專利名稱：一種智能輪椅控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及輪椅技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能輪椅控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會文明的發(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、操縱桿和電機驅(qū)動器，驅(qū)動電機由蓄電池供電，驅(qū)動后輪前進，坐在輪椅上的人只須按動操縱桿，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。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種操作方便，使用安全可靠的智能輪椅控制系統(tǒng)。本實用新型所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種智能輪椅控制系統(tǒng)，由傳感器、控制器、執(zhí)行器和人機交互設(shè)備組成，所述的傳感器與控制器通過信號連接，傳感器將采集到的信號輸送到控制器，所述的控制器通過D/A轉(zhuǎn)換器連接執(zhí)行器，所述的執(zhí)行器用來驅(qū)動輪椅轉(zhuǎn)向，所述的人機交互設(shè)備連接到控制器，接受控制器的指令動作，控制器通過串口連接有上位機。所述的控制器為一單片機，采用凌陽公司16位單片機SPCE061A，該單片機的資源不僅能夠滿足本作品的設(shè)計要求，而且SPCE061A單片機非常適合語音處理應(yīng)用領(lǐng)域。所述的傳感器包括語音傳感器、超聲波傳感器和圖像傳感器，語音傳感器將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道進行采集；超聲波傳感器用來測量輪椅和障礙物之間的距離，實現(xiàn)輪椅自主避障和導(dǎo)航；圖像傳感器用來對路面信息進行采集，通過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號圖像，并由單片機完成采集和處理。所述的執(zhí)行器包括兩個24V永磁直流電機，通過差速控制輪椅轉(zhuǎn)向。所述的直流電機上連接有操作桿，通過操作桿可以手動操作直流電機。所述的人機交互設(shè)備包括揚聲器、IXD和LED，所述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，所述IXD用于顯示當前輪椅自身狀態(tài)信息，所述LED則用于指示輪椅當前各種狀態(tài)。本實用新型的有益效果是:本實用新型采用語音進行識別及控制，用戶通過語音傳感器向輪椅輸入語音命令，輪椅也可以實時地將自身狀態(tài)或外部環(huán)境信息以語音播放的形式通過揚聲器反饋給用戶，且通過超聲波傳感器和圖像傳感器的設(shè)置，可以實現(xiàn)輪椅實時避障及控制智能輪椅準確、穩(wěn)定地行駛。

圖1為本實用新型系統(tǒng)原理方框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。如圖1所示，一種智能輪椅控制系統(tǒng)，由傳感器、控制器、執(zhí)行器和人機交互設(shè)備組成，傳感器與控制器通過信號連接，傳感器將采集到的信號輸送到控制器，控制器通過D/A轉(zhuǎn)換器連接執(zhí)行器，執(zhí)行器用來驅(qū)動輪椅轉(zhuǎn)向，人機交互設(shè)備連接到控制器，接受控制器的指令動作，控制器通過串口連接有上位機。控制器為一單片機，采用凌陽公司16位單片機SPCE061A，該單片機的資源不僅能夠滿足本作品的設(shè)計要求，而且SPCE061A單片機非常適合語音處理應(yīng)用領(lǐng)域。傳感器包括語音傳感器、超聲波傳感器和圖像傳感器，語音傳感器將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道進行采集；超聲波傳感器用來測量輪椅和障礙物之間的距離，實現(xiàn)輪椅自主避障和導(dǎo)航；圖像傳感器用來對路面信息進行采集，通過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號圖像，并由單片機完成采集和處理。執(zhí)行器包括兩個24V永磁直流電機，通過差速控制輪椅轉(zhuǎn)向。直流電機上連接有操作桿，通過操作桿可以手動操作直流電機。人機交互設(shè)備包括揚聲器、IXD和LED，所述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，所述IXD用于顯示當前輪椅自身狀態(tài)信息，所述LED則用于指示輪椅當前各種狀態(tài)。本實用新型具有以下優(yōu)勢，I)語音控制模態(tài)對于輪椅的控制，語音控制無非是最自然、最便捷的控制方式。語音控制模態(tài)采用凌陽公司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，識別成功則進行智能輪椅相關(guān)運動控制。2)超聲波自主導(dǎo)航模態(tài)超聲波自主導(dǎo)航模態(tài)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，首先必須對外部環(huán)境進行充分認識，所以該模態(tài)采用分布在不同的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SPCE061A單片機。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?shù)目刂撇呗詠韺崿F(xiàn)輪椅的實時避障。3)視覺自主導(dǎo)航模態(tài)視覺自主導(dǎo)航系統(tǒng)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SPCE061A作為主控制芯片；動力系統(tǒng)主要是控制模擬操作桿產(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，從而控制智能輪椅準確、穩(wěn)定地行駛。4)多模態(tài)人機交互智能輪椅在使用過程中，通過將不同的模態(tài)融合起來，能夠達到更好的實際效果。通過將超聲波自主避障模態(tài)融合到其它三種模態(tài)當中，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。同樣，將語音播放技術(shù)融合到其它三種模態(tài)中，輪椅根據(jù)自身的狀態(tài)能夠?qū)崟r的對用戶進行語音提示，從而起到更好的人機交互效果。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:由傳感器、控制器、執(zhí)行器和人機交互設(shè)備組成，所述的傳感器與控制器通過信號連接，傳感器將采集到的信號輸送到控制器，所述的控制器通過D/A轉(zhuǎn)換器連接執(zhí)行器，所述的執(zhí)行器用來驅(qū)動輪椅轉(zhuǎn)向，所述的人機交互設(shè)備連接到控制器，接受控制器的指令動作，所述的控制器通過串口連接有上位機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制器為一單片機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器包括語音傳感器、超聲波傳感器和圖像傳感器；所述語音傳感器將語音信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)單片機的A/D轉(zhuǎn)換通道進行采集；所述超聲波傳感器用來測量輪椅和障礙物之間的距離，實現(xiàn)輪椅自主避障和導(dǎo)航；所述圖像傳感器用來對路面信息進行采集，通過A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號圖像，并由單片機完成采集和處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的執(zhí)行器包括兩個24V永磁直流電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流電機上連接有操作桿，通過操作桿可以手動操作直流電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的人機交互設(shè)備包括揚聲器、LCD和LED，所述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，所述LCD用于顯示當前輪椅自身狀態(tài)信息，所述LED則用于指示輪椅當前各種狀態(tài)。
專利摘要一種智能輪椅控制系統(tǒng)，涉及輪椅技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于由傳感器、控制器、執(zhí)行器和人機交互設(shè)備組成，所述的傳感器與控制器通過信號連接，傳感器將采集到的信號輸送到控制器，所述的控制器通過D/A轉(zhuǎn)換器連接執(zhí)行器，所述的執(zhí)行器用來驅(qū)動輪椅轉(zhuǎn)向，所述的人機交互設(shè)備連接到控制器，接受控制器的指令動作，控制器通過串口連接有上位機。本實用新型采用語音進行識別及控制，用戶通過語音傳感器向輪椅輸入語音命令，輪椅也可以實時地將自身狀態(tài)或外部環(huán)境信息以語音播放的形式通過揚聲器反饋給用戶，且通過超聲波傳感器和圖像傳感器的設(shè)置，可以實現(xiàn)輪椅實時避障及控制智能輪椅準確、穩(wěn)定地行駛。
文檔編號G05B19/042GK202995348SQ20122072403
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者張玲玲 申請人:安徽理工大學(xué)