電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)及方法，主要由帶有操縱桿的電動(dòng)輪椅、超聲波測(cè)距傳感器以及控制器組成，超聲波傳感器與控制器連接，控制器采用分組點(diǎn)火的策略控制超聲波傳感器并采集超聲波傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶操作操縱桿控制輪椅運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器計(jì)算出輪椅安全行駛的控制指令，控制輪椅安全運(yùn)動(dòng)；將前方部位的所有超聲波傳感器進(jìn)行分組，每組內(nèi)的超聲波傳感器均不相鄰，每組內(nèi)的超聲波傳感器同時(shí)點(diǎn)火啟動(dòng)，為避免連續(xù)兩組傳感器之間的干擾，在連續(xù)兩組點(diǎn)火之間插入一定的時(shí)間間隔。本系統(tǒng)及方法可以全方位的檢測(cè)輪椅的周邊環(huán)境，當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)障礙物或發(fā)生可能的碰撞時(shí)，主動(dòng)躲避障礙物并為用戶計(jì)算出安全、可行的行駛方向。
【專利說明】電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)輪椅，特別涉及一種基于超聲波傳感器的智能電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，公知的電動(dòng)輪椅只能進(jìn)行開環(huán)控制，即用戶通過搖桿或其他交互設(shè)備控制輪椅的前后左右運(yùn)動(dòng)。但是，對(duì)于行動(dòng)困難，控制能力有限或是手部抖動(dòng)的病人，對(duì)于電動(dòng)輪椅的控制會(huì)有很大的困難。現(xiàn)有的電動(dòng)輪椅在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制方式上尚未考慮涉及躲避障礙及避免會(huì)出現(xiàn)的碰撞等情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于超聲波傳感器的電動(dòng)輪椅駕駛輔助系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法可以全方位的檢測(cè)輪椅的周邊環(huán)境，當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)障礙物或發(fā)生可能的碰撞時(shí)，主動(dòng)躲避障礙物并為用戶計(jì)算出安全、可行的行駛方向。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)，主要由帶有操縱桿的電動(dòng)輪椅、超聲波傳感器以及控制器組成，輪椅上安裝若干超聲波傳感器，超聲波傳感器與控制器連接，控制器控制超聲波傳感器并采集超聲波傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶操作操縱桿控制輪椅運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器計(jì)算出輪椅安全行駛的控制指令，控制輪椅安全運(yùn)動(dòng)。
[0006]所述超聲波傳感器包括呈均勻分布于輪椅前方部位向正前方和左右方探測(cè)的若干超聲波傳感器、安裝在輪椅前方部位向前下方探測(cè)的超聲波傳感器、安裝在輪椅后方部位向正后方探測(cè)的超聲波傳感器。
[0007]還包括一傳感器接口板，通過傳感器接口板，將所有的超聲波傳感器的控制及數(shù)據(jù)線路集成到總線上，超聲波傳感器通過總線的形式與控制器進(jìn)行通信，供控制器控制傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)。
[0008]一種電動(dòng)輪椅輔助駕駛方法，采用上述的系統(tǒng)來完成，所述控制器采用分組點(diǎn)火的策略控制超聲波傳感器并采集超聲波傳感器數(shù)據(jù)，所述分組點(diǎn)火的策略如下:
[0009]將前方部位的所有超聲波傳感器進(jìn)行分組，每組內(nèi)的超聲波傳感器均不相鄰，前下方傳感器和后方傳感器參與分組或單獨(dú)成組，每組內(nèi)的超聲波傳感器同時(shí)點(diǎn)火啟動(dòng)，根據(jù)傳感器的最大量程，避免連續(xù)兩組傳感器之間的干擾，在連續(xù)兩組點(diǎn)火之間插入一定的時(shí)間間隔。
