專利名稱：一種智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化輪椅技術(shù)和嵌入式控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能輪椅的嵌 入式控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界人口老齡化進(jìn)程的加快，由于災(zāi)難和疾病造成的殘障人士的增加，如何 讓老年人和殘疾人重新獲得獨立活動的能力是一個科學(xué)技術(shù)亟待解決的問題，輪椅，作為 老年人和殘疾人的主要交通工具之一。目前較為常見的有手動輪椅和電動輪椅，電動輪椅 相比手動輪椅，極大的提高了老年人和殘疾人獨立活動的能力和范圍，但同時也帶來了在 一些環(huán)境中使用的不方便性和危險性。由于現(xiàn)有的電動輪椅通常以手動操控輸入面板(例 如操控按鍵、操控桿等)實現(xiàn)手動操作控制，因此其操控難度較大，很可能因使用者操控經(jīng) 驗不足讓電動輪椅行駛過快，進(jìn)而引發(fā)轉(zhuǎn)彎側(cè)翻、碰撞障礙等事故；此外，由于使用者受到 視野范圍限制的影響，在手動操控電動輪椅時也容易碰觸尚未發(fā)現(xiàn)的障礙物等，引發(fā)意外。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，以 提高輪椅控制系統(tǒng)的智能化水平，方便使用者對輪椅的控制，降低對使用者的操控要求，解 決現(xiàn)有電動輪椅存在的操控難度大、易弓I發(fā)危險的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段
一種智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，包括雙核處理器模塊、輪椅驅(qū)動模塊、距離采集模 塊、語音采集模塊和語音口令數(shù)據(jù)庫模塊；所述雙核處理器模塊包括相互數(shù)據(jù)連接的DSP 處理器和ARM處理器；
所述輪椅驅(qū)動模塊與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)ARM處理器發(fā)送的控制信號 驅(qū)動智能輪椅；
所述距離采集模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅與其所處環(huán)境中障 礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器，并當(dāng)智能輪椅接近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP 處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號；
所述語音采集模塊用于采集使用者的語音，并轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP處理
器；
所述語音口令數(shù)據(jù)庫模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲行駛操作指令與其相 應(yīng)的操作口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系；
所述DSP處理器用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為語音口令數(shù)據(jù)庫 模塊中存儲的操作口令語音信號，并將識別出的操作口令語音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的行駛操作 指令發(fā)送至ARM處理器；DSP處理器還實時地對智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距 離信息、障礙預(yù)警信號進(jìn)行綜合處理，得到行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息發(fā)送至 ARM處理器；所述ム冊處理器用于將接收到的行駛操作指令、行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信 息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模塊。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，具體而言，所述輪椅驅(qū)動模塊主要由相互 電連接的電機和電機控制器構(gòu)成；所述電機控制器與ム冊處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù) 八冊處理器發(fā)送的控制信號控制電機運行；所述電機用于帶動智能輪椅的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，進(jìn) 而驅(qū)動智能輪椅。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，具體而言，所述語音采集模塊主要由麥克 風(fēng)和音頻編碼器構(gòu)成；所述麥克風(fēng)用于采集使用者的語音；所述音頻編碼器與DSP處理器 進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于將采集的使用者的語音轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP處理器。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，具體而言，所述距離采集模塊主要由分別 與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的超聲傳感器和接近開關(guān)構(gòu)成；所述超聲傳感器用于采集智能 輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器；所述接近開關(guān)用于當(dāng)能輪 椅接近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，作為進(jìn)一步改進(jìn)方案，該系統(tǒng)還包括位姿 檢測模塊、攝像采集模塊和環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊；
所述位姿檢測模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅的位姿信息發(fā)送至 DSP處理器；
所述攝像采集模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅所處環(huán)境的視頻圖 像信息發(fā)送至DSP處理器；
