detectors are also used, the harmonic mean will be calculated for these three values.
  • the harmonic or arithmetic mean can be calculated for all the data of the different sets of detectors and then the harmonic mean of the average of the detection data and the value of the user's instruction can be calculated. In the same way, mutatis mutandis, you can proceed to calculate the total rotation movement.
  • the main advantage of the harmonic mean is that the harmonic mean of a group of values containing zero will always be zero, regardless of the total number of values and the actual value thereof. Therefore, if the controller assigns a zero to the situation in which the user does not request a movement in a linear or rotational direction, the wheelchair will not move in said linear or rotational direction. In addition, if the controller assigns a zero to those situations in which there is no free space in the linear or rotational direction, as long as there is no free space in said directions, the wheelchair will not move in said directions. Therefore, an obstacle or the absence of user instructions will stop the wheelchair, regardless of the user's instructions or the free space in said situations.
  • a microcontroller or an array device can be used of programmable field doors, or any other easily programmable device.
  • the invention discloses a method for correcting the driving of a wheelchair. Correcting the driving of a wheelchair does not mean making movements that the user has not ordered or requested, that is, turning the wheelchair when the user goes directly to an obstacle. Correcting the driving of a wheelchair means adapting the user's instructions to the availability of free spaces around the wheelchair, so that if there is an obstacle and the user ignores it, the wheelchair will stop.
  • the procedure comprises the steps of acquiring an indication of movement of the wheelchair by the user, that is, the user's instructions. These instructions can be provided with a joystick or a keyboard.
  • the movement indications by the user will be transformed, obtaining a linear movement component and a rotation movement component of said movement indications.
  • Each set of values will correspond to a different set of detectors.
  • the detector sets will be described according to their technology. As in the previous case, from these sets of values of the surrounding free space around the wheelchair, a linear component and a rotation component of said value sets will be obtained.
  • the method further comprises the step of combining the linear movement component of the indication of movement of the wheelchair by the user and the linear component of the at least one set of values of the surrounding free space around The wheelchair to obtain a total linear movement. Mutatis mutandis will get a total rotation movement.
  • the wheelchair will be driven, not according to the indications of movement of the wheelchair by the user or according to the surrounding free space detected, but according to the total linear movement and the total rotational movement obtained.
  • the combination of the linear movement component of the indication of movement of the wheelchair by the user and the linear component of the at least one set of values of the surrounding free space around the wheelchair to obtain a linear movement total can be done by calculating the harmonic mean of said linear movement component of the indication of movement of the wheelchair by the user and said linear component of the at least one set of values of the surrounding free space around the wheelchair . If there is more than one set of detectors, the harmonic mean of all the different values can be calculated, or a first average of said detection data of the linear component can be calculated, said mean being the arithmetic or harmonic mean, and then The harmonic mean of said mean and the linear movement component of the movement indication of the wheelchair by the user are calculated.
  • the rotation components can be combined using a procedure analogous to the procedure used to calculate linear components
  • Figure 1 shows a perspective view of a wheelchair according to the present invention.
  • Figure 2a Shows a flow chart of the process defined in the present invention to process the detection data.
  • Figure 2b Shows a flow diagram of the process defined in the present invention to calculate the linear component of surrounding free space, ⁇ s .
  • Figure 2 - Shows a flow chart of the process defined in the present invention to calculate the left and right surrounding free space rotation component, ⁇ s! and ⁇ sr .
  • Figure 3. Shows a five-button cross device to drive the wheelchair.
  • Figure 1 shows a wheelchair.
  • Said wheelchair comprises two driving wheels 1, two pivoting wheels, two arms, driving means that drive the two driving wheels 1 and movement indicating means 2 of the wheelchair by the user, in this case a joystick.
  • the drive means are powered by an electric battery.
  • the third detector 5 by ultrasound, forming a series of detectors.
  • the first detector 3 in each arm is facing forward, the second detector 4 is oriented 45 degrees to the left from the forward direction in the left arm and 45 degrees to the right from the forward direction in the right arm, finally, the third detector 5 is oriented 90 degrees to the left and right in the left and right arm.
  • each detector 3, 4 and 5 is activated in turn, with sufficient time between the activation of each detector 3, 4 and 5 for any wave to be detected sound reflected from surfaces up to three to four meters away by the detector device 3, 4 and 5 activated.
  • the series of detectors on the left and on the right can be operated synchronously, so that two ultrasound detectors 3, 4 and 5 are activated at the same time.
  • the best arrangement is to activate corresponding pairs of detectors in each series at the same time: both detectors 3 directed forward, followed by the two detectors 4 to 45 degrees, left and right, and finally the two detectors 5 to 90 degrees.
  • d max is a system parameter set for an open space distance value, normally corresponding to a distance of between 3, 0 meters to 3.5 meters
  • d m ⁇ n is a system parameter set for a minimum safety distance corresponding to between 0.3 meters and 0.5 meters. Said processing is shown schematically in Figure 2a.
  • the processed detection value, snL ( ⁇ ) is equal to max if the detection value srL ( ⁇ ) is equal to or greater than ad max or if there is no return, Io which indicates that the detector did not detect any reflection of its emitted sound wave. If the detection value srL ( ⁇ ) is less than or equal to ad m ⁇ n , the processed value snL ( ⁇ ) is equal to zero.
  • the detection value srL ( ⁇ ,) is set ad max , unless the previous detection value, at the previous time, t-1, was lower ad ma ⁇ , then the new detection value is adjusted to the previous value plus a predefined increase, Sdeita-
  • detection values processed from left and right, snL ( ⁇ ,) and snR ( ⁇ ,) have been calculated, they are normalized with respect to the interval of d m , nad max .
  • This normalization process maps the detection values processed with the interval [O, 1]: zero for values less than or equal to ad m ⁇ n , one for values greater than or equal to ad max and a linearly proportional value for all intermediate values.
  • results of this detection data processing are a set of values of the series of sonar detectors, ssL ( ⁇ ) and ssR ( ⁇ ), which are normalized and weighted according to a specified distribution .
  • This detection data processing can be implemented as a program executed in a microcontroller, with the code disclosed, or it could be adequately implemented directly in hardware, using FPGA technology, programmable door array of field, or any other easily programmable device, for example.
  • the microcontroller or the FPGA will be included in the wheelchair controller. From these data, two motion control parameters are derived, a linear component of surrounding free space, ⁇ s , which is used to control the speed of the wheelchair forward or backward or the surrounding free space in a component linear, and a Rotating component of the surrounding free space, ⁇ s , which is used to control the speed of rotation of the wheelchair or the surrounding free space in a rotating component.
  • ⁇ s The value of the linear component of surrounding free space, ⁇ s , is calculated by adding all the values ssL ( ⁇ ) and ssR ( ⁇ ) and dividing the total by the number of detectors in the left and right series, six in our case. This action is represented in Figure 2b.
  • ⁇ s this is divided into two semi-dimensions, a left surrounding free space rotation component, ⁇ s ⁇ and a right surrounding free space rotation component , ⁇ S r-
  • the component of left surrounding free space rotation, ⁇ s ⁇ is calculated by adding the ssL ( ⁇ ) values for the series of detectors on the left, dividing the sum by the number of detectors in the left series , three in our case, subtracting the result from one and taking the absolute value of the result.
