本發(fā)明屬于智能輪椅輔具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著當(dāng)今社會(huì)人口老齡化進(jìn)程的加快以及由于各種災(zāi)難和疾病造成的殘障人士的逐年增加，智能輪椅及其輔助設(shè)備的研究與開發(fā)顯得越來(lái)越重要。與此同時(shí)，此類行動(dòng)不便人群的生活與出行安全問(wèn)題也愈來(lái)愈得到社會(huì)各界人士的關(guān)注。尤其對(duì)于下肢殘疾者以及具有行動(dòng)障礙的年邁者，當(dāng)中很多人在生活中需借助輪椅，這就涉及到安全問(wèn)題，比如：在室外時(shí)，如何保證安全駕駛輪椅，防止輪椅傾翻；當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，如何以最簡(jiǎn)單的方式通知監(jiān)護(hù)人等。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前智能輪椅的安全監(jiān)測(cè)功能都過(guò)于薄弱，在現(xiàn)有論文及專利中所涉及的輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置及方法主要與智能家居相聯(lián)系，換言之，這些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能在使用者長(zhǎng)期生活的特定環(huán)境中才能起到監(jiān)測(cè)作用。由此可知，若要實(shí)現(xiàn)這類輪椅的安全監(jiān)測(cè)功能，就必須要在使用者家中進(jìn)行相關(guān)的布置，這不僅增加使用者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也使該功能輪椅的推廣使用受到了限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有輪椅無(wú)法較全面監(jiān)測(cè)行動(dòng)不便用戶的生活安全問(wèn)題，提供一種輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：一種輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：它包括：

輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊，用于采集輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度；

環(huán)境感知模塊，用于采集輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息；

緊急求救按鈕，用于在按下時(shí)發(fā)送求救信號(hào)；

防摔倒模塊，包括安全帶、安全帶卡扣和拉力傳感器，用于檢測(cè)安全帶的拉力；

主控模塊，用于根據(jù)采集到的輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度、輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息、以及安全帶的拉力，判斷輪椅是否有傾覆、超速、碰撞和摔倒的危險(xiǎn)，并且在有危險(xiǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)出信號(hào)給輪椅控制模塊控制輪椅；

定位模塊，用于給輪椅定位；

無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于在有報(bào)警信號(hào)或者求救信號(hào)時(shí)，將定位信息與報(bào)警信號(hào)或者求救信號(hào)一起無(wú)線發(fā)送到云平臺(tái)；

報(bào)警模塊，用于接收主控模塊的報(bào)警信號(hào)并發(fā)出報(bào)警。

按上述裝置，所述的主控模塊包括嵌入式微處理器、穩(wěn)壓電路、可充電電池、電源電量顯示電路；其中嵌入式微處理器通過(guò)穩(wěn)壓電路與可充電電池相連，電源電量顯示電路與嵌入式微處理器連接。

按上述裝置，所述的報(bào)警模塊包括蜂鳴器和led報(bào)警顯示燈。

按上述裝置，所述的輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊包括加速度傳感器和三軸陀螺儀。

按上述裝置，所述的環(huán)境感知模塊為障礙物距離檢測(cè)傳感器。

利用所述的輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、實(shí)時(shí)采集輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度、輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息、安全帶的拉力；

s2、當(dāng)采集的輪椅的傾角超過(guò)傾角閾值，則判斷有傾覆危險(xiǎn)；當(dāng)采集的輪椅的運(yùn)行速度超過(guò)速度閾值，則判斷有超速危險(xiǎn)；當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于距離閾值，則判斷有碰撞危險(xiǎn)；安全帶卡扣扣上時(shí)，拉力傳感器所在的回路導(dǎo)通，且采集到的拉力大于或等于拉力閾值，當(dāng)未檢測(cè)到拉力傳感器的信號(hào)，或采集到的拉力小于拉力閾值，則判斷未系安全帶；

s3、當(dāng)有碰撞危險(xiǎn)時(shí)，輸出降速指令，并報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息以及gps位置信息通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送至云平臺(tái)，通知監(jiān)護(hù)人或者服務(wù)站；當(dāng)有超速危險(xiǎn)時(shí)，則報(bào)警，提示用戶；當(dāng)有傾覆危險(xiǎn)或者監(jiān)測(cè)到求救信號(hào)時(shí)，則報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息以及gps位置信息通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送至云平臺(tái)，通知監(jiān)護(hù)人或者服務(wù)站；當(dāng)監(jiān)測(cè)到未系安全帶時(shí)，則報(bào)警。