所述環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲智能輪椅所處環(huán)境中 的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置、特征物體位置、預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信 息以及特征物體參考圖像；
所述語音口令數(shù)據(jù)庫模塊還用于存儲智能輪椅所處環(huán)境中的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與其相應(yīng) 的位置口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系；
所述03 處理器還用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為語音口令數(shù)據(jù) 庫模塊中存儲的位置口令語音信號，將識別出的位置口令語音信號相應(yīng)的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置作 為指定目標(biāo)位置，并根據(jù)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的特征物體參考圖像從智能輪椅所處 環(huán)境的視頻圖像信息中匹配識別出特征物體，進(jìn)而根據(jù)智能輪椅所處環(huán)境中的特征物體位 置確定智能輪椅與特征物體之間的方位信息，再對智能輪椅的位姿信息、智能輪椅與特征 物體之間的方位信息以及預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信息進(jìn)行 綜合處理，得到智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的路徑信息，并生成與所述路徑信息相匹 配的行駛操作指令發(fā)送至ARM處理器。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，具體而言，所述位姿檢測模塊主要由分別 與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接的傾角傳感器和陀螺儀構(gòu)成；所述傾角傳感器用于檢測智 能輪椅偏離豎直方向的角度數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP處理器；所述陀螺儀用于檢測智能輪椅的角速 度數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP處理器。上述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中，具體而言，所述攝像采集模塊主要由相互 數(shù)據(jù)連接的⑶口傳感器和視頻編碼器；所述⑶口傳感器用于采集智能輪椅所處環(huán)境的圖像； 所述視頻編碼器與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于將采集的智能輪椅所處環(huán)境的圖像轉(zhuǎn)換CN 102631265 A書
明
說3/6頁為視頻圖像信息發(fā)送至DSP處理器。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，可以讓使用者通過自然語言實現(xiàn)對智能輪椅 的控制，操控難度低，實現(xiàn)了使用者與智能輪椅之間的人機自然交互，使用非常方便，特別 適合老年人和殘疾人使用。2、本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，可以自動檢測智能輪椅與其所處環(huán)境中 障礙物之間的距離并進(jìn)行障礙預(yù)警，同時根據(jù)這些距離信息和預(yù)警信息自動調(diào)整智能輪椅 的行駛方向和行駛速度，減少碰觸障礙物等意外的發(fā)生，提高了智能輪椅的智能化水平和 安全性能。3、本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案，還可以根據(jù)使用者直接的語 音確定使用者想到達(dá)的指定目標(biāo)位置，并自動處理得到智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的 路徑信息，進(jìn)而控制智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置，更進(jìn)一步提高了智能輪椅的易操作 性和智能化水平。4、本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，借助雙核處理器模塊作為系統(tǒng)核心加以 構(gòu)建，在保證具備良好的控制性能和擴展性能的同時，也有助于降低系統(tǒng)成本，有利于推廣 使用。


圖1為本發(fā)明智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架框圖。圖2為本發(fā)明智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)改進(jìn)方案的系統(tǒng)構(gòu)架框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示，包括雙核處理器模 塊、輪椅驅(qū)動模塊、距離采集模塊、語音采集模塊和語音口令數(shù)據(jù)庫模塊；所述雙核處理器 模塊包括相互數(shù)據(jù)連接的DSP處理器和ARM處理器；輪椅驅(qū)動模塊與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù) 連接，用于根據(jù)ARM處理器發(fā)送的控制信號驅(qū)動智能輪椅；距離采集模塊與DSP處理器進(jìn)行 數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器， 并當(dāng)智能輪椅接近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號；語音采集模塊 用于采集使用者的語音，并轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP處理器；語音口令數(shù)據(jù)庫模塊 與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲行駛操作指令與其相應(yīng)的操作口令語音信號之間的 對應(yīng)關(guān)系；DSP處理器用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為語音口令數(shù)據(jù)庫 模塊中存儲的操作口令語音信號，并將識別出的操作口令語音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的行駛操作 指令發(fā)送至ARM處理器；DSP處理器還實時地對智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距 離信息、障礙預(yù)警信號進(jìn)行綜合處理，得到行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息發(fā)送至 ARM處理器；ARM處理器用于將接收到的行駛操作指令、行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整 信息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模塊。