CN110025437A - 一种智能轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能轮椅，包括万向牛眼轮、轮椅辅助支架、监视屏幕、支架、相机、激光雷达、轮椅座位、脚踏板、轮子和控制***，轮椅辅助支架和监视屏幕设置在轮椅座位的背部；支架固定在轮椅座位上，相机和激光雷达固定在支架上，脚踏板安装在轮椅座位的下部；轮子安装在轮椅座位的左右两侧；控制***包括闭环伺服电机及驱动器、微型计算机和电池，微型计算机分别与相机和激光雷达通讯，该微型计算机接收相机和激光雷达采集的数据，通过视觉识别，根据接收的数据控制轮椅的运动。

Description

一种智能轮椅
技术领域
本发明属于智能医疗用具技术领域，具体涉及一种新型智能轮椅。
背景技术
目前，大多数医院使用的都是传统的轮椅。传统的轮椅构造简单，功能单一，患者在使用时移动不便，并且有可能由于患者控制能力失控导致出现安全问题，因此，必须通过医护人员进行全方位护理，使得医护人员在对患者进行护理时操作麻烦、费时费力，给医护人员增加了工作量和工作难度。
随着我国社会进入老龄化阶段，人口红利逐渐丧失，医院护理劳力日趋紧张，因此，医院急需要通过现代制造技术和计算机技术、机器人技术、物联网技术来改造现有落后的医用轮椅，通过对图像识别，能够自主前进、后退、左转、右转和躲避医院障碍物，以及识别标志牌，通过对标志牌的识别来控制轮椅的运行状态，能够方便患者或医护人员对轮椅的操作，这将大大增加使用者的安全指数。同时，在轮椅的后面增加设置了控制面板，能够让医护人员进行点到点的巡航功能，减少医护人员的工作量。
发明内容
为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种智能轮椅，该智能轮椅自动化程度高，通过对现有落后的医用轮椅的改造，使得该智能轮椅能够对图像进行识别，进行自主前进、后退、左转、右转和躲避医院障碍物，以及识别标志牌，并通过对标志牌的识别来控制轮椅的运行状态。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供一种智能轮椅，包括万向牛眼轮、轮椅辅助支架、监视屏幕、支架、相机、激光雷达、轮椅座位、脚踏板、轮子和控制***，所述的万向牛眼轮安装在轮椅辅助支架的底部；轮椅辅助支架和监视屏幕设置在轮椅座位的背部；所述的支架固定在轮椅座位上，所述的相机和激光雷达固定在支架上，脚踏板安装在轮椅座位的下部；轮子安装在轮椅座位的左右两侧；所述的控制***包括闭环伺服电机及驱动器、微型计算机和电池，所述的闭环伺服电机及驱动器与轮子连接，为轮子提供运动的动力；所述的微型计算机分别与相机和激光雷达通讯，该微型计算机接收相机和激光雷达采集的数据，通过视觉识别，根据接收的数据控制轮椅的运动；所述的电池为智能轮椅内部的用电部件供电。
所述的支架的顶部设置有铜柱，该铜柱上设置有云台，所述的相机固定在上云台上。
所述的相机为广角4K HDR网络摄像头，所述的激光雷达是一维线性激光发射器。
所述的控制***还包括编码器，所述的编码器与闭环伺服电机及驱动器连接，用于让轮椅座位左右两侧的两个轮子的前进速度保持一致。
所述的控制***还包括运动控制板，所述的运动控制板用于分析闭环伺服电机及驱动器的线速度与角速度。
所述的控制***还包括语音控制模块，该语音控制模块能够接收语音并且通过算法识别对控制元件发送指令，控制闭环伺服电机及驱动器，控制轮椅进行前后左右的运动。
所述的监视屏幕设置在轮椅辅助支架的上方，该监视屏幕用于方便医护人员进行轮椅的操作和设定参数；所述的监视屏幕是电容屏幕，医护人员能够通过手指或触控笔在监视屏幕上进行操作。
进一步，所述的智能轮椅还包括箱体，所述的微型计算机、电池和运动控制板设置在该箱体中；其中，所述的微型计算机包括Linux操作***和Python语言编程文件。
进一步，所述的相机采集周围环境，传输给微型计算机，微型计算机通过视觉识别，控制轮椅进行障碍物的躲避以及人群的躲避，并识别标志牌，反馈和处理标志牌中的信息，能够反馈的信息例如：“停”、“保持安静”等，会对识别到的信息，进行反馈。
进一步，所述的智能轮椅在行驶过程中，所述的激光雷达能够反馈障碍物的距离信息，能够精准识别轮椅与障碍物或人群的距离，保持轮椅与过往行人、障碍物或墙壁之间的距离。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的智能轮椅可通过相机对周围环境进行取景，将图像信号传输至微型计算机，微型计算机能够识别文字、人物、物体等图像，能够准确分辨出文字上的信息，并对信息进行识别，将识别到的信息反馈给电机进行执行，如：小心慢行、停、有台阶等，电机将分别进行减速、停止、停止以及语音警告等操作，减少由于从操作者因操作不当所带来的危险。