[0010]所述控制器所運(yùn)行的控制算法采用共享控制策略，具體如下: [0011]首先，控制器同時(shí)接受用戶操作操縱桿的指令和超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，控制器通過采集到的用戶指令分析得出用戶的運(yùn)動(dòng)意圖；
[0012]其次，在得到用戶的運(yùn)動(dòng)意圖后，通過超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)判斷在此運(yùn)動(dòng)指令下輪椅的行駛是否安全，如果環(huán)境安全，則直接將用戶指令送給輪椅執(zhí)行；否則，通過控制器中的算法計(jì)算出輪椅行駛安全的運(yùn)動(dòng)指令，然后將安全指令下發(fā)給輪椅執(zhí)行，保證輪椅的行駛安全。
[0013]本發(fā)明技術(shù)方案,在電動(dòng)輪椅的前后各安裝一套超聲波傳感器,傳感器信號(hào)被控制器所采集、處理。前方安裝的超聲波傳感器用以探測(cè)輪椅前方環(huán)境和輪椅前行過程中的樓梯臺(tái)階或地面凹陷等。當(dāng)輪椅行駛的前方地面出現(xiàn)樓梯或臺(tái)階時(shí)，停止輪椅的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)以避免碰撞和危險(xiǎn)。當(dāng)輪椅行駛前方地面狀況安全時(shí)，控制器通過前方超聲波傳感器判斷前進(jìn)方向是否存在障礙物，如果不存在障礙物，則判斷為環(huán)境安全，并將用戶的操作桿指令下發(fā)到輪椅的運(yùn)動(dòng)控制，操控輪椅運(yùn)動(dòng)。如果用戶前行的方向存在障礙物，則表明存在危險(xiǎn)，控制器將傳感器獲取到的障礙物信息以及用戶操作操縱桿的指令信息進(jìn)行融合，尋找出輪椅運(yùn)動(dòng)安全的、可行方向，并控制輪椅按此方向運(yùn)動(dòng)、確保運(yùn)行安全。電動(dòng)輪椅后方安裝的超聲波傳感器用以判斷用戶在操縱輪椅倒行時(shí)，輪椅的后方環(huán)境是否存在障礙物、是否安全，安全時(shí)執(zhí)行用戶指令，危險(xiǎn)的情況下停止輪椅運(yùn)動(dòng)。
[0014]本發(fā)明可以在用戶操縱、控制輪椅的同時(shí)，滿足、實(shí)現(xiàn)用戶意圖的情況下，通過超聲波傳感器對(duì)輪椅周邊環(huán)境的探測(cè)，保障輪椅行駛安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0016]圖1是本發(fā)明所提供的系統(tǒng)中超聲波傳感器安裝結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0017]圖2是圖1的俯視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明中傳感器接口板連接示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的傳感器分組點(diǎn)火策略示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的共享控制策略流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]如圖1、2所示，本發(fā)明所提供的電動(dòng)輪椅輔助駕駛，包括:安裝在輪椅I前方的超聲波傳感器2均勻分布于輪椅I的前方部位,在前方部位同時(shí)安裝有向前下方探測(cè)的超聲波傳感器3。在輪椅的后方部位，安裝有超聲波傳感器4直接向后方探測(cè)。
[0023]由于超聲波傳感器的輸出和控制信號(hào)為數(shù)字I/O信號(hào)，多個(gè)傳感器的同時(shí)使用需要占用大量的數(shù)字I/o資源，在本發(fā)明中設(shè)計(jì)了超聲波傳感器接口電路板。接口電路板將所有傳感器的I/o信號(hào)收集、匯總到一起，通過或門芯片實(shí)現(xiàn)總線功能。具體原理如圖3所示。[0024]為降低傳感器之間的相互干擾，對(duì)超聲波傳感器的點(diǎn)火策略做優(yōu)化。以輪椅共安裝16個(gè)超聲波傳感器為例，如圖4所示，正前方逆時(shí)針依次編號(hào)為1-13。前方向下探測(cè)傳感器編號(hào)為14,后方傳感器編號(hào)為15、16。為降低超聲波傳感器相互之間的噪聲干擾,尤其是1-13號(hào)超聲波傳感器之間的干擾，制定如下的分組點(diǎn)火策略:1，5，9，13為組一，2,6,10,15為組二，3，7，11，14為組三，4，8，12，16為組四。下方和后方的傳感器由于之間的相互干擾較少，可按照以上方法分組，也可以單組點(diǎn)火。根據(jù)傳感器的最大量程，為避免連續(xù)兩組傳感器之間的干擾，在連續(xù)兩組點(diǎn)火之間應(yīng)插入一定的時(shí)間延時(shí)。