在本發(fā)明智能輪椅的嵌入式控制系 統(tǒng)實際應(yīng)用中，具體而言，DSP處理器和ARM處理器都可以采用常用的成熟產(chǎn)品，例如，DSP 處理器可以采用TI公司的TMS320DM642芯片，ARM處理器可以采用三星公司的S3C2440芯片，等等；DSP處理器與ARM處理器盡量保證高速的數(shù)據(jù)傳輸，以提高系統(tǒng)整體的處理性 能。當(dāng)然，ARM處理器除了執(zhí)行輪椅驅(qū)動的控制處理之外，還可以用于執(zhí)行一些其它的系統(tǒng) 操作，例如電源管理、時隙控制、任務(wù)調(diào)度、故障檢測、日志管理等常規(guī)的嵌入式系統(tǒng)管理操 作；并且本發(fā)明的智能輪椅嵌入式控制系統(tǒng)也可以結(jié)合現(xiàn)有電動輪椅中使用的手動操控輸 入模塊(例如操控按鍵、操控桿等)和顯示輸出模塊(例如液晶顯示屏等)，對手動操控輸入 模塊的管理控制以及對顯示輸出模塊的顯示控制也可以由ARM處理器來完成。輪椅驅(qū)動 模塊主要由相互電連接的電機和電機控制器構(gòu)成；述電機控制器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連 接，用于根據(jù)ARM處理器發(fā)送的控制信號控制電機運行；電機用于帶動智能輪椅的驅(qū)動輪 轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動智能輪椅；至于對智能輪椅的運動控制，主要是控制其角速度和線速度，前 者完成智能輪椅的轉(zhuǎn)向控制，后者實現(xiàn)其前進(jìn)速度的控制。語音采集模塊主要由麥克風(fēng)和 音頻編碼器構(gòu)成；麥克風(fēng)用于采集使用者的語音；音頻編碼器與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接， 用于將采集的使用者的語音轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP處理器。距離采集模塊主要由 分別與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的超聲傳感器和接近開關(guān)構(gòu)成；超聲傳感器用于采集智能 輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器；接近開關(guān)用于當(dāng)能輪椅接 近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號。語音口令數(shù)據(jù)庫模塊則可以采 用常用的存儲設(shè)備，例如SDRAM存儲器、FLASH存儲器等。本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制 系統(tǒng)，借助雙核處理器模塊作為系統(tǒng)核心加以構(gòu)建，在保證具備良好的控制性能和擴展性 能的同時，也有助于降低系統(tǒng)成本，有利于推廣使用。智能輪椅的工作過程是預(yù)先建立行駛操作指令與其相應(yīng)的操作口令語音信號之 間的對應(yīng)關(guān)系，并存儲在語音口令數(shù)據(jù)庫模塊中；這些操作口令語音信號也是自然語言的 語音數(shù)字信號，并且與行駛操作指令的含義相對應(yīng)，例如將“前進(jìn)”、“后退”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”、 “停止”等語言詞匯的語音數(shù)字信號作為操作口令語音信號，以作為語音控制的指令識別基 礎(chǔ)；使用者使用時，直接通過自然語言與智能輪椅進(jìn)行對話，例如說出“前進(jìn)”、“后退”、“左 轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”、“停止”等任一詞匯，語音采集模塊則采集使用者的語音，再由DSP處理器對其 采集的語音數(shù)字信號進(jìn)行識別，若識別出操作口令語音信號則轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的行駛操作指令 發(fā)送至ARM處理器，由ARM處理器將接收到的行駛操作指令處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至 輪椅驅(qū)動模塊，驅(qū)動智能輪椅運行相應(yīng)的動作；與此同時，距離采集模塊也在采集智能輪椅 與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器，DSP處理器實時地對智能輪椅 與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息、障礙預(yù)警信號進(jìn)行綜合處理，得到行駛方向調(diào)整 信息和行駛速度調(diào)整信息發(fā)送至ARM處理器，ARM處理器則將接收到的行駛方向調(diào)整信息 和行駛速度調(diào)整信息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模塊，驅(qū)動智能輪椅調(diào)整 行駛方向和行駛速度，自動避讓障礙物，減少碰觸障礙物等意外的發(fā)生，從而提高智能輪椅 運行的自動化水平和安全性能。本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中所涉及的語音數(shù)字 信號識別，現(xiàn)有技術(shù)中可以借助實現(xiàn)的成熟語音識別算法有很多，通常是通過對操作口令 語音信號和采集的語音數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)學(xué)建模(語音識別中最常用的數(shù)學(xué)模型是隱馬爾可 夫模型，即HMM模型)，然后通過模型匹配運算加以識別。此外，系統(tǒng)中DSP處理器和ARM處 理器的各項處理功能，也都可以通過現(xiàn)有的嵌入式編程技術(shù)實現(xiàn)。