  • ⁇ sr The value of the right surrounding free space rotation component, ⁇ sr , is calculated by adding the ssR ( ⁇ ) values for the series of detectors on the right, dividing the sum by the number of detectors in the right series, three in our case, subtracting the result from one and taking the absolute value of the result. This whole process is illustrated in Figure 2c.
  • the formula for calculating ⁇ sr and ⁇ si, is therefore: ssL ( ⁇ °) + ssL (- 45 O ) + ssL (- 90 °)
  • this detection data processing can be implemented as a program executed in the microcontroller, or it could be properly implemented directly in hardware, using FPGA technology, field programmable door array, or any other easily programmed device, for example. This routine will also be executed in the wheel chair controller.
  • the joystick control of the standard electric wheelchair emits two analog signals, normally ⁇ 5V or ⁇ 12V: one output corresponds to the forward and backward position of the joystick, + maxV for fully forward, -maxV for fully backward , while the second output corresponds to the left and right position of the joystick, + maxV for totally to the right and -maxV for totally to the left.
  • the first pair of values is used to form a linear component value of the forward movement indication means, ⁇ JSf and a linear component value of the rearward movement indication means, ⁇ Jsr , each presenting an interval [0, + 1].
  • the second pair of semi-dimensional values is used to form a rotation component value of the movement indicating means towards the left, ⁇ , s ⁇ and a rotation component value of the movement indicating means towards the Ia right, ⁇ JS r, each presenting an interval [0, + 1].
  • the linear component forward of the movement indicating means, cij s f is positive and the linear backward component of the motion indication means, ⁇ j Sr , is zero, the total value of the linear component, ⁇ ⁇ , is calculated as the value of the harmonic mean between the value of The linear component of surrounding free space, ⁇ s and the value of the forward linear component of the means, ⁇ JSf .
  • the total value of the rotation component, ⁇ ⁇ is calculated considering two components, a total value of the left rotation component, ⁇ T ⁇ and a total value of the right rotation component, ⁇ Tr . Said parameters are calculated as the value of the harmonic mean between the user's instructions and the detection values, both to the left and to the right.
  • ⁇ T ⁇ and ⁇ -m are compared to obtain the final total value of the rotation component, ⁇ r. If the total value of the component of rotation to the left, ⁇ T ⁇ , is greater than the total value of the component of rotation to the left, ⁇ r , the final movement must turn to the left, therefore the final total value of The rotation component, ⁇ ⁇ , will be equal to minus the total value of the left rotation component, - ⁇ . The minus sign indicates that the turning movement is to the left.
  • the final total value of The rotation component, ⁇ ⁇ will be equal to plus the total value of the rotation component to the right, + ⁇ Tr -
  • the plus sign indicates that the turning movement is to the right.
  • the value of the linear component backwards of the movement indication means, ⁇ jSr is positive and the value of the linear component forward of the indication means of movement, ⁇ jSf , is zero, the total value of the linear component, ⁇ -r, is adjusted to a constant value, a slow constant inverse speed. Said speed is a safe value for the wheelchair to operate without causing any risk to the user and the people and objects surrounding the wheelchair.
  • the final total value of the rotation component, ⁇ i is calculated using the same procedure used in the forward movement, but taking into account that the wheelchair is moving backwards.
  • the total value of the linear component, ⁇ -r is then used to adjust the forward speed of the wheelchair, where a total value of the linear component, ⁇ ⁇ , equal to 1 corresponds to the maximum forward speed of The wheelchair and a total value of the linear component, ⁇ ⁇ , equal to 0 corresponds to zero forward speed, or the negative constant slow reverse speed, in the event that the value of the linear component backward of the motion indication means, ⁇ jsr , is greater than zero.
  • the total value of the rotation component, ⁇ i is used to adjust the rotation speed of the wheelchair, where a total value of the rotation component, ⁇ ⁇ , equal to -1 corresponds to the total rotation speed rotating towards the left, a total value of the rotation component, ⁇ ⁇ , equal to +1 corresponds to the total rotation speed turning to the right and a total value of the rotation component, ⁇ ⁇ , equal to 0 corresponds to the absence of rotation.
  • these calculations of the linear and rotation component can be implemented as a program executed in the microcontroller, or they could be adequately implemented directly in hardware, using FPGA technology, array of programmable field doors, technology or any other device easily programmed, for example.
  • the output signals of the user control device, the joystick are better limited so that it is not possible to order a maximum forward speed and a maximum rotation speed to it weather. This is done in the simplest way by drawing the rectangular contour box of the movements of the joystick on a circle with a radius equal to the maximum forward movement.
  • ultrasonic processing detection data is identical, except that the step of processing ⁇ S ta is not necessary.
  • infrared detectors are used in addition to the detectors ultrasound, then data infrared detection are processed of the same way, except for the S of ⁇ ta calculation, but separately from the data detection by ultrasound to produce Ia linear component forward and backward of the surrounding free space according to infrared detection values, ⁇ ⁇ rf and ⁇ and rotation component towards Ia left and to the right of the surrounding free space according to infrared detection values, ⁇ , r ⁇ and ⁇ irr-
  • These additional values of surrounding free space are combined with the values of the linear and rotating component of the joystick and the ultrasound detectors in the same way extending the calculation of the harmonic mean used to include three terms instead of two terms.
  • the expression for the total value of the linear component, ⁇ ⁇ is, for this situation with three parameters:
  • an average value of the surrounding free space can be obtained according to the ultrasonic and infrared detector and then the harmonic mean of said medium and the value of the motion indication means can be calculated.
  • any number of other values of linear and rotational component derived from other systems of detectors, laser, radar, vision, etc. can be combined in an easy and simple way to form unique total values of linear and rotational component, ⁇ ⁇ and P T , which are then used to control the speed of advance and rotation of the wheelchair.
  • the design of the user control interface necessary for an electric wheelchair user will depend on the skills and abilities of the human user involved. However, only a few entries are necessary to generate the total values of linear and rotational component, ⁇ ⁇ and ⁇ > to drive and navigate a wheelchair, given the motion control system based on detectors described above.
  • buttons: on or off, pressed or not pressed are shown in Figure 3.
  • the upper button, "F” increases the value of the linear component forward of the movement indicating means, a ] S , thus increasing the speed of advance of the wheelchair.
  • Pressing the central "X" button once adjusts the value of the linear component of the movement indication means, ⁇ jS , to zero and therefore stops the wheelchair, since if some value of the linear component of the system of detectors and / or of the movement indication means is zero, the total value of the linear component, ⁇ j, will be zero. It is a useful feature of the rule of combination of the harmonic mean described above.
  • This five-button cross control interface can easily allow other special control modes. For example, by pressing and holding the central "X” and then pressing the “F” button, it could be a way of ordering a forward movement, at a speed determined entirely by the detector system, but without rotation, to the left or to the right: a driving command in a straight line. By releasing the "X” button the control returns to the standard mode, with the detector system and the user rotation commands active. Similarly, pressing and holding the "X” button and then pressing the "B” button could be a way to order a straight backward movement, which stops when the "X” button is released.
  • the result is an electric wheelchair that still needs the user to be actively involved in guiding the movement of his wheelchair, but that makes driving easier in situations that require detailed wheelchair movements with precision to pass for limited or crowded spaces and that will significantly reduce the possibility of the user bumping into things, including against other people
  • the wheelchair of the present invention can therefore significantly improve the safety of wheelchair users when driving through spaces and places occupied by other people who do not use wheelchairs, especially in situations where the rest of the People may not be able to easily and quickly get out of the way of a poorly driven electric wheelchair.

