專利名稱：人機交互智能輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動輪椅領(lǐng)域，特別是一種人機交互智能輪椅。
背景技術(shù)：
根據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，1990-2020年世界老齡人口平均年增速度為2. 5%，同期我國老齡人口的遞增速度為3. 3%，老齡化速度快于世界老齡化速度。與其他國家相比，中國社會人口老齡化程度高，已逐步進入老齡化社會，許多大城市，如上海、北京，老年人的比例已接近20%,與此同時還有肢體殘疾的人口近6000萬。在他們當(dāng)中，有相當(dāng)多的因行走不便不得不依靠輪椅才能生活。但對于許多老年人來說，使用普通的輪椅不是十分方便，生活質(zhì)量受到明顯的影響。在歐美經(jīng)濟發(fā)達國家，老年人、殘疾人專用的手動輪椅和普通電動輪椅已出現(xiàn)被逐步淘汰的趨勢，取而代之的是性能優(yōu)越、操作簡便和行駛更加安全可靠的智能電動輪 椅。隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，預(yù)計在不久的將來，我國對高檔電動輪椅也將有十分旺盛的需求。隨著我國社會文明的發(fā)展進步，保障和提高老年人以及殘障人士等弱勢群體的生活質(zhì)量，已經(jīng)越來越受到社會各界人士的普遍關(guān)注。大量研究表明，有效增強老年人以及殘障人士的行動能力，不僅使得他們的日常生活變得方便，而且對他們的心理健康、自我評價、精神狀態(tài)也有著深遠的影響。因此，一種能為老年人提供方便的代步輪椅應(yīng)運而生，并得到了廣泛的推廣應(yīng)用。較早的輪椅是手動的，由人轉(zhuǎn)動一個手輪前進，這需要消耗體力，不適合那些體力太弱以及殘障人士使用。隨后又發(fā)明了電動輪椅，這種電動輪椅一般包括車體、前后輪、驅(qū)動電機、操作桿和電機驅(qū)動器，驅(qū)動電機由蓄電池供電，驅(qū)動后輪前進，坐在輪椅上的人只需按動操作桿，即可實現(xiàn)輪椅的前進、后退及左右轉(zhuǎn)彎。電動輪椅比手動輪椅有很大的進步，但仍存在一些問題，例如，用車人一般只會從上方觀察周圍環(huán)境，判斷自己該如何操縱輪椅，對地面及近地面的情況則較難觀察到，一旦碰到障礙物，不能及時采取應(yīng)對措施，往往造成硬性碰撞，甚至造成翻車事故和人身傷害。另外，對于一部分自理能力較差的老年人及殘障人士，一般的電動輪椅他們也操縱不了，需要開發(fā)一種操作更加方便、使用更加安全的新型智能輪椅，以滿足這部分人的需要，并為更多的人提供一種更加優(yōu)越的代步工具。目前在歐美、日本等發(fā)達國家中一些公司已經(jīng)研制開發(fā)出智能程度更高、自主能力更強的輪椅機器人產(chǎn)品。例如，美國AetiveMedia公司的Robotscehariot和AppliedALSystems公司的TA0-7,日本AISIN精機和富士通公司共同研制開發(fā)的TAOAicle等。但這些智能輪椅產(chǎn)品基本上采用類似于移動機器人的控制系統(tǒng)，采用通用計算機即筆記本電腦或嵌入式工控機作為上位機，驅(qū)動控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)作為下位機，產(chǎn)品體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整體成本很高。在目前中國智能輪椅市場中，中科院自動化所和香港力勁集團合作研發(fā)的智能輪椅，亦采用了多模態(tài)的融合技術(shù)，由于目前的智能輪椅基本上采用與移動機器人相同的技術(shù)方案，因而成本很高，只有一些特殊人群才能夠使用而難以進入普通家庭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用嵌入式控制系統(tǒng)的人機交互智能輪椅，且同時具有超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)、語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)，其不但很好的解決了采用通用計算機控制器所面臨的成本高、功耗大以及續(xù)航能力差等問題，同時保證了輪椅精確、穩(wěn)定的運行。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、人機交互設(shè)備、操作桿和電機驅(qū)動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內(nèi)安裝有嵌入式控制系統(tǒng)，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側(cè)部布有超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)，車體上布有語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)，超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)、語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)分別與嵌入式控制系統(tǒng)電信連接，嵌入式控制系統(tǒng)還與操作桿及電機驅(qū)動器電信連接，蓄電池為驅(qū)動電機供電。