由上述工作過程可以看到，本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，可以讓使用者 通過自然語言實現(xiàn)對智能輪椅的控制，實現(xiàn)了使用者與智能輪椅之間的人機自然交互，并且能夠自動調(diào)整智能輪椅的行駛方向和行駛速度，無需使用者依據(jù)操控經(jīng)驗進(jìn)行行駛方向 和行駛速度的干預(yù)，操控難度低，使用非常方便，特別適合老年人和殘疾人使用。此外，本發(fā)明給提供了一項智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案，如圖2所示， 在上述系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)中還包括位姿檢測模塊、攝像采集模塊和環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫 模塊；位姿檢測模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅的位姿信息發(fā)送至DSP 處理器；攝像采集模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅所處環(huán)境的視頻圖 像信息發(fā)送至DSP處理器；環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲智能 輪椅所處環(huán)境中的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置、特征物體位置、預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方 位信息和距離信息以及特征物體參考圖像；語音口令數(shù)據(jù)庫模塊還用于存儲智能輪椅所處 環(huán)境中的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與其相應(yīng)的位置口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系；相應(yīng)地，DSP處理 器在用于實現(xiàn)前述的處理操作之外，還用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為 語音口令數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的位置口令語音信號，將識別出的位置口令語音信號相應(yīng)的預(yù) 設(shè)目標(biāo)位置作為指定目標(biāo)位置，并根據(jù)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的特征物體參考圖像從 智能輪椅所處環(huán)境的視頻圖像信息中匹配識別出特征物體，進(jìn)而根據(jù)智能輪椅所處環(huán)境中 的特征物體位置確定智能輪椅與特征物體之間的方位信息，再對智能輪椅的位姿信息、智 能輪椅與特征物體之間的方位信息以及預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和 距離信息進(jìn)行綜合處理，得到智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的路徑信息，并生成與所述 路徑信息相匹配的行駛操作指令發(fā)送至ARM處理器，ARM處理器再將接收到的行駛操作指 令、行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模 塊。在本發(fā)明智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)實際應(yīng)用中，具體而言，位姿檢測模塊主要由分別 與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接的傾角傳感器和陀螺儀構(gòu)成；傾角傳感器用于檢測智能輪 椅偏離豎直方向的角度數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP處理器；陀螺儀用于檢測智能輪椅的角速度數(shù)據(jù)發(fā) 送至DSP處理器。攝像采集模塊主要由相互數(shù)據(jù)連接的(XD傳感器和視頻編碼器；(XD傳 感器用于采集智能輪椅所處環(huán)境的圖像；視頻編碼器與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于將 采集的智能輪椅所處環(huán)境的圖像轉(zhuǎn)換為視頻圖像信息發(fā)送至DSP處理器。環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫 模塊也可以采用常用的存儲設(shè)備。其它模塊的具體實現(xiàn)與前述內(nèi)容相同。智能輪椅進(jìn)行自動路徑控制的工作過程是預(yù)先獲得智能輪椅所處環(huán)境中的預(yù)設(shè) 目標(biāo)位置、特征物體位置、預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信息以及 特征物體參考圖像，并存儲在環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊中；以一個家庭環(huán)境作為智能輪椅所處 環(huán)境為例，例如可以將家中的“家門口 ”、“窗邊”、“陽臺”等位置作為預(yù)設(shè)目標(biāo)位置，將“桌 子”、“沙發(fā)”、“壁畫”等作為特征物體，獲取這些預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位 信息和距離信息存入環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊，并且預(yù)先采集“桌子”、“沙發(fā)”、“壁畫”等特征物 體的數(shù)字圖像作為特征物體參考圖像存入環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊；此外，還要預(yù)先建立智能 輪椅所處環(huán)境中的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與其相應(yīng)的位置口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系，存儲在語 音口令數(shù)據(jù)庫模塊中；這些位置口令語音信號也是自然語言的語音數(shù)字信號，并且與預(yù)設(shè) 目標(biāo)位置的名稱相對應(yīng)，例如將“家門口”、“窗邊”、“陽臺”等語言詞匯的語音數(shù)字信號作為 