Abstract

La silla de ruedas de la presente invención comprende medios propulsores para al menos dos ruedas 1 motrices, medios 2 de indicación de movimiento de la silla de ruedas por parte del usuario que comprenden medios para indicar un movimiento hacia delante, hacia atrás y de rotación, al menos un sistema de detectores para detectar al menos un valor relativo a un espacio libre circundante y un controlador que comprende medios para obtener un valor de componente de movimiento lineal y de rotación, αjs, ßjs, a partir de los datos producidos por los medios de indicación de movimiento y medios para obtener el espacio libre circundante en una componente lineal y de rotación, αs, ßs, a partir del al menos un valor detectado por el, al menos un, detector 3, 4, 5. El movimiento lineal y rotatorio total, αT, ßT, aplicado a los medios propulsores se calculan como una combinación del valor de la componente de movimiento lineal y de rotación, αjs, ßjs, obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el, al menos un, valor del espacio libre circundante en una componente lineal y de rotación, αs, ßs.

Description

SILLA DE RUEDAS Y PROCEDIMIENTO PARA CORREGIR LA CONDUCCIÓN DE UNA SILLA DE RUEDAS
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una silla de ruedas y a un procedimiento para corregir Ia conducción de una silla de ruedas. Más específicamente, Ia invención se refiere a un controlador que combina las órdenes del usuario y Ia disponibilidad de espacio libre alrededor de Ia silla de ruedas para producir las instrucciones finales que moverán Ia silla de ruedas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una silla de ruedas eléctrica es una especie de plataforma móvil.
Proporciona al usuario, el conductor, una interfaz de control, normalmente un joystick, que permite controlar Ia velocidad de avance de Ia silla de ruedas, a través de movimientos hacia delante y hacia atrás del joystick, así como Ia velocidad de rotación, a través de movimientos hacia Ia izquierda y hacia Ia derecha del joystick.
Al añadir detectores que pueden detectar espacio abierto suficiente para que Ia silla de ruedas se mueva por el mismo y al utilizar los datos de los detectores para determinar comandos de control de movimiento, velocidad de avance y velocidad de rotación, necesarios para hacer que Ia silla de ruedas se mueva por un recorrido libre de obstáculos, una silla de ruedas eléctrica se convierte en una especie de robot móvil.
Para que sean útiles y eficaces, los robots móviles deben moverse sin golpear cosas; paredes, objetos, personas, etc. Por tanto, evitar obstáculos se ha convertido en un tema de investigación en el campo de Ia robótica móvil desde sus primeros días. Existen ahora numerosas técnicas publicadas que utilizan detectores infrarrojos, detectores de sonar, visores de alcance láser de escaneo, radares y sistemas de visión artificial para detectar obstáculos y reconocer lugares.
Los primeros trabajos fueron realizados por Moravec y Elfes utilizando detectores de sonar [Moravec, H & Elfes, A, 1985: High resolution maps from wide angle sonar, Proc ASME International Computers in Engineering
Conference, Boston, MA, págs. 375-80]. Borenstein y Koren [Borenstein, J & Koren, Y, 1991 : The vector field histogram-fast evitation de obstáculos for mobile robots, IEEE Transactions on Robotics y Automation, VoI 7, n° 3, junio, págs. 278 — 88] divulgaron importantes mejoras, utilizando una vez más detectores de sonar y quienes obtuvieron también una patente de una versión de sus técnicas [Borenstein et al, 1991 : patente estadounidense, Obstacle-avoiding navigation system, número de patente 5,006,988, 9 de abril de 1991].
Los trabajos posteriores en robótica móvil adoptaron esencialmente uno de dos enfoques: (i) procedimientos de detección simple y evitación de obstáculos; y (ii) procedimientos de detección sofisticados y modelización del entorno utilizando visores de alcance láser y técnicas de visión por ordenador para Ia detección de obstáculos y Ia navegación. El primer enfoque, más sencillo, se conoce por el nombre de robótica basada en el comportamiento y los principales resultados de estos trabajos se divulgaron por Arkin [Arkin, R C, 1998: Behaviour-based Robotics, MIT Press, Cambridge, MA] y Brooks [Brooks, R A, 1999: Cambrian Intelligence The Early History of the New Al, MIT Press, Cambridge, MA].
El segundo enfoque, denominado a menudo como enfoque clásico, ha desarrollado diversas técnicas para implementar Io que se denomina el ciclo de detección-modelización-planificación-actuación: se utilizan sistemas de detección para obtener información sobre el entorno que rodea al robot: las superficies, paredes y otros objetos geométricos y su situación. Esta información se utiliza entonces para formar un modelo o un mapa del entorno en el que opera el robot; ya sea un mapa local que se actualiza a medida que se mueve el robot; o un mapa global que se desarrolla de forma ¡ncremental a medida que robot se mueve por su entorno. El modelo o mapa se utiliza entonces para planificar un recorrido libre de obstáculos, una trayectoria, para el posterior movimiento posterior y Ia planificación de movimiento resultante se ejecuta en una acción. El ciclo se repite entonces con nuevos datos de detección que normalmente dan como resultado nueva información sobre el entorno, modificaciones del modelo del entorno y posiblemente Ia necesidad de volver a planificar un nuevo recorrido libre de obstáculos.
Estos enfoques clásicos incorporan evitación de obstáculos en Ia navegación de modo que Ia planificación y el desplazamiento de un sitio a otro incluye planificación y ejecución de acciones de evitación de obstáculos. Los resultados de este enfoque clásico se resumen bien en Kortenkamp et al [Kortenkamp, D, Basso, R, P, & Murphy, R, 1998: Artificial Intelligence y Mobile Robots, AAAI Press Menlo Park, CA y MIT Press, Cambridge, MA], incluyendo las denominadas soluciones híbridas que buscan combinar ambos procedimientos clásico y basado en el comportamiento. Los trabajos más recientes en Ia evitación de obstáculos y navegación de robots móviles se han visto dominados por el desarrollo y el uso de enfoques estadísticos sofisticados para representar y realizar razonamientos sobre datos de detección y modelizar explícitamente las inevitables imprecisiones de los datos de detección. Se denominan procedimientos SLAM, Simultaneous Localisation y Mapping (localización y construcción simultánea de mapas) y los principales resultados están recogidos adecuadamente en [Thrun, s, Burgard, W, & Fox, D, 2005: Probabilistic Robotics, MIT Press, Cambridge, MA].
Añadir control de movimiento y navegación basados en detección a una silla de ruedas eléctrica Ia convierte en un robot autónomo que lleva a una persona como pasajero, una silla de ruedas robótica. No se trata del uso normal ni deseable de una silla de ruedas eléctrica: los usuarios quieren y necesitan ser capaces de controlar hacia dónde y cómo se mueve su silla de ruedas. Diversos grupos de investigación han investigado este aspecto de Ia interacción persona-silla de ruedas robótica, véase [Yanco, H, A, 1998: Integrating Robotic Research: A survey of robotic wheelchair development, Proc AAAI Spring Symposium on Integrating Robotics Research, Stanford University, CA, AAAI Press] para una breve visión general. De las cinco sillas de ruedas robóticas recogidas en Yanco, cuatro intentan Ia navegación automática, utilizando detectores láser y de visión, dejando que el usuario indique dónde quiere ir, de una lista o mapa de lugares identificados previamente. A Ia hora de abordar las situaciones denominadas de "conflicto", en las que el usuario quiere ir en una dirección diferente a Ia que Ia silla de ruedas decide tomar, estos sistemas de interfaz ofrecen dos o más niveles de control diferentes y el usuario tiene que conmutar de uno a otro para tener más o menos un control global del movimiento de Ia silla de ruedas. El quinto proyecto de silla de ruedas presenta un enfoque de bajo coste, pero también ésta pretende Ia navegación automática, tratando Ia evitación de obstáculos como parte de Ia navegación, véase [Miller D, P, & Slack, M, G, 1995: Designing and testing a low-cost robotic wheelchair prototype, Autonomous Robotics, VoI 2, págs. 77-88]. Todos estos enfoques, tratan el control humano y el control robótico como un tipo de problema de combinación explícito, que va de un control totalmente robótico, automático, a un control totalmente humano, normalmente con una o dos combinaciones intermedias en medio para su selección por el usuario. Posteriormente, Miller investigó en sus trabajos un enfoque alternativo en el que el sistema de Ia silla de ruedas robótica decide cuándo conmutar entre diferentes combinaciones de control de usuario humano y robótico, véase [Miller, D, P, 1999: Semi-autonomous mobility verses semi-mobile autonomy, in Proc AAAI Spring Symposium on Agent with Adjustable Autonomy, AAAI Press, Menlo Park, CA]. Una de las invenciones que refleja algunos de los aspectos descritos anteriormente es Ia patente francesa 2660454. Dicha patente se refiere a un procedimiento de conducción automática de una silla de ruedas con Ia posibilidad de cambiar el modo de funcionamiento de un modo automático a uno manual en circunstancias complicadas. La silla de ruedas incluye un número de detectores que permiten su funcionamiento en modo automático, por ejemplo, para mantener una distancia fija con una pared lateral o centrada entre dos paredes, Ia máquina también incluye Ia capacidad de detenerse automáticamente en situaciones extremas.
La solicitud estadounidense US 2004/0220735 da a conocer una silla de ruedas que incluye un dispositivo para detectar colisiones. Con este fin, Ia silla de ruedas incorpora una serie de detectores que detectan contacto o colisión con un objeto. En esta situación, el dispositivo para el motor de Ia silla de ruedas, o se aplican los frenos. El sistema indica al operador que reconozca Ia colisión y guía al operador en Ia dirección apropiada para que mueva los controles del vehículo con el fin de alejarse del objeto con el que ha chocado.
Otra solución al problema propuesto se describe en Ia solicitud estadounidense US 2006/0180368. En este caso, Ia solicitud se refiere a una silla de ruedas que incluye un sistema de control de crucero que controla Ia velocidad, de modo que Ia velocidad se mantiene en un intervalo deseado, preferiblemente en cuestas, de modo que Ia silla no se detiene al subir una cuesta muy inclinada ni adquiere una velocidad excesiva al bajarla.
Por otro lado, Ia patente japonesa JP 11290390 muestra un sistema para Ia conducción autónoma de una silla de ruedas, de modo que a partir de Ia información introducida en el sistema de conducción, el sistema calcula Ia ruta desde el punto de origen al destino. El sistema incorpora un dispositivo que permite evitar los obstáculos.
La patente estadounidense US 7204328 se refiere a una silla de ruedas que incorpora un sistema de ayuda a Ia navegación que incluye detectores para detectar obstáculos. Cuando se encuentran obstáculos, el sistema toma automáticamente el control de Ia silla de ruedas.