而且，所述的視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)由檢測系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)和動力系統(tǒng)三個部分組成。而且，所述的檢測系統(tǒng)采用CMOS圖像傳感器。而且，所述的超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)采用超聲波傳感器。而且，所述的人機交互設(shè)備包括揚聲器、IXD和LED燈，且人機交互設(shè)備與嵌入式控制系統(tǒng)相連。而且，所述的語音控制機構(gòu)采用MIC進行聲音錄入。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是
I、本發(fā)明簡便易用是人機交互智能輪椅高效運行的基礎(chǔ)，語音控制機構(gòu)將控制指令簡化為五個，并在嵌入式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了語音的在線訓(xùn)練，新用戶只需花上幾分鐘的時間進行語音訓(xùn)練便可實現(xiàn)對智能輪椅的語音控制。2、本發(fā)明采用基于嵌入式控制系統(tǒng)的控制器為16位SPCE016A單片機的人機交互智能輪椅較好的解決了采用基于通用計算機控制器所存在的成本高、功耗大以及續(xù)航能力差等問題，這就使人機交互智能輪椅向產(chǎn)業(yè)化方向邁進了一大步。3、本發(fā)明是一種性能優(yōu)越的代步工具，具有自動行走、避障、以及目標(biāo)跟蹤等功能，與傳統(tǒng)的輪椅相比，人機交互智能輪椅更加安全可靠、易于操作，可滿足一部分老年人以及殘障人士等弱勢群體的需要，提高他們的生活質(zhì)量。4、本發(fā)明設(shè)計合理，采用人機交互設(shè)備可以使使用者很直觀的了解到人機交互智能輪椅的工作狀態(tài)。


圖I是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述
一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電、機、人機交互設(shè)備、操作桿和電機驅(qū)動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內(nèi)安裝有嵌入式控制系統(tǒng)，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側(cè)部布有超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)，車體上布有語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)，超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)、語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)分別與嵌入式控制系統(tǒng)電信連接，嵌入式控制系統(tǒng)還與操作桿及電機驅(qū)動器電信連接，蓄電池為驅(qū)動電機供電。結(jié)合圖1，闡述本發(fā)明的工作原理MIC將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過SPCE016A單片機的AD通道進行采集；揚聲器用于播放語音提示，實現(xiàn)輪椅和用戶之間的語音交互，LCD用于顯示當(dāng)前輪椅自身狀態(tài)信息，LED燈用于指示輪椅當(dāng)前各種狀態(tài)。對于輪椅的控制，語音控制機構(gòu)采用16位單片機SPCE061A作為系統(tǒng)核心，先通過MIC訓(xùn)練語音命令，提取出特征參數(shù)并導(dǎo)入到FLASH中構(gòu)成語音模型庫。識別過程中，利用庫函數(shù)將待測語音信號與語音模型庫中的模型進行相似度比較，識別成功智能輪椅則進行相應(yīng)的運動。、
超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)能夠完成到指定目標(biāo)的路徑規(guī)劃，實現(xiàn)了輪椅的安全避障。將超聲波避障和語音播報技術(shù)融合，輪椅能夠自動判斷是否能夠安全的執(zhí)行用戶給定的命令，并通過揚聲器語音播報的形式將信息反饋給用戶。使得智能輪椅人機交互性更強，運行更加安全可靠。超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)采用超聲波傳感器實現(xiàn)輪椅避障控制，由于輪椅要實現(xiàn)安全避障首先要對外部環(huán)境進行充分認識，所以該機構(gòu)采用分布在不同方向上的多路超聲波傳感器對環(huán)境進行感知。超聲波由發(fā)射端發(fā)出，遇到障礙物返回，接收器將超聲波信號變成電信號，電信號經(jīng)過放大、帶通濾波和整形送入單片機SPCE061A。通過測量從發(fā)射超聲波到接收超聲波的間隔時間計算出輪椅距離障礙物的距離，再通過采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠韺崿F(xiàn)輪椅的實時避障。