按上述方法，所述的距離閾值包括距離預(yù)設(shè)值和距離臨界值；當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于距離預(yù)設(shè)值，且大于距離臨界值時(shí)，輸出降速指令，當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于或等于距離臨界值時(shí)，輸出停車指令。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過(guò)在輪椅系統(tǒng)中引入輪椅安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，使其具有同時(shí)監(jiān)測(cè)輪椅狀態(tài)和周圍環(huán)境狀態(tài)的功能，并對(duì)輪椅狀態(tài)和周圍環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行判定，以保證輪椅移動(dòng)安全；具有一鍵求救功能，可以方便用戶報(bào)警求救；具有報(bào)警功能，便于周圍人群能及時(shí)幫助輪椅使用者；具有定位功能，便于及時(shí)確定用戶具體位置；具有多方位的數(shù)據(jù)接收終端，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪椅使用者的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，保證輪椅使用者的安全，而且可以通過(guò)云平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)了解使用者的生活習(xí)慣，以便更好地服務(wù)于他們。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置，如圖1所示，它包括：輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊，用于采集輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度；環(huán)境感知模塊，用于采集輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息；緊急求救按鈕，用于在按下時(shí)發(fā)送求救信號(hào)；防摔倒模塊，包括安全帶、安全帶卡扣和拉力傳感器，用于檢測(cè)安全帶的拉力；主控模塊，用于根據(jù)采集到的輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度、輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息、以及安全帶的拉力，判斷輪椅是否有傾覆、超速、碰撞和摔倒的危險(xiǎn)，并且在有危險(xiǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)出信號(hào)給輪椅控制模塊控制輪椅；定位模塊，用于給輪椅定位；無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于在有報(bào)警信號(hào)或者求救信號(hào)時(shí)，將定位信息與報(bào)警信號(hào)或者求救信號(hào)一起無(wú)線發(fā)送到云平臺(tái)；報(bào)警模塊，用于接收主控模塊的報(bào)警信號(hào)并發(fā)出報(bào)警。云平臺(tái)可以根據(jù)主控模塊推送的數(shù)據(jù)信息判斷用戶及輪椅當(dāng)前所處的狀態(tài)，并根據(jù)不同的危險(xiǎn)程度向監(jiān)護(hù)人等其他終端發(fā)送安全、預(yù)警或報(bào)警信息。

所述的主控模塊包括嵌入式微處理器、穩(wěn)壓電路、可充電電池、電源電量顯示電路；其中嵌入式微處理器通過(guò)穩(wěn)壓電路與可充電電池相連，電源電量顯示電路與嵌入式微處理器連接。所述的報(bào)警模塊包括蜂鳴器和led報(bào)警顯示燈。所述的輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊包括加速度傳感器和三軸陀螺儀。所述的環(huán)境感知模塊為障礙物距離檢測(cè)傳感器。

所述無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于數(shù)據(jù)傳輸，可選用2g/3g/4g等無(wú)線模塊。所述嵌入式微處理器采用avr內(nèi)核的8位單片機(jī)atmega2560作為控制核心，其具有258kb的flash，8kb的sram，4kb的eeprom，同時(shí)具有54路數(shù)字輸入/輸出口，16路模擬輸入，4路uart接口，一個(gè)16mhz晶體振蕩器，一個(gè)usb口，一個(gè)電源插座，一個(gè)icspheader和一個(gè)復(fù)位按鈕，在保證低功耗的同時(shí)，具有強(qiáng)大的運(yùn)算處理性能。裝置還可以設(shè)有外殼，外殼上設(shè)有開關(guān)按鍵、電源模塊充電接口、電源電量顯示窗口、緊急求救模塊連接接口、防摔倒模塊連接接口以及聲光報(bào)警器光源顯示窗口。

利用所述的輪椅安全監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)方法，如圖2所示，它包括以下步驟：