En resumen, los trabajos sobre sillas de ruedas robóticas normalmente utilizan sistemas de detección caros y combinan evitación de obstáculos y navegación en un sistema de control de navegación y movimiento totalmente automatizado. Se supone, idealmente, que los usuarios humanos dan comandos de navegación "de alto nivel" a estos sistemas, pero también se ofrecen varios niveles de control diferentes para afrontar situaciones en las que el sistema robótico intenta hacer algo que el usuario no quiere, o para ayudar a Ia silla de ruedas cuando ésta se encuentra con problemas al intentar hacer algo que no puede. Por tanto, el control de movimiento es siempre algún tipo de combinación de dos modos de control mutuamente excluyentes: el usuario humano y Ia silla de ruedas robótica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
En un primer aspecto, Ia invención se refiere a una silla de ruedas. Dicha silla de ruedas comprende un medio propulsor para al menos dos ruedas motrices. Dicho medio propulsor puede ser, por ejemplo, una batería que proporciona potencia eléctrica a dos motores, uno conectado a cada rueda motriz.
Para seleccionar el recorrido deseado por el usuario, Ia silla de ruedas comprende un medio de indicación de movimiento, normalmente un joystick o un conjunto de cinco teclas para las cuatro direcciones principales y una tecla adicional para características de movimiento extra. Por Io tanto, el usuario podrá indicar un movimiento hacia delante y hacia atrás y un movimiento de rotación, tanto a Ia izquierda como a Ia derecha. La silla de ruedas, en sus correspondientes brazos izquierdo y derecho, incluye al menos un conjunto de detectores para detectar al menos un valor relativo a un espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas. El espacio libre circundante se refiere a una zona en Ia que Ia silla de ruedas puede moverse sin causar problemas a Ia silla de ruedas, a su usuario y al resto de Ia gente y elementos que rodean Ia silla de ruedas. El número de detectores en cada conjunto puede variar, habiendo como mínimo tres a cada lado de Ia silla de ruedas. Una opción mejor es permitir cuatro detectores. De hecho, se prefieren sillas de ruedas con cinco, seis o más detectores que Ia silla de ruedas con sólo tres. La disposición de detectores en cada conjunto de detectores comprende un primer detector en Ia parte frontal de Ia silla de ruedas, orientado hacia Ia dirección hacia delante. Un último detector se colocará en el brazo izquierdo para controlar el área izquierda de Ia silla de ruedas, es decir, a 90 grados hacia Ia izquierda desde Ia dirección de movimiento hacia delante. El último detector del brazo derecho se dispondrá en una posición análoga, es decir, para controlar un área a 90 grados desde ambos primeros detectores izquierdo y derecho y 180 grados desde el último detector izquierdo. El resto de detectores se dispondrán de manera uniforme en cada brazo, entre el primer y el último detector.
La tecnología de los conjuntos de detectores puede ser detector por ultrasonido, detector infrarrojo o cualquier otra tecnología como detectores de sonar, visores de alcance láser de escaneo, radares, o sistemas de visión artificial. Se dispondrá cualquiera de estas tecnologías para proporcionar una cobertura equivalente a Ia distribución dada a conocer en el párrafo anterior. Es posible proporcionar una silla de ruedas con dos o más conjuntos de detectores, uno empleando tecnología por ultrasonido y otro con una tecnología por infrarrojos, por ejemplo.
La silla de ruedas de Ia presente invención incluye un controlador que comprende medios para obtener un valor de componente de movimiento lineal y un valor de componente de movimiento rotatorio a partir de los datos producidos por los medios de indicación de movimiento. Cualquier dirección seleccionada por el usuario de Ia silla de ruedas se descompondrá en dos componentes. La primera se refiere a un movimiento lineal que explicará los movimientos hacia delante y hacia atrás a Io largo de una dirección preseleccionada. La segunda se refiere a una rotación que el usuario quiere realizar. Esta segunda componente no implicará ningún movimiento hacia delante o hacia atrás, Ia silla de ruedas permanecerá en el mismo lugar, pero girará hacia Ia izquierda o hacia Ia derecha dependiendo del sentido que el usuario haya seleccionado.
De manera similar, el controlador producirá para cada conjunto de detectores un valor de espacio libre circundante lineal y de rotación. El controlador en Ia presente invención comprende adicionalmente medios para combinar las instrucciones del usuario acerca de Ia componente lineal y de rotación con los valores de espacio libre circundantes según Ia componente lineal y de rotación. La combinación de los valores de Ia componente lineal de Ia instrucción del usuario y de Ia componente lineal de espacio libre circundante proporcionará un movimiento lineal final o total que es el movimiento lineal que dirigirá a los medios propulsores y, por Io tanto, a las ruedas motrices. De manera similar, Ia combinación de los valores de Ia componente de rotación de Ia instrucción del usuario y de Ia componente de rotación del espacio libre circundante proporcionará un movimiento de rotación final o total que es el movimiento de rotación que dirigirá los medios propulsores y, por Io tanto, las ruedas motrices.
La ventaja de esta silla de ruedas es que el controlador que dirigirá las ruedas será siempre el mismo controlador, es decir, el controlador no se encenderá y apagará en función de las circunstancias, el controlador monitorizará siempre el estilo de conducción del usuario. Dicho controlador considerará al mismo tiempo las instrucciones proporcionadas por el usuario y Ia disponibilidad de espacio libre alrededor de Ia silla de ruedas. Este hecho permite al usuario conducir de manera eficaz silla de ruedas dado que sus instrucciones no se anularán si se encuentra un obstáculo. Si se encuentra un obstáculo en Ia dirección en Ia que quiere ir el usuario, el controlador no girará para evitar dicho obstáculo. El controlador detendrá Ia silla de ruedas y en este punto el usuario decidirá cómo superar el obstáculo. Por tanto, el controlador no ordenará un movimiento en una dirección no deseada por el usuario. El controlador ajustará o modificará las instrucciones del usuario según Ia disponibilidad de espacio libre.
La combinación de los valores de Ia instrucción del usuario y de los valores del espacio libre circundante según las componentes lineal y de rotación puede obtenerse utilizando Ia media armónica de todos los valores considerados. El movimiento lineal total puede obtenerse calculando Ia media armónica del valor de Ia componente de movimiento lineal obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento, es decir, Ia componente lineal de las instrucciones del usuario y los diferentes valores del espacio libre circundante en una componente lineal obtenida mediante los diferentes conjuntos de detectores. Estos diferentes valores del espacio libre circundante corresponden a los diferentes valores calculados para cada conjunto de detectores o tecnología de detección. Si sólo se utiliza tecnología por ultrasonido, Ia media armónica se calculará para estos dos valores, si también se utilizan detectores por infrarrojos, Ia media armónica se calculará para estos tres valores. Alternativamente, Ia media armónica o aritmética puede calcularse para todos los datos de los diferentes conjuntos de detectores y entonces calcularse Ia media armónica de Ia media de los datos de detección y el valor de Ia instrucción del usuario. De manera idéntica, mutatis mutandis, puede procederse para calcular el movimiento de rotación total.
En caso de que los detectores no funcionen, esto no implicará un funcionamiento erróneo de Ia silla de ruedas, dado que el usuario seguirá teniendo el control absoluto convencional, aunque sin evitación de obstáculos asistida por detectores. En caso de que se produzca un funcionamiento erróneo de los detectores, Ia salida de estos detectores se evitará o ignorará y Ia silla de ruedas funcionará según las instrucciones del usuario.
La principal ventaja de Ia media armónica es que Ia media armónica de un grupo de valores que contienen cero siempre será cero, independientemente del número total de valores y del valor real de los mismos. Por Io tanto, si el controlador asigna un cero a Ia situación en Ia que el usuario no solicita un movimiento en una dirección lineal o de rotación, Ia silla de ruedas no se moverá en dicha dirección lineal o de rotación. Además, si el controlador asigna un cero a aquellas situaciones en las que no hay espacio libre en Ia dirección lineal o de rotación, en cuanto no hay espacio libre en dichas direcciones, Ia silla de ruedas no se moverá en dichas direcciones. Por tanto, un obstáculo o Ia ausencia de instrucciones de usuario detendrá Ia silla de ruedas, sin importar cuáles son las instrucciones del usuario o el espacio libre en dichas situaciones.
Con el fin de combinar el valor de Ia componente de movimiento lineal obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el, al menos un, valor del espacio libre circundante en una componente lineal para producir un movimiento lineal total y combinar el valor de Ia componente de movimiento de rotación obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el, al menos un, valor de espacio libre circundante en una componente de rotación para producir un movimiento de rotación total, puede utilizarse un microcontrolador o un dispositivo de array de puertas programables de campo, o cualquier otro dispositivo fácilmente programable.
En un segundo aspecto, Ia invención da a conocer un procedimiento para corregir Ia conducción de una silla de ruedas. Corregir Ia conducción de una silla de ruedas no significa realizar movimientos que el usuario no ha ordenado o pedido, es decir, girar Ia silla de ruedas cuando el usuario se dirige directamente a un obstáculo. Corregir Ia conducción de una silla de ruedas significa adaptar las instrucciones del usuario a Ia disponibilidad de espacios libres alrededor de Ia silla de ruedas, de modo que si hay un obstáculo y el usuario Io ignora, Ia silla de ruedas se detendrá.
El procedimiento comprende las etapas de adquirir una indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario, es decir, las instrucciones del usuario. Dichas instrucciones pueden proporcionarse con un joystick o con un teclado. Las indicaciones de movimiento por parte del usuario se transformarán, obteniéndose una componente de movimiento lineal y una componente de movimiento de rotación de dichas indicaciones de movimiento.
Será necesario también adquirir al menos un conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas. Cada conjunto de valores corresponderá a un conjunto de detectores diferente. Los conjuntos de detectores se describirán según su tecnología. Como en el caso anterior, a partir de estos conjuntos de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas, se obtendrá una componente lineal y una componente de rotación de dichos conjuntos de valores.