視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)由檢測系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)和動力系統(tǒng)三個部分組成。其中檢測系統(tǒng)采用CMOS圖像傳感器；控制決策系統(tǒng)采用單片機SPCE061A作為主控制芯片；動力系統(tǒng)主要是控制模擬操作感產(chǎn)生的四路模擬電壓信號來控制直流電機的轉(zhuǎn)速。整體的流程為檢測系統(tǒng)采集路徑信息，經(jīng)過控制決策系統(tǒng)分析和判斷，由動力系統(tǒng)控制直流電機給出合適的轉(zhuǎn)速，從而控制智能輪椅精確、穩(wěn)定的行駛。智能輪椅在使用過程中，通過將不同的模態(tài)融合起來，能夠達到更好地實際效果。通過將超聲波自主避障機構(gòu)與語音控制機構(gòu)、視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)和嵌入式控制系統(tǒng)融合，人機交互智能輪椅在執(zhí)行手動控制、語音控制和視覺自主導(dǎo)航這三種模態(tài)指令之前能夠自動判斷輪椅是否能夠安全的執(zhí)行這些指令，并通過揚聲器語音播報的形式將信息反饋給用戶，從而使得智能輪椅的行駛更加安全可靠。需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、人機交互設(shè)備、操作桿和電機驅(qū)動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內(nèi)安裝有嵌入式控制系統(tǒng)，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側(cè)部布有超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)，車體上布有語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)，超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)、語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)分別與嵌入式控制系統(tǒng)電信連接，嵌入式控制系統(tǒng)還與操作桿及電機驅(qū)動器電信連接，蓄電池為驅(qū)動電機供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機交互智能輪椅，其特征在于所述的視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)由檢測系統(tǒng)、控制決策系統(tǒng)和動力系統(tǒng)三個部分組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的人機交互智能輪椅，其特征在于所述的檢測系統(tǒng)采用CMOS圖像傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機交互智能輪椅，其特征在于所述的超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)米用超聲波傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機交互智能輪椅，其特征在于所述的人機交互設(shè)備包括揚聲器、IXD和LED燈,且人機交互設(shè)備與嵌入式控制系統(tǒng)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人機交互智能輪椅，其特征在于所述的語音控制機構(gòu)采用MIC進行聲音錄入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅(qū)動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅(qū)動電機、人機交互設(shè)備、操作桿和電機驅(qū)動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內(nèi)安裝有嵌入式控制系統(tǒng)，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側(cè)部布有超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)，車體上布有語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)，超聲波自主導(dǎo)航機構(gòu)、語音控制機構(gòu)和視覺自主導(dǎo)航機構(gòu)分別與嵌入式控制系統(tǒng)電信連接，嵌入式控制系統(tǒng)還與操作桿及電機驅(qū)動器電信連接，蓄電池為驅(qū)動電機供電。本發(fā)明采用基于嵌入式控制系統(tǒng)的控制器為16位SPCE016A單片機的人機交互智能輪椅較好的解決了采用基于通用計算機控制器所存在的成本高、功耗大以及續(xù)航能力差等問題。
文檔編號A61G5/10GK102715988SQ20121022150
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者毛振剛 申請人:毛振剛