位置口令語音信號，以作為語音控制的指定目標(biāo)位置識別基礎(chǔ)；使用者使用時，直接通過自 然語言與智能輪椅進(jìn)行對話，除了可以說出前述的“前進(jìn)”、“后退”、“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”、“停止” 等操控相關(guān)詞匯之外，還可以說出“家門口 ”、“窗邊”、“陽臺”等任一位置相關(guān)詞匯，語音采集模塊則采集使用者的語音，再由DSP處理器對其采集的語音數(shù)字信號進(jìn)行識別；若識別 出操作ロ令語音信號，則按前述的行駛操作控制處理過程進(jìn)行處理；若識別出位置ロ令語 音信號，DSP處理器則將識別出的位置ロ令語音信號相應(yīng)的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置作為指定目標(biāo)位 置，井根據(jù)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的特征物體參考圖像從智能輪椅所處環(huán)境的視頻圖 像信息中匹配識別出特征物體，進(jìn)而根據(jù)智能輪椅所處環(huán)境中的特征物體位置確定智能輪 椅與特征物體之間的方位信息，再對智能輪椅的位姿信息、智能輪椅與特征物體之間的方 位信息以及預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信息進(jìn)行綜合處理，得到 智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的路徑信息，并生成與所述路徑信息相匹配的行駛操作指 令發(fā)送至ARM處理器，由ARM處理器將接收到的行駛操作指令處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送 至輪椅驅(qū)動模塊，驅(qū)動智能輪椅運行相應(yīng)的動作；與此同時，距離采集模塊也如常工作，采 集智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器，DSP處理器實時地 對智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息、障礙預(yù)警信號進(jìn)行綜合處理，得到行 駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息發(fā)送至ARM處理器，ARM處理器則將接收到的行駛方 向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模塊，驅(qū)動智 能輪椅調(diào)整行駛方向和行駛速度，讓智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的過程中自動避讓障 礙物。本發(fā)明的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)中所涉及的特征物體識別，可以利用現(xiàn)有技術(shù) 中成熟的圖像匹配識別技術(shù)得以實現(xiàn)；而系統(tǒng)中涉及到的智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置 的路徑信息獲取，也可以利用現(xiàn)有的路徑規(guī)劃技術(shù)得以實現(xiàn)，常用的路徑規(guī)劃的算法很多 主要有人エ勢場法、自由空間法、環(huán)境地圖法、可視圖法、遺傳算法、蟻群算法等等，路徑規(guī) 劃技術(shù)在機器人控制技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，屬于現(xiàn)有的成熟技木。該改進(jìn)方案的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，可以根據(jù)使用者直接的語音確定使用 者想到達(dá)的指定目標(biāo)位置，并自動處理得到智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的路徑信息， 進(jìn)而控制智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置，更進(jìn)ー步提高了智能輪椅的易操作性和智能化 水平。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實 施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗g和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng),其特征在于，包括雙核處理器模塊、輪椅驅(qū)動模 塊、距離采集模塊、語音采集模塊和語音口令數(shù)據(jù)庫模塊；所述雙核處理器模塊包括相互數(shù) 據(jù)連接的DSP處理器和ARM處理器；所述輪椅驅(qū)動模塊與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于根據(jù)ARM處理器發(fā)送的控制信號 驅(qū)動智能輪椅；所述距離采集模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅與其所處環(huán)境中障 礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器，并當(dāng)智能輪椅接近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP 處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號；所述語音采集模塊用于采集使用者的語音，并轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP處理器；所述語音口令數(shù)據(jù)庫模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲行駛操作指令與其相 應(yīng)的操作口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系；所述DSP處理器用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為語音口令數(shù)據(jù)庫 模塊中存儲的操作口令語音信號，并將識別出的操作口令語音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的行駛操作 指令發(fā)送至ARM處理器；DSP處理器還實時地對智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距 