Según Ia invención, el procedimiento comprende adicionalmente Ia etapa de combinar Ia componente de movimiento lineal de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente lineal del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento lineal total. Mutatis mutandis se obtendrá un movimiento de rotación total. La silla de ruedas se conducirá, no según las indicaciones de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario o según el espacio libre circundante detectado, sino según el movimiento lineal total y el movimiento rotatorio total obtenidos.
La combinación de Ia componente de movimiento lineal de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente lineal del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento lineal total puede realizarse calculando Ia media armónica de dicha componente de movimiento lineal de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y dicha componente lineal del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas. En caso de que haya más de un conjunto de detectores, puede calcularse Ia media armónica de todos los diferentes valores, o puede calcularse una primera media de dichos datos de detección de Ia componente lineal, siendo dicha media Ia media aritmética o armónica, y entonces calcularse Ia media armónica de dicha media y Ia componente de movimiento lineal de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario. La combinación de las componentes de rotación puede realizarse utilizando un procedimiento análogo al procedimiento utilizado para calcular las componentes lineales.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción en curso y con el fin de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención según una realización práctica preferida de Ia misma, se adjunta un conjunto de dibujos como parte integrante de dicha descripción, mostrada a continuación con un carácter ilustrativo y no limitativo:
La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de una silla de ruedas según Ia presente invención.
La figura 2a.- Muestra un diagrama de flujo del proceso definido en Ia presente invención para procesar los datos de detección.
La figura 2b.- Muestra un diagrama de flujo del proceso definido en Ia presente invención para calcular Ia componente lineal de espacio libre circundante, αs.
La figura 2c- Muestra un diagrama de flujo del proceso definido en Ia presente invención para calcular Ia componente de rotación de espacio libre circundante izquierdo y derecho, βs! y βsr.
La figura 3.- Muestra un dispositivo de cinco botones en cruz para conducir Ia silla de ruedas.
REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN A Ia vista de las figuras expuestas se da a conocer una posible realización de una silla de ruedas según Ia invención. La figura 1 muestra una silla de ruedas. Dicha silla de ruedas comprende dos ruedas 1 motrices, dos ruedas pivotantes, dos brazos, medios propulsores que impulsan las dos ruedas 1 motrices y medios de indicación de movimiento 2 de Ia silla de ruedas por parte del usuario, en este caso un joystick. Los medios propulsores se alimentan mediante una batería eléctrica. En ambos brazos pueden observarse tres detectores 3, 4 y
5 por ultrasonido, formando una serie de detectores. El primer detector 3 en cada brazo está orientado hacia delante, el segundo detector 4 está orientado 45 grados hacia Ia izquierda desde Ia dirección hacia delante en el brazo izquierdo y 45 grados hacia Ia derecha desde Ia dirección hacia delante en el brazo derecho, finalmente, el tercer detector 5 está orientado 90 grados hacia Ia izquierda y hacia Ia derecha en el brazo izquierdo y derecho.
En cada serie de tres detectores 3, 4 y 5 por ultrasonido, izquierda y derecha, cada detector 3, 4 y 5 se activa por turnos, con tiempo suficiente entre Ia activación de cada detector 3, 4 y 5 para que se detecte cualquier onda sonora reflejada desde superficies hasta de tres a cuatro metros de distancia por el dispositivo detector 3, 4 y 5 activado. Las series de detectores a Ia izquierda y a Ia derecha pueden hacerse funcionar de manera sincrónica, de modo que dos detectores 3, 4 y 5 por ultrasonido se activan al mismo tiempo. La mejor disposición es activar parejas correspondientes de detectores en cada serie al mismo tiempo: ambos detectores 3 dirigidos hacia delante, seguidos de los dos detectores 4 a 45 grados, izquierdo y derecho, y finalmente los dos detectores 5 a 90 grados.
Los datos desde cada detector 3, 4 y 5 en cada serie de detectores se procesan entonces de Ia siguiente manera, donde dmax es un parámetro de sistema ajustado para un valor de distancia de espacio abierto, correspondiente normalmente a una distancia de entre 3,0 metros a 3,5 metros, y dm¡n es un parámetro de sistema ajustado para una distancia de seguridad mínima correspondiente a entre 0,3 metros y 0,5 metros. Dicho procesamiento se muestra esquemáticamente en Ia figura 2a. Para el valor de detección real, es decir, centímetros o milisegundos de vuelo, del detector con un ángulo θ en Ia serie de Ia izquierda, srL(θ¡), donde θ = {-0o, -45°, -90°} en el caso de una serie con tres detectores, el valor de detección procesado, snL(θ¡), es igual a dmax si el valor de detección srL(θ¡) es igual o superior a dmax o si no hay retorno, Io que indica que el detector no detectó ninguna reflexión de su onda sonora emitida. Si el valor de detección srL(θ¡) es inferior o igual a dm¡n, el valor procesado snL(θ¡) es igual a cero.
Si el valor de detección real es No Return (ningún retorno), el valor de detección srL(θ,) se ajusta a dmax, salvo si el valor de detección previo, en el instante anterior en el tiempo, t-1 , fue inferior a dmaχ, entonces el nuevo valor de detección se ajusta al valor previo más un incremento predefinido, Sdeita-
Este valor incremental, Sdeita. es normalmente un diez por ciento del valor de distancia de espacio abierto, dmax. srL(θl) [t] = srL(θ,)[t-1] + Sdeι,a
El proceso anterior podría implementarse en un programa de software siguiendo las instrucciones indicadas a continuación:
FOR i = 0o, -45°, -90°
IF srL(θ.) > dmax THEN snL(θ,) = dmax OR
IF srL(θ,) < dmιn THEN snl_(θ,) = dmin OR
IF srL(θ,) = NoReturn y srl_(θ,)[t-1] < dmax THEN snL(θ,) = srl_(θ,)[t-1] + Sdeιta a UNLESS srl_(θ,)[t-1] + Sdelta > dmax IN WHICH CASE snl_(θ,) = dmax OR
IF srL(θ,) = NoReturn y srL(θ,)[t-1] = dmax
THEN snL(θ,) = dmax . END FOR
Los valores de detección actuales de Ia serie de detectores de Ia derecha srR(θ,) se procesan de Ia misma manera para dar los valores de detección procesados de Ia derecha snR(θ,), donde θ = {0o, 45°, 90°}. De manera similar, el proceso para obtener snR(θ,) podría implementarse en un programa de software siguiendo las instrucciones indicadas a continuación:
FOR i = 0o, 45°, 90° IF srR(θ.) > dmax THEN snR(θ,) = dmax
OR IF srR(θ,) < dmin THEN snR(θ,) = dmιn
OR
IF srR(θ,) = NoReturn y srR(θ,)[t-1] < dmax
THEN snR(θ,) = srR(θ,)[t-1] + Sdeιta a UNLESS srR(θ,)[t-1] + Sdelta > dmaχ
IN WHICH CASE snR(θ,) = dmax OR IF srR(θ,) = NoReturn y srR(θ,)[t-1] = dmax
THEN snR(θ,) = dmax END FOR
Una vez calculados los valores de detección procesados de Ia izquierda y de Ia derecha, snL(θ,) y snR(θ,), se normalizan con respecto al intervalo de dm,n a dmax. Ese proceso de normalización mapea los valores de detección procesados con el intervalo [O, 1]: cero para los valores inferiores o iguales a dmιn, uno para valores superiores o iguales a dmax y un valor linealmente proporcional para todos los valores intermedios.
Un programa de software podría implementarse para realizar estas tareas, debiendo ser el código similar a las siguientes instrucciones:
FOR j = 0o, -45°, -90° snL(θ,) = dmιn -» snL(θ,) = 0 snL(θ,) = dmax •» snL(θ,) = 1 dmin < snL(θι) < dmax
-» (snl_(θ,) - dmιn)/ (dmax - dmιn) END FOR Para los valores de detección de Ia derecha, las instrucciones serían:
FOR j = 0°, 45°, 90° snR(θ,) = dmιn * snR(θ,) = 0 snR(θ,) = dmax -» snR(θ,) = 1 dmin < snR(θι) < dmax * (snR(θ,) - dmin)/ (dmax - dmιn)
END FOR Una vez obtenidos los valores normalizados de los valores de detección procesados para Ia izquierda y para Ia derecha snl_(θ¡) y snR(θ¡), se llevan a cabo las siguientes operaciones para obtener ssl_(θ¡) y ssR(θ¡).
_ef ssL(θi) = snL(θ¡) e μ , donde 1.500 < μ < 5.000
Λ ssR(θ¡) = snR(θ¡) e μ t donde 1.500 < μ < 5.000
Por consiguiente, un posible código podría ser, para los valores de detección de Ia izquierda y de Ia derecha: FOR _i = 0o, -45°, -90°
ssL(θ¡) = snl_(θ¡) e μ END FOR
FOR j = 0o, 45°, 90°
ssR(θ¡) = snR(θ¡) e μ END FOR
Donde 1.500 < μ < 5.000 Los resultados de este procesamiento de datos de detección son un conjunto de valores de Ia serie de detectores de sonar, ssL(θ¡) y ssR(θ¡), que se normalizan y se ponderan según una distribución especificada.
Este procesamiento de datos de detección, representado en Ia figura 2a, puede implementarse como un programa ejecutado en un microcontrolador, con el código dado a conocer, o podría implementarse adecuadamente del mismo modo directamente en hardware, utilizando tecnología FPGA, array de puertas programables de campo, o cualquier otro dispositivo fácilmente programable, por ejemplo. El microcontrolador o el FPGA estarán incluidos en el controlador de Ia silla de ruedas. A partir de estos datos se derivan dos parámetros de control de movimiento, una componente lineal de espacio libre circundante, αs, que se utiliza para controlar Ia velocidad de Ia silla de ruedas hacia delante o hacia atrás o el espacio libre circundante en una componente lineal, y una componente de rotación del espacio libre circundante, βs, que se utiliza para controlar Ia velocidad de rotación de Ia silla de ruedas o el espacio libre circundante en una componente rotatoria.
El valor de Ia componente lineal de espacio libre circundante, αs, se calcula sumando todos los valores ssL(θ¡) y ssR(θ¡) y dividiendo el total por el número de detectores en las series izquierda y derecha, seis en nuestro caso. Esta acción está representada en Ia figura 2b. La instrucción en este caso, con tres detectores en cada brazo de Ia silla de ruedas, sería: αs __ S SL(- 90O) + S SL(- 45O) + S SL(0O _) + S SR(0O) + S SR(45O) + S SR(90°)
En el caso del valor de Ia componente de rotación del espacio libre circundante, βs, éste se divide en dos semi-dimensiones, una componente de rotación de espacio libre circundante izquierdo, βsι y una componente de rotación de espacio libre circundante derecho, βSr- La componente de rotación de espacio libre circundante izquierdo, βsι, se calcula sumando los valores ssL(θ¡) para Ia serie de detectores de Ia izquierda, dividiendo Ia suma por el número de detectores en Ia serie izquierda, tres en nuestro caso, restando el resultado a uno y tomando el valor absoluto del resultado. El valor de Ia componente de rotación de espacio libre circundante derecho, βsr, se calcula sumando los valores ssR(θ¡) para Ia serie de detectores de Ia derecha, dividiendo Ia suma por el número de detectores en Ia serie derecha, tres en nuestro caso, restando el resultado a uno y tomando el valor absoluto del resultado. Todo este proceso está ilustrado en Ia figura 2c. La fórmula para calcular βsr y βsi, es, por tanto: ssL(θ°) + ssL(- 45O) + ssL(- 90°)
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0002