[0025]本發(fā)明所運(yùn)行的算法采用共享控制策略。共享控制的含義是指人、自主控制系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，共同對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制的一種控制策略。
[0026]本發(fā)明的控制流程如圖5所示:
[0027]根據(jù)圖5的控制流程，對(duì)本發(fā)明中共享控制策略的具體描述如下:
[0028]首先，控制器同時(shí)接受用戶操作操縱桿的指令和超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，控制器通過采集到的用戶指令分析得出用戶的運(yùn)動(dòng)意圖。
[0029]其次，在得到用戶的運(yùn)動(dòng)意圖后，通過超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)判斷在此運(yùn)動(dòng)指令下輪椅的行駛是否安全，如果環(huán)境安全，則直接將用戶指令送給輪椅執(zhí)行；否則，通過控制器中的算法計(jì)算出輪椅行駛安全的運(yùn)動(dòng)指令，然后將安全指令下發(fā)給輪椅執(zhí)行，保證輪椅的行駛安全。
[0030]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng),其特征在于,主要由帶有操縱桿的電動(dòng)輪椅、超聲波傳感器以及控制器組成，輪椅上安裝若干超聲波傳感器，超聲波傳感器與控制器連接，控制器控制超聲波傳感器并采集超聲波傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶操作操縱桿控制輪椅運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器計(jì)算出輪椅安全行駛的控制指令，控制輪椅安全運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波傳感器包括均勻分布于輪椅前方部位向正前方和左右方探測(cè)的若干超聲波傳感器、安裝在輪椅前方部位向前下方探測(cè)的超聲波傳感器、安裝在輪椅后方部位向正后方探測(cè)的超聲波傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)輪椅輔助駕駛系統(tǒng)，其特征在于，還包括一傳感器接口板，通過傳感器接口板，將所有的超聲波傳感器的控制及數(shù)據(jù)線路集成到總線上，超聲波傳感器通過總線的形式與控制器進(jìn)行通信，供控制器控制傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)。
4.一種電動(dòng)輪椅輔助駕駛方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)來完成，所述控制器采用分組點(diǎn)火 的策略控制超聲波傳感器并采集超聲波傳感器數(shù)據(jù)，所述分組點(diǎn)火的策略如下: 將前方部位的所有超聲波傳感器進(jìn)行分組，每組內(nèi)的超聲波傳感器均不相鄰，前下方傳感器和后方傳感器參與分組或單獨(dú)成組，每組內(nèi)的超聲波傳感器同時(shí)點(diǎn)火啟動(dòng)，根據(jù)傳感器的最大量程，避免連續(xù)兩組傳感器之間的干擾，在連續(xù)兩組點(diǎn)火之間插入一定的時(shí)間間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)輪椅輔助駕駛方法，其特征在于，所述控制器所運(yùn)行的控制算法采用共享控制策略，具體如下: 首先，控制器同時(shí)接受用戶操作操縱桿的指令和超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息，控制器通過采集到的用戶指令分析得出用戶的運(yùn)動(dòng)意圖； 其次，在得到用戶的運(yùn)動(dòng)意圖后，通過超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)判斷在此運(yùn)動(dòng)指令下輪椅的行駛是否安全，如果環(huán)境安全，則直接將用戶指令送給輪椅執(zhí)行；否則，通過控制器中的算法計(jì)算出輪椅行駛安全的運(yùn)動(dòng)指令，然后將安全指令下發(fā)給輪椅執(zhí)行，保證輪椅的行駛安全。
【文檔編號(hào)】A61G5/10GK104000694SQ201410228199
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】王景川, 張建飛, 陳衛(wèi)東 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)