s1、實(shí)時(shí)采集輪椅的傾角狀態(tài)和運(yùn)行速度、輪椅與一定范圍內(nèi)障礙物的距離信息、安全帶的拉力。

s2、當(dāng)采集的輪椅的傾角超過(guò)傾角閾值，則判斷有傾覆危險(xiǎn)；當(dāng)采集的輪椅的運(yùn)行速度超過(guò)速度閾值，則判斷有超速危險(xiǎn)；當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于距離閾值，則判斷有碰撞危險(xiǎn)；安全帶卡扣扣上時(shí)，拉力傳感器所在的回路導(dǎo)通，且采集到的拉力大于或等于拉力閾值，當(dāng)未檢測(cè)到拉力傳感器的信號(hào)，或采集到的拉力小于拉力閾值，則判斷未系安全帶；所述檢測(cè)用戶是否系好安全帶，主要通過(guò)安全帶上的拉力傳感器以及安全帶卡扣來(lái)判斷，當(dāng)安全帶卡扣扣好之后會(huì)形成電路回路，并讀取力傳感器的電信號(hào)，若用戶確實(shí)系好安全帶，則安全帶是繃緊的，此時(shí)可獲取到拉力傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)；若僅僅是扣上安全帶卡扣，實(shí)則沒有起到保護(hù)用戶身體的作用，則此時(shí)安全帶是處于松弛狀態(tài)，從而無(wú)法讀取到傳感器電信號(hào)，進(jìn)而判斷用戶存在潛在的摔倒危險(xiǎn)。如果判斷未系好安全帶，則產(chǎn)生報(bào)警提示信息以通知監(jiān)護(hù)人，并且此時(shí)輪椅將無(wú)法正常啟動(dòng)運(yùn)行。

s3、當(dāng)有碰撞危險(xiǎn)時(shí)，輸出降速指令，并報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息以及gps位置信息通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送至云平臺(tái)，通知監(jiān)護(hù)人或者服務(wù)站；當(dāng)有超速危險(xiǎn)時(shí)，則報(bào)警，提示用戶；當(dāng)有傾覆危險(xiǎn)或者監(jiān)測(cè)到求救信號(hào)時(shí)，則報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息以及gps位置信息通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)送至云平臺(tái)，通知監(jiān)護(hù)人或者服務(wù)站；當(dāng)監(jiān)測(cè)到未系安全帶時(shí)，則報(bào)警。

所述的距離閾值包括距離預(yù)設(shè)值和距離臨界值；當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于距離預(yù)設(shè)值，且大于距離臨界值時(shí)，輸出降速指令，當(dāng)輪椅與一定范圍內(nèi)的障礙物的距離小于或等于距離臨界值時(shí)，輸出停車指令。

另外，還可以檢測(cè)輪椅初始狀態(tài)，包括檢測(cè)電池電量、相關(guān)模塊是否有異常，具體為，檢測(cè)輪椅初始傾斜狀態(tài)，判斷其是否可以安全啟動(dòng)；檢測(cè)電源供電電壓是否穩(wěn)定；檢測(cè)傳感器是否已喚醒；檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信功能是否正常等。

所述通過(guò)主控模塊外圍監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取相關(guān)信息，具體包括，使用環(huán)境感知模塊中的傳感器獲取障礙物信息；使用輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊中的輪椅傾角檢測(cè)模塊和輪椅速度檢測(cè)模塊獲取輪椅當(dāng)前的傾角狀態(tài)以及運(yùn)行速度；使用緊急求救模塊獲取一鍵呼叫求救信號(hào)；使用電源模塊中的電源電量顯示電路獲取當(dāng)前的電源電量。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)相關(guān)設(shè)備采取應(yīng)對(duì)措施，具體包括，主控模塊接收環(huán)境感知模塊所獲取的障礙物距離信息，判斷達(dá)到閾值或者臨界值時(shí)，或接收輪椅狀態(tài)檢測(cè)模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)，判斷輪椅傾角超過(guò)閾值或運(yùn)行速度異常時(shí)，或接收緊急求救模塊所發(fā)送的求救信號(hào)時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警器，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息以及gps位置信息根據(jù)不同情況有選擇的發(fā)送至云平臺(tái)，繼而發(fā)送至監(jiān)護(hù)人等其他終端設(shè)備，為監(jiān)護(hù)人或服務(wù)站工作人員采取相應(yīng)措施提供數(shù)據(jù)支撐，從而保障用戶出行安全。

進(jìn)一步地，所述閾值，具體包括環(huán)境參數(shù)閾值、輪椅傾角閾值、輪椅運(yùn)行速度閾值、安全帶拉力閾值；其中，環(huán)境參數(shù)閾值包括障礙物距離預(yù)設(shè)值l1和距離臨界值l0(l0<l1)；輪椅傾角閾值通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，當(dāng)該監(jiān)測(cè)裝置與輪椅運(yùn)行路面平行時(shí)，左右兩側(cè)傾角θ的閾值記為θ0，前后傾角γ的閾值記為γ0；輪椅運(yùn)行速度閾值根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于戶外輪椅運(yùn)行速度的規(guī)定獲得，為v>6km/h；安全帶拉力閾值通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，記為f0。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。