De nuevo, este procesamiento de datos de detección puede implementarse como un programa ejecutado en el microcontrolador, o podría implementarse adecuadamente del mismo modo directamente en hardware, utilizando tecnología FPGA, array de puertas programables de campo, o cualquier otro dispositivo fácilmente programado, por ejemplo. Esta rutina también se ejecutará en el controlador de Ia silla de rueda.
El control de joystick de Ia silla de ruedas eléctrica estándar emite dos señales analógicas, normalmente ±5V o ±12V: una salida corresponde a Ia posición hacia delante y hacia atrás del joystick, +maxV para totalmente hacia delante, -maxV para totalmente hacia atrás, mientras que Ia segunda salida corresponde a Ia posición izquierda y derecha del joystick, +maxV para totalmente a Ia derecha y -maxV para totalmente a Ia izquierda.
Estas dos salidas del joystick se separan en parejas de semi- dimensiones y se ajustan a escala para el intervalo entre 0 y +1 : una pareja para los movimientos hacia delante y hacia atrás del joystick, correspondientes al movimiento hacia delante y hacia atrás de Ia silla de ruedas y una segunda pareja para los movimientos hacia Ia izquierda y hacia Ia derecha del joystick, correspondientes a los movimientos de giro a Ia izquierda y giro a Ia derecha de Ia silla de ruedas.
La primera pareja de valores se utiliza para formar un valor de componente lineal de los medios de indicación de movimiento hacia delante, αJSf y un valor de componente lineal de los medios de indicación de movimiento hacia atrás, αJsr, presentando cada uno un intervalo [0,+1]. La segunda pareja de valores de semi-dimensiones se utiliza para formar un valor de componente de rotación de los medios de indicación de movimiento hacia Ia izquierda, β,sι y un valor de componente de rotación de los medios de indicación de movimiento hacia Ia derecha, βJSr, presentando cada uno un intervalo [0,+1]. Los valores de componente lineal y de rotación de espacio libre circundante a partir de las series de detectores de sonar, αs y βs y los valores de componente lineal y de rotación de los medios de indicación de movimiento, αJSf y βJSι y βJSr se combinan entonces para formar un valor de componente lineal total, ατ y un valor de componente de rotación total, βj. Si Ia decisión del usuario es mover Ia silla de ruedas hacia delante, Ia componente lineal hacia delante de los medios de indicación de movimiento, cijsf, es positiva y Ia componente lineal hacia atrás de los medios de indicación de movimiento, αjSr, es cero, el valor total de Ia componente lineal, ατ, se calcula como el valor de Ia media armónica entre el valor de Ia componente lineal de espacio libre circundante, αs y el valor de Ia componente lineal hacia delante de los medios, αJSf.
«τ = 2 • α* • "»< αs + αD Sf
El valor total de Ia componente de rotación, βτ, se calcula considerando dos componentes, un valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βTι y un valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βTr. Dichos parámetros se calculan como el valor de Ia media armónica entre las instrucciones del usuario y los valores de detección, tanto en sentido hacia Ia izquierda como hacia Ia derecha.
Figure imgf000021_0001
2 • βsr • β,sr
Una vez calculados dichos valores totales de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda y hacia Ia derecha, βTι y β-m se comparan para obtener el valor total final de Ia componente de rotación, βr. Si el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βTι, es superior al valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βτr, el movimiento final debe girar hacia Ia izquierda, por tanto el valor total final de Ia componente de rotación, βτ, será igual a menos el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, -βτι. El signo menos indica que el movimiento de giro es hacia Ia izquierda. Si el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βTr, es superior al valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βTι, el movimiento final debe girar hacia Ia derecha, por tanto el valor total final de Ia componente de rotación, βτ, será igual a más el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, +βTr- El signo más indica que el movimiento de giro es hacia Ia derecha. Si Ia decisión del usuario es mover Ia silla de ruedas hacia atrás, el valor de Ia componente lineal hacia atrás de los medios de indicación de movimiento, αjSr, es positivo y el valor de Ia componente lineal hacia delante de los medios de indicación de movimiento, αjSf, es cero, el valor total de Ia componente lineal, α-r, se ajusta a un valor constante, una velocidad inversa constante lenta. Dicha velocidad es un valor seguro para que Ia silla de ruedas funcione sin provocar riesgo alguno para el usuario y las personas y los objetos que rodean Ia silla de ruedas.
El valor total final de Ia componente de rotación, βi, se calcula utilizando el mismo procedimiento empleado en el movimiento hacia delante, pero teniendo en cuenta que Ia silla de ruedas se está moviendo hacia atrás. Se calcularán y compararán un valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda y un valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βTι y a βτr- Si el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, β-π, es superior al valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βTr, el valor total de Ia componente de rotación, βτ, será igual a menos el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, -βTr. Si el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βτr, es superior al valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βTι, el valor total de Ia componente de rotación, βτ, será igual a más el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, +βτι.
En el cálculo tanto hacia delante como hacia atrás, si el valor total de Ia componente de rotación hacia Ia izquierda, βτι, es igual al valor total de Ia componente de rotación hacia Ia derecha, βτr, el valor total de Ia componente de rotación, βτ, será igual a cero y no se realizará ningún giro.
El valor total de Ia componente lineal, α-r, se utiliza entonces para ajustar Ia velocidad de avance de Ia silla de ruedas, donde un valor total de Ia componente lineal, ατ, igual a 1 corresponde a Ia velocidad de avance máxima de Ia silla de ruedas y un valor total de Ia componente lineal, ατ, igual a 0 corresponde a velocidad de avance cero, o Ia velocidad inversa constante lenta negativa, en el caso de que el valor de Ia componente lineal hacia atrás de los medios de indicación de movimiento, αjsr, sea superior a cero.
El valor total de Ia componente de rotación, βi, se utiliza para ajustar Ia velocidad de rotación de Ia silla de ruedas, donde un valor total de Ia componente de rotación, βτ, igual a -1 corresponde a Ia velocidad de rotación total girando hacia Ia izquierda, un valor total de Ia componente de rotación, βτ, igual a +1 corresponde a Ia velocidad rotación total girando hacia Ia derecha y un valor total de Ia componente de rotación, βτ, igual a 0 corresponde a ausencia de rotación. De nuevo, estos cálculos de Ia componente lineal y de rotación pueden implementarse como un programa ejecutado en el microcontrolador, o podrían implementarse adecuadamente del mismo modo directamente en hardware, utilizando tecnología FPGA, array de puertas programables de campo, tecnología o cualquier otro dispositivo fácilmente programado, por ejemplo.
Para una mejor conducción de Ia silla de ruedas, las señales de salida del dispositivo de control del usuario, el joystick, por ejemplo, se limitan mejor de modo que no sea posible ordenar una velocidad de avance máxima y una velocidad de rotación máxima al mismo tiempo. Esto se realiza de Ia manera más sencilla trazando Ia caja de contorno rectangular de los movimientos del joystick sobre un círculo con un radio igual al movimiento máximo hacia delante.
Si se utilizan detectores por infrarrojos en lugar de detectores por ultrasonido, el procesamiento de datos de detección es idéntico, salvo porque Ia etapa de procesamiento Sdeιta no es necesaria.
Si se utilizan detectores por infrarrojos además de los detectores por ultrasonido, entonces los datos de detección por infrarrojos se procesan de Ia misma manera, salvo por el cálculo Sdeιta, pero de de forma separada de los datos de detección por ultrasonido para producir Ia componente lineal hacia delante y hacia atrás del espacio libre circundante según valores de detección por infrarrojos, αιrf y aιπ y componente de rotación hacia Ia izquierda y hacia Ia derecha del espacio libre circundante según valores de detección por infrarrojos, β,rι y βirr- Estos valores adicionales de espacio libre circundante se combinan con los valores de Ia componente lineal y de rotación del joystick y de los detectores por ultrasonido de Ia misma manera extendiendo el cálculo de Ia media armónica utilizado para incluir tres términos en lugar de dos términos. La expresión para el valor total de Ia componente lineal, ατ, es, para esta situación con tres parámetros:
OL α ] S f α i rr f ατ =
0W • «xrrf + «s • «xrrf + «s " °W
Alternativamente, puede obtenerse un valor medio del espacio libre circundante según el detector por ultrasonido y por infrarrojos y entonces calcularse Ia media armónica de dicha medio y el valor de los medios de indicación de movimiento. El resultado si se realiza Ia media aritmética primero y después Ia media armónica es: ατ = 2 • OW • («s + αirrf)
2 • 0W + «s + «xrrf Si en ambos casos se realiza Ia media armónica, el resultado final es:
4 • αs • α] Sf • αirrf
0W • «irrf + 2 • αs • αirrf + αs • αD Sf
Las formulas correspondientes para el resto de parámetros cambiarán de manera análoga.
Del mismo modo, cualquier número de otros valores de componente lineal y de rotación derivados de otros sistemas de detectores, láser, radar, visión, etc., pueden combinarse de manera fácil y sencilla para formar valores totales únicos de componente lineal y de rotación, ατ y PT, que se utilizan después para controlar Ia velocidad de avance y de rotación de Ia silla de ruedas. El diseño de Ia interfaz de control de usuario necesario para un usuario de silla de ruedas eléctrica dependerá de las habilidades y capacidades del usuario humano implicado. No obstante, sólo son necesarias unas pocas entradas para generar los valores totales de componente lineal y de rotación, ατ y βτ> para conducir y navegar una silla de ruedas, dado el sistema de control de movimiento basado en detectores descrito anteriormente.
Por ejemplo, en lugar del dispositivo joystick considerado hasta ahora, podría utilizase un dispositivo de cinco botones en cruz, presentando los cinco botones estados binarios: encendido o apagado, pulsado o no pulsado. Dicho dispositivo se muestra en Ia figura 3.
Pulsando una vez y soltando, el botón superior, "F", incrementa el valor de Ia componente lineal hacia delante de los medios de indicación de movimiento, a]S, aumentando así Ia velocidad de avance de Ia silla de ruedas. Pulsando una vez el botón "X" central, ajusta el valor de Ia componente lineal de los medios de indicación de movimiento, αjS, a cero y por tanto detiene Ia silla de ruedas, ya que si algún valor de componente lineal, del sistema de detectores y/o de los medios de indicación de movimiento es cero, el valor total de Ia componente lineal, αj, será cero. Se trata de una característica útil de Ia regla de combinación de Ia media armónica descrita anteriormente.