離信息、障礙預(yù)警信號進(jìn)行綜合處理，得到行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信息發(fā)送至 ARM處理器；所述ARM處理器用于將接收到的行駛操作指令、行駛方向調(diào)整信息和行駛速度調(diào)整信 息實時處理為對應(yīng)的控制信號發(fā)送至輪椅驅(qū)動模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輪椅驅(qū)動模 塊主要由相互電連接的電機和電機控制器構(gòu)成；所述電機控制器與ARM處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連 接，用于根據(jù)ARM處理器發(fā)送的控制信號控制電機運行；所述電機用于帶動智能輪椅的驅(qū) 動輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動智能輪椅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述語音采集模 塊主要由麥克風(fēng)和音頻編碼器構(gòu)成；所述麥克風(fēng)用于采集使用者的語音；所述音頻編碼器 與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于將采集的使用者的語音轉(zhuǎn)換為語音數(shù)字信號發(fā)送至DSP 處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述距離采集模 塊主要由分別與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接的超聲傳感器和接近開關(guān)構(gòu)成；所述超聲傳感器 用于采集智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離信息發(fā)送至DSP處理器；所述接近開 關(guān)用于當(dāng)能輪椅接近其所處環(huán)境中障礙物時向DSP處理器發(fā)出障礙預(yù)警信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括位 姿檢測模塊、攝像采集模塊和環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊；所述位姿檢測模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅的位姿信息發(fā)送至 DSP處理器；所述攝像采集模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于采集智能輪椅所處環(huán)境的視頻圖 像信息發(fā)送至DSP處理器；所述環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于存儲智能輪椅所處環(huán)境中 的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置、特征物體位置、預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信息以及知*征物體參考圖像；所述語音口令數(shù)據(jù)庫模塊還用于存儲智能輪椅所處環(huán)境中的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與其相應(yīng) 的位置口令語音信號之間的對應(yīng)關(guān)系；所述DSP處理器還用于識別來自語音采集模塊的語音數(shù)字信號是否為語音口令數(shù)據(jù) 庫模塊中存儲的位置口令語音信號，將識別出的位置口令語音信號相應(yīng)的預(yù)設(shè)目標(biāo)位置作 為指定目標(biāo)位置，并根據(jù)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫模塊中存儲的特征物體參考圖像從智能輪椅所處 環(huán)境的視頻圖像信息中匹配識別出特征物體，進(jìn)而根據(jù)智能輪椅所處環(huán)境中的特征物體位 置確定智能輪椅與特征物體之間的方位信息，再對智能輪椅的位姿信息、智能輪椅與特征 物體之間的方位信息以及預(yù)設(shè)目標(biāo)位置與特征物體位置之間的方位信息和距離信息進(jìn)行 綜合處理，得到智能輪椅行駛至述指定目標(biāo)位置的路徑信息，并生成與所述路徑信息相匹 配的行駛操作指令發(fā)送至ARM處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位姿檢測模 塊主要由分別與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信連接的傾角傳感器和陀螺儀構(gòu)成；所述傾角傳感 器用于檢測智能輪椅偏離豎直方向的角度數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP處理器；所述陀螺儀用于檢測智 能輪椅的角速度數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述攝像采集模 塊主要由相互數(shù)據(jù)連接的CCD傳感器和視頻編碼器；所述CCD傳感器用于采集智能輪椅所 處環(huán)境的圖像；所述視頻編碼器與DSP處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，用于將采集的智能輪椅所處 環(huán)境的圖像轉(zhuǎn)換為視頻圖像信息發(fā)送至DSP處理器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能輪椅的嵌入式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由雙核處理器模塊、輪椅驅(qū)動模塊、距離檢采集模塊、語音采集模塊和語音口令數(shù)據(jù)庫模塊構(gòu)成；其中，雙核處理器模塊包括相互數(shù)據(jù)連接的DSP處理器和ARM處理器；該系統(tǒng)借助雙核處理器模塊作為系統(tǒng)核心加以構(gòu)建，可以讓使用者通過自然語言實現(xiàn)對智能輪椅的控制，實現(xiàn)了使用者與智能輪椅之間的人機自然交互，并且可以自動檢測智能輪椅與其所處環(huán)境中障礙物之間的距離并進(jìn)行障礙預(yù)警，同時根據(jù)這些距離信息和預(yù)警信息自動調(diào)整智能輪椅的行駛方向和行駛速度，減少碰觸障礙物等意外的發(fā)生，提高了智能輪椅的智能化水平和安全性能，操控難度低，使用非常方便，特別適合老年人和殘疾人使用。
文檔編號A61G5/10GK102631265SQ20121014577
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者李新科, 林曉鋼, 郭永彩, 高潮 申請人:重慶大學(xué)