專利名稱：人機交互智能輪椅的制作方法
技術領域：
本發明屬于電動輪椅領域，特別是一種人機交互智能輪椅。
背景技術：
根據聯合國預測，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。在他們當中，有相當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，生活質量受到明顯的影響。在歐美經濟發達國家，老年人、殘疾人專用的手動輪椅和普通電動輪椅已出現被逐步淘汰的趨勢，取而代之的是性能優越、操作簡便和行駛更加安全可靠的智能電動輪 椅。隨著我國經濟的迅猛發展和人民生活水平的不斷提高，預計在不久的將來，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量，已經越來越受到社會各界人士的普遍關注。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運而生，并得到了廣泛的推廣應用。較早的輪椅是手動的，由人轉動一個手輪前進，這需要消耗體力，不適合那些體力太弱以及殘障人士使用。隨后又發明了電動輪椅，這種電動輪椅一般包括車體、前后輪、驅動電機、操作桿和電機驅動器，驅動電機由蓄電池供電，驅動后輪前進，坐在輪椅上的人只需按動操作桿，即可實現輪椅的前進、后退及左右轉彎。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越的代步工具。目前在歐美、日本等發達國家中一些公司已經研制開發出智能程度更高、自主能力更強的輪椅機器人產品。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的TAOAicle等。但這些智能輪椅產品基本上采用類似于移動機器人的控制系統，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，驅動控制系統、傳感器系統作為下位機，產品體積大、結構復雜、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的智能輪椅，亦采用了多模態的融合技術，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。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種采用嵌入式控制系統的人機交互智能輪椅，且同時具有超聲波自主導航機構、語音控制機構和視覺自主導航機構，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、功耗大以及續航能力差等問題，同時保證了輪椅精確、穩定的運行。本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的
一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅動電機、人機交互設備、操作桿和電機驅動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內安裝有嵌入式控制系統，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側部布有超聲波自主導航機構，車體上布有語音控制機構和視覺自主導航機構，超聲波自主導航機構、語音控制機構和視覺自主導航機構分別與嵌入式控制系統電信連接，嵌入式控制系統還與操作桿及電機驅動器電信連接，蓄電池為驅動電機供電。而且，所述的視覺自主導航機構由檢測系統、控制決策系統和動力系統三個部分組成。而且，所述的檢測系統采用CMOS圖像傳感器。而且，所述的超聲波自主導航機構采用超聲波傳感器。而且，所述的人機交互設備包括揚聲器、IXD和LED燈，且人機交互設備與嵌入式控制系統相連。而且，所述的語音控制機構采用MIC進行聲音錄入。本發明的優點和積極效果是
I、本發明簡便易用是人機交互智能輪椅高效運行的基礎，語音控制機構將控制指令簡化為五個，并在嵌入式控制系統的基礎上實現了語音的在線訓練，新用戶只需花上幾分鐘的時間進行語音訓練便可實現對智能輪椅的語音控制。2、本發明采用基于嵌入式控制系統的控制器為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、功耗大以及續航能力差等問題，這就使人機交互智能輪椅向產業化方向邁進了一大步。3、本發明是一種性能優越的代步工具，具有自動行走、避障、以及目標跟蹤等功能，與傳統的輪椅相比，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，提高他們的生活質量。4、本發明設計合理，采用人機交互設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。


圖I是本發明實施例的系統結構框圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述
一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅動電、機、人機交互設備、操作桿和電機驅動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內安裝有嵌入式控制系統，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側部布有超聲波自主導航機構，車體上布有語音控制機構和視覺自主導航機構，超聲波自主導航機構、語音控制機構和視覺自主導航機構分別與嵌入式控制系統電信連接，嵌入式控制系統還與操作桿及電機驅動器電信連接，蓄電池為驅動電機供電。結合圖1，闡述本發明的工作原理MIC將語音信號轉化為電信號，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，實現輪椅和用戶之間的語音交互，LCD用于顯示當前輪椅自身狀態信息，LED燈用于指示輪椅當前各種狀態。對于輪椅的控制，語音控制機構采用16位單片機SPCE061A作為系統核心，先通過MIC訓練語音命令，提取出特征參數并導入到FLASH中構成語音模型庫。識別過程中，利用庫函數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的運動。、
超聲波自主導航機構能夠完成到指定目標的路徑規劃，實現了輪椅的安全避障。將超聲波避障和語音播報技術融合，輪椅能夠自動判斷是否能夠安全的執行用戶給定的命令，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。超聲波自主導航機構采用超聲波傳感器實現輪椅避障控制，由于輪椅要實現安全避障首先要對外部環境進行充分認識，所以該機構采用分布在不同方向上的多路超聲波傳感器對環境進行感知。超聲波由發射端發出，遇到障礙物返回，接收器將超聲波信號變成電信號，電信號經過放大、帶通濾波和整形送入單片機SPCE061A。通過測量從發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，再通過采用適當的控制策略來實現輪椅的實時避障。視覺自主導航機構由檢測系統、控制決策系統和動力系統三個部分組成。其中檢測系統采用CMOS圖像傳感器；控制決策系統采用單片機SPCE061A作為主控制芯片；動力系統主要是控制模擬操作感產生的四路模擬電壓信號來控制直流電機的轉速。整體的流程為檢測系統采集路徑信息，經過控制決策系統分析和判斷，由動力系統控制直流電機給出合適的轉速，從而控制智能輪椅精確、穩定的行駛。智能輪椅在使用過程中，通過將不同的模態融合起來，能夠達到更好地實際效果。通過將超聲波自主避障機構與語音控制機構、視覺自主導航機構和嵌入式控制系統融合，人機交互智能輪椅在執行手動控制、語音控制和視覺自主導航這三種模態指令之前能夠自動判斷輪椅是否能夠安全的執行這些指令，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。需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅動電機、人機交互設備、操作桿和電機驅動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內安裝有嵌入式控制系統，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側部布有超聲波自主導航機構，車體上布有語音控制機構和視覺自主導航機構，超聲波自主導航機構、語音控制機構和視覺自主導航機構分別與嵌入式控制系統電信連接，嵌入式控制系統還與操作桿及電機驅動器電信連接，蓄電池為驅動電機供電。
2.根據權利要求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航機構由檢測系統、控制決策系統和動力系統三個部分組成。
3.根據權利要求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采用CMOS圖像傳感器。
4.根據權利要求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航機構米用超聲波傳感器。
5.根據權利要求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備包括揚聲器、IXD和LED燈,且人機交互設備與嵌入式控制系統相連。
6.根據權利要求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采用MIC進行聲音錄入。
全文摘要
本發明公開了一種人機交互智能輪椅，包括車體、兩個驅動后輪、兩個隨動前輪、蓄電池、兩個驅動電機、人機交互設備、操作桿和電機驅動器，車體包括桌面和兩個腳踏板；其特征在于桌面內安裝有嵌入式控制系統，其控制器為16位SPCE016A單片機，車體側部布有超聲波自主導航機構，車體上布有語音控制機構和視覺自主導航機構，超聲波自主導航機構、語音控制機構和視覺自主導航機構分別與嵌入式控制系統電信連接，嵌入式控制系統還與操作桿及電機驅動器電信連接，蓄電池為驅動電機供電。本發明采用基于嵌入式控制系統的控制器為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 優先權日2012年6月30日
發明者毛振剛 申請人:毛振剛