Pulsando una vez el botón inferior, "B", se decrementa el valor de Ia componente lineal hacia delante de los medios de indicación de movimiento, cijsf, disminuyendo así Ia velocidad de avance de Ia silla de ruedas, cuando está moviéndose en ese momento hacia delante. O, si Ia silla de ruedas está en ese momento detenida, inicia un movimiento hacia atrás a velocidad fija baja. Pulsando una vez el botón "X" central, de nuevo, se ajusta el valor de Ia componente lineal de los medios de indicación de movimiento, αjs, a cero, deteniéndose así Ia silla de ruedas que está moviéndose hacia atrás.
Pulsando y manteniendo pulsado el botón izquierdo, "L", genera una señal de componente de rotación hacia Ia izquierda fija de los medios de indicación de movimiento. Esto hará que Ia silla de ruedas empiece a girar hacia Ia izquierda, si el sistema de detectores permite un giro hacia Ia izquierda. Soltando el botón "L", se ajusta Ia señal de componente de rotación hacia Ia izquierda de los medios de indicación de movimiento a cero.
De manera similar, pulsando y manteniendo pulsado el botón derecho, "R", genera una señal de componente de rotación hacia Ia derecha fija de los medios de indicación de movimiento. Esto hará que Ia silla de ruedas empiece a girar hacia Ia derecha, si el sistema de detectores permite un giro hacia Ia derecha. Liberando el botón "R" se ajusta Ia señal de Ia componente de rotación hacia Ia derecha de los medios de indicación de movimiento a cero.
Esta interfaz de control de cinco botones en cruz puede permitir fácilmente otros modos de control especial. Por ejemplo, pulsando y manteniendo pulsado el central "X" y pulsando entonces el botón "F", podría ser una forma de ordenar un movimiento hacia delante, a una velocidad determinada totalmente por el sistema de detectores, pero sin rotación, hacia Ia izquierda o hacia Ia derecha: un comando de conducción en línea recta. Liberando el botón "X" el control vuelve al modo estándar, con el sistema de detectores y los comandos de rotación por el usuario activos. De manera similar, pulsando y manteniendo pulsado el botón "X" y entonces pulsando el botón "B" podría ser una forma de ordenar un movimiento hacia atrás en línea recta, que se detiene al liberar el botón "X". Otra posibilidad es pulsar y mantener pulsado el botón "X" con cualquiera de los botones "L" o "R", podría ser una forma de ordenar un control del movimiento de rotación totalmente por parte del usuario, hacia Ia izquierda, con el botón "L", o hacia Ia derecha, con el botón "R".
Las modificaciones necesarias para añadir esta invención a una silla de ruedas eléctrica estándar son evidentes y de bajo coste.
El resultado es una silla de ruedas eléctrica que todavía necesita que el usuario se implique activamente en el guiado del movimiento de su silla de ruedas, pero que hace más sencilla Ia conducción en situaciones que requieren movimientos de Ia silla de ruedas detallados con precisión para pasar por espacios limitados o abarrotados y que reducirá de manera significativa Ia posibilidad de que el usuario choque contra cosas, incluyendo contra otras personas. La silla de ruedas de Ia presente invención puede mejorar por tanto de manera significativa Ia seguridad de los usuarios de sillas de ruedas al conducir por espacios y lugares ocupados por otras personas que no utilizan silla de ruedas, especialmente en situaciones en las que el resto de personas puede que no sean capaces de apartarse fácil y rápidamente del camino de una silla de ruedas eléctrica mal conducida.
A Ia vista de esta descripción y del conjunto de dibujos, un experto en Ia técnica entenderá que las realizaciones de Ia invención que se ha descrito pueden combinarse de numerosas formas dentro del objeto de Ia invención. La invención se ha descrito según diversas realizaciones preferidas de Ia misma, pero resultará evidente para un experto en Ia técnica que pueden introducirse numerosas variaciones en dichas realizaciones preferidas sin sobrepasar el alcance de Ia invención reivindicada.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Silla de ruedas que comprende medios propulsores para al menos dos ruedas (1 ) motrices, medios (2) de indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario que comprenden medios para indicar un movimiento hacia delante, un movimiento hacia atrás y un movimiento de rotación, al menos un conjunto de detectores para detectar al menos un valor relativo a un espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas y un controlador, caracterizada porque dicho controlador comprende medios para obtener un valor de componente de movimiento lineal (αjs) y un valor de componente de movimiento de rotación (βjS) a partir de los datos producidos por los medios de indicación de movimiento y medios para obtener un valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) para cada conjunto de detectores y un valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) para cada conjunto de detectores, porque el controlador comprende adicionalmente medios para combinar el valor de componente de movimiento lineal (αjs) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento lineal total (ατ) y para combinar el valor de componente de movimiento rotatorio (βjs) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento rotatorio total (βi), y porque los medios propulsores están configurados para impulsar las ruedas motrices según el movimiento lineal total (α-r) y el movimiento rotatorio total (β-r) producidos.
2.- Silla de ruedas según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque los medios para combinar el valor de componente de movimiento lineal (αjS) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento lineal total (α-r) y para combinar el valor de componente de movimiento de rotación (βjS) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento rotatorio total (βr) están configurados para calcular Ia media armónica del valor de componente de movimiento lineal (aiS) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) de cada conjunto de detectores, siendo dicha media armónica el movimiento lineal total (ατ) y para calcular Ia media armónica del valor de componente de movimiento de rotación (βjS) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) de cada conjunto de detectores, siendo dicha media armónica el movimiento rotatorio total
Or).
3.- Silla de ruedas según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque los medios para combinar el valor de componente de movimiento lineal (αjs) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento lineal total (ατ) y para combinar el valor de componente de movimiento de rotación (βjs) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento rotatorio total (βi) consisten en un microcontrolador.
4.- Silla de ruedas según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque los medios para combinar el valor de componente de movimiento lineal (a¡s) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente lineal (αs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento lineal total (ατ) y para combinar el valor de componente de movimiento de rotación (βjs) obtenido a partir de los medios de indicación de movimiento y el valor de espacio libre circundante en una componente rotatoria (βs) de cada conjunto de detectores para producir un movimiento rotatorio total (βτ) consisten en un dispositivo de array de puertas programables de campo.
5.- Silla de ruedas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el conjunto de detectores comprende al menos tres detectores (3, 4, 5), un primer detector (3) está dispuesto en Ia parte frontal de Ia silla de ruedas, orientado en Ia dirección hacia delante, un último detector (5) está colocado a 90 grados desde Ia dirección de movimiento hacia delante, fuera de Ia dirección hacia delante de Ia silla de ruedas y el resto de detectores (4) se distribuyen de manera uniforme entre el primer (3) y el último detector (5).
6.- Silla de ruedas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque Ia tecnología del conjunto de detectores se selecciona entre ultrasonido, infrarrojos, sonar, visores de alcance láser de escaneo, radar y sistemas de visión artificial.
7.- Procedimiento para corregir Ia conducción de una silla de ruedas que comprende las etapas de,
- adquirir una indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario, - obtener una componente de movimiento lineal (αjS) y una componente de movimiento de rotación (βjS) a partir de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario,
- adquirir al menos un conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas, - obtener una componente lineal (αs) y una componente de rotación
(βs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas, caracterizado porque el procedimiento comprende adicionalmente las etapas de, - combinar Ia componente de movimiento lineal (αjs) de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente lineal (αs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento lineal total (ατ),
- combinar Ia componente de movimiento rotatorio (βjS) de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente de rotación (βs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento de rotación total (βτ),
- conducir Ia silla de ruedas según el movimiento lineal total (ατ) y el movimiento rotatorio total (βτ) obtenidos.
8.- Procedimiento según Ia reivindicación 7, caracterizado porque
Ia combinación de Ia componente de movimiento lineal (aiS) de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente lineal (αs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento lineal total (ατ) se realiza calculando Ia media armónica de dicha componente de movimiento lineal (aÍS) de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y dicha componente lineal (αs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas.
9.- Procedimiento según Ia reivindicación 7, caracterizado porque Ia combinación de Ia componente de movimiento de rotación (βjs) de Ia indicación de movimiento de Ia silla de ruedas por parte del usuario y Ia componente rotatoria (βs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas para obtener un movimiento rotatorio total (βτ) se realiza calculando Ia media armónica de dicha componente de movimiento rotatorio (βjs) de Ia indicación de movimiento de
Ia silla de ruedas por parte del usuario y dicha componente rotatoria (βs) del, al menos un, conjunto de valores del espacio libre circundante alrededor de Ia silla de ruedas.
PCT/ES2008/000366 2008-05-23 2008-05-23 Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas WO2009141461A1 (es)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/ES2008/000366 WO2009141461A1 (es) 2008-05-23 2008-05-23 Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas
US12/994,277 US20110130940A1 (en) 2008-05-23 2008-05-23 Wheelchair and method for correcting the guidance of a wheelchair
EP08775394A EP2302480B1 (en) 2008-05-23 2008-05-23 Wheelchair and method for correcting the guidance of a wheelchair
AT08775394T ATE545077T1 (de) 2008-05-23 2008-05-23 Rollstuhl und verfahren zum korrigieren der lenkung eines rollstuhls

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/ES2008/000366 WO2009141461A1 (es) 2008-05-23 2008-05-23 Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009141461A1 true WO2009141461A1 (es) 2009-11-26

Family

ID=40602636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2008/000366 WO2009141461A1 (es) 2008-05-23 2008-05-23 Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20110130940A1 (es)
EP (1) EP2302480B1 (es)
AT (1) ATE545077T1 (es)
WO (1) WO2009141461A1 (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101886928A (zh) * 2009-05-14 2010-11-17 深圳富泰宏精密工业有限公司 具有导盲功能的便携式电子装置
JP5471626B2 (ja) * 2010-03-09 2014-04-16 ソニー株式会社 情報処理装置、マップ更新方法、プログラム及び情報処理システム
US8924218B2 (en) * 2010-11-29 2014-12-30 Greg L. Corpier Automated personal assistance system
GB201220468D0 (en) 2012-11-14 2012-12-26 Provost Fellows Foundation Scholars And The Other Members Of Board Of A control interface
FR3034213B1 (fr) * 2015-03-24 2018-06-01 Insa De Rennes Methode de correction amelioree d'une trajectoire dans un dispositif d'aide au deplacement de personnes
CN109414363B (zh) * 2016-06-24 2020-02-18 松下电器产业株式会社 电动轮椅
US11243301B2 (en) 2016-07-12 2022-02-08 Braze Mobility Inc. System, device and method for mobile device environment sensing and user feedback
JP6967444B2 (ja) * 2017-12-22 2021-11-17 パナソニック株式会社 移動車両
TWI822096B (zh) * 2022-06-08 2023-11-11 和碩聯合科技股份有限公司 用於控制電動助行裝置的控制系統以及控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511825A (en) * 1981-04-15 1985-04-16 Invacare Corporation Electric wheelchair with improved control circuit
US5006988A (en) 1989-04-28 1991-04-09 University Of Michigan Obstacle-avoiding navigation system
FR2660454A1 (fr) 1990-03-27 1991-10-04 Commissariat Energie Atomique Procede de pilotage d'un vehicule tel qu'un fauteuil roulant pour personne handicapee.
JPH11290390A (ja) 1998-04-13 1999-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 移動体自律走行装置
US20040220735A1 (en) 2003-04-29 2004-11-04 Adams Don L. Powered mobility vehicle collision damage prevention device
EP1548534A2 (en) * 2003-12-23 2005-06-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for using rotational movement amount of mobile device and computer-readable recording medium for storing computer program
US20050279551A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Lopresti Edmund F Power apparatus for wheelchairs
US20060180368A1 (en) 2005-02-16 2006-08-17 Kwang Yang Motor Co., Ltd. Cruise control system for electric wheelchair

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1099379A (ja) * 1996-09-27 1998-04-21 Yamaha Motor Co Ltd 補助動力付き車椅子
US6017046A (en) * 1998-01-21 2000-01-25 Markovic; Vladimir Wheelchair apparatus
US6105706A (en) * 1998-03-31 2000-08-22 Hoveround Corporation Personal mobility vehicle with movable seat
WO2007068000A2 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Abraham Vasant Apparatus and system for efficient and maneuverable vehicle

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511825A (en) * 1981-04-15 1985-04-16 Invacare Corporation Electric wheelchair with improved control circuit
US5006988A (en) 1989-04-28 1991-04-09 University Of Michigan Obstacle-avoiding navigation system
FR2660454A1 (fr) 1990-03-27 1991-10-04 Commissariat Energie Atomique Procede de pilotage d'un vehicule tel qu'un fauteuil roulant pour personne handicapee.
JPH11290390A (ja) 1998-04-13 1999-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 移動体自律走行装置
US20040220735A1 (en) 2003-04-29 2004-11-04 Adams Don L. Powered mobility vehicle collision damage prevention device
EP1548534A2 (en) * 2003-12-23 2005-06-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for using rotational movement amount of mobile device and computer-readable recording medium for storing computer program
US20050279551A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Lopresti Edmund F Power apparatus for wheelchairs
US7204328B2 (en) 2004-06-21 2007-04-17 Lopresti Edmund F Power apparatus for wheelchairs
US20060180368A1 (en) 2005-02-16 2006-08-17 Kwang Yang Motor Co., Ltd. Cruise control system for electric wheelchair

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARKIN, R C: "Behaviour-based Robotics", 1998, MIT PRESS
BORENSTEIN, J; KOREN, Y: "The vector field histogram--fast obstacle avoidance for mobile robots", IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, vol. 7, no. 3, 1991, pages 278 - 88, XP000204797, DOI: doi:10.1109/70.88137
BROOKS, R A: "Cambrian Intelligence The Early History of the New AI", 1999, MIT PRESS
KORTENKAMP, D; BASSO, R, P; MURPHY, R: "Artificial Intelligence and Mobile Robots", 1998, AAAI PRESS MENLO PARK, CA, AND MIT PRESS
MILLER D, P; SLACK, M, G: "Designing and testing a low-cost robotic wheelchair prototype", AUTONOMOUS ROBOTICS, vol. 2, 1995, pages 77 - 88
MILLER, D, P: "Proc AAAI Spring Symposium on Agent with Adjustable Autonomy", 1999, AAAI PRESS, MENLO PARK, article "Semi-autonomous mobility verses semi-mobile autonomy"
MORAVEC, H; ELFES, A: "High resolution maps from wide angle sonar", PROC ASME INTERNATIONAL COMPUTERS IN ENGINEERING CONFERENCE, 1985, pages 375 - 80
THRUN, S; BURGARD, W; FOX, D: "Probabilistic Robotics", 2005, MIT PRESS
YANCO, H, A: "Proc AAAI Spring Symposium on Integrating Robotics Research, Stanford University, CA", 1998, AAI PRESS, article "Integrating Robotic Research: A survey of robotic wheelchair development"

Also Published As

Publication number Publication date
EP2302480B1 (en) 2012-02-08
US20110130940A1 (en) 2011-06-02
EP2302480A1 (en) 2011-03-30
ATE545077T1 (de) 2012-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009141461A1 (es) Silla de ruedas y procedimiento para corregir la conduccion de una silla de ruedas
US20140018994A1 (en) Drive-Control Systems for Vehicles Such as Personal-Transportation Vehicles
US9079307B2 (en) Autonomous locomotion apparatus, autonomous locomotion method, and program for autonomous locomotion apparatus
Yanco Integrating robotic research: A survey of robotic wheelchair development
EP1504277B1 (en) Real-time target tracking of an unpredictable target amid unknown obstacles
Demeester et al. User-adapted plan recognition and user-adapted shared control: A Bayesian approach to semi-autonomous wheelchair driving
Parikh et al. Incorporating user inputs in motion planning for a smart wheelchair
JP4738472B2 (ja) 障害物回避機能を有する移動制御装置
US20220342421A1 (en) Navigational control of autonomous cleaning robots
US6892134B2 (en) Method and system for guiding a vehicle
Demeester et al. Bayesian estimation of wheelchair driver intents: Modeling intents as geometric paths tracked by the driver
JP2019514103A (ja) プッシュモードでの誘導を伴う自律ロボット
Demeester et al. A model-based, probabilistic framework for plan recognition in shared wheelchair control: Experiments and evaluation
Kundu et al. A fuzzy approach towards behavioral strategy for navigation of mobile agent
Pruski et al. Robust path planning for non-holonomic robots
Carnegie et al. The design of a mobile autonomous robot for indoor security applications
US11630463B2 (en) Mobile robot, control method, and storage medium
Cheein et al. Autonomous assistance navigation for robotic wheelchairs in confined spaces
Wang et al. An improved localization and navigation method for intelligent wheelchair in narrow and crowded environments
Brandao et al. A strategy to avoid dynamic and static obstacles for robotic wheelchairs
Demeester et al. ML, MAP and greedy POMDP shared control: comparison of wheelchair navigation assistance for switch interfaces
Miteva et al. Design of a Sensor System for a Minimalistic Walking Robot with Two Degrees of Freedom
Calisi et al. A semi-autonomous tracked robot system for rescue missions
Ikuomola et al. AN OBSTACLE DETECTION AND AVOIDANCE ROBOT VEHICLE
Jernström AUTONOMOUS PARALLEL PARKING-A study based on the implementation of a car-like mobile robot

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08775394

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 589518

Country of ref document: NZ

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008775394

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12994277

Country of ref document: US