(2)本发明所述的智能轮椅可通过激光雷达，准确识别周围物体距离轮椅的距离，减少在自动驾驶中轮椅与周围行人的碰撞，准确的规划出前进的道路，将原有只能规划路径的功能提升至精准规划并细分路径。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述的智能轮椅的结构示意图。
图2是所述的智能轮椅的另一角度的结构示意图。
图3是所述的智能轮椅的控制***示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明提供一种智能轮椅，包括万向牛眼轮1、轮椅辅助支架2、监视屏幕3、支架4、相机5、激光雷达6、轮椅座位7、脚踏板8、轮子9和控制***，所述的万向牛眼轮1安装在轮椅辅助支架2的底部；轮椅辅助支架2和监视屏幕3设置在轮椅座位7的背部；所述的支架4固定在轮椅座位7上，所述的相机5和激光雷达6固定在支架4上，脚踏板8安装在轮椅座位7的下部；轮子9安装在轮椅座位7的左右两侧；所述的控制***包括闭环伺服电机及驱动器10、微型计算机15和电池16，所述的闭环伺服电机及驱动器10与轮子9连接，为轮子提供运动的动力；所述的微型计算机15分别与相机5和激光雷达6通讯，该微型计算机接收相机5和激光雷达6采集的数据，通过视觉识别，根据接收的数据控制轮椅的运动；所述的电池16为智能轮椅内部的用电部件供电。
所述的支架4的顶部设置有铜柱12，该铜柱上设置有云台13，所述的相机5固定在上云台13上。
所述的相机5为广角4K HDR网络摄像头，所述的激光雷达6是一维线性激光发射器。
所述的控制***还包括编码器11，所述的编码器11与闭环伺服电机及驱动器10连接，用于让轮椅座位7左右两侧的两个轮子的前进速度保持一致。
所述的控制***还包括运动控制板17，所述的运动控制板用于分析闭环伺服电机及驱动器10的线速度与角速度。
所述的控制***还包括语音控制模块18，该语音控制模块18是一种能够接收语音并且通过算法识别对控制元件发送指令，控制闭环伺服电机及驱动器10，控制轮椅进行前后左右的运动。
所述的监视屏幕3设置在轮椅辅助支架2的上方，该监视屏幕用于方便医护人员进行轮椅的操作和设定参数；所述的监视屏幕3是电容屏幕，医护人员能够通过手指或触控笔在监视屏幕上进行操作。
进一步，所述的智能轮椅还包括箱体14，所述的微型计算机15、电池16和运动控制板17设置在该箱体中；其中，所述的微型计算机15包括Linux操作***和Python语言编程文件。
进一步，所述的相机5采集周围环境，传输给微型计算机15，微型计算机通过视觉识别，控制轮椅进行障碍物的躲避以及人群的躲避，并识别标志牌，反馈和处理标志牌中的信息，能够反馈的信息例如：“停”、“保持安静”等，会对识别到的信息，进行反馈。
进一步，所述的智能轮椅在行驶过程中，所述的激光雷达6能够反馈障碍物的距离信息，能够精准识别轮椅与障碍物或人群的距离，保持轮椅与过往行人、障碍物或墙壁之间的距离。
本发明所述的智能轮椅中，所述的万向牛眼轮1用于轮椅支撑以及起到转向的作用，并且大大增加轮椅本身的承载力。
所述的轮椅辅助支架2用于与万向牛眼轮1进行连接，用于提供轮椅座位7的安装基础。
所述的监视屏幕3与轮椅座位7进行固定，方便医护人员进行轮椅的操作和设定参数。
所述的支架4与轮椅座位7进行固定，用于提供相机5、激光雷达6的安装基础。
所述的相机5固定在上云台13上，用于获取图像信息。
所述的激光雷达6固定在支架4上，用于获取环境信息。
所述的轮椅座位7与支架4进行固定，为使用提供舒适的座椅环境。
所述的脚踏板8与轮椅座位7进行固定，方便使用者搁放腿部。
所述的轮子9与轮椅座位7进行固定，用于承载重量。
所述的闭环伺服电机与驱动器与10与轮子9进行固定，为轮子提供运动的动力。
所述的编码器11与闭环伺服电机与驱动器10进行固定，用于让两个轮子的前进速度保持一致。
所述的铜柱12与支架4进行固定，为云台13提供安装基础
所述的云台13与铜柱12进行固定，为相机5提供安装基础。
本发明所述的智能轮椅打开后，电池16向各个需要用电的元器件、执行结构件供电，微型计算机15上电测试，启动***并进行校准。
在医院或家里的房间里，可以通过语音控制模块18控制轮椅的前进后退，在运动的过程中，轮椅上的相机5、激光雷达6开始工作，自动识别所行进的区域，对区域进行建模，分析出障碍物、人物等，将信息反馈给微型计算机15，微型计算机15通过提前设定好的程序，向闭环伺服电机及驱动器10、各个模块发出指令，控制轮椅是否前进，是否开启避障模式等。在监视屏幕3上，显示出轮椅当前所在的位置，并且提供了多种选项，医护工作者可通过监视屏幕来选择轮椅的目标地点，轮椅可自行前往。在运动过程中相机5能够记录和反馈所识别到的图像，并且传送给为微型计算机15进行分析，分析结果将在监视屏幕3上进行显示，当轮椅停止不动的时候，医护人员直接通过监视屏幕3能够看到是因为什么原因，导致轮椅停止前进，并且针对性的在监视屏幕3上输入指令。激光雷达6也会将扫描到的环境信息反馈给微型计算机15，微型计算机通过处理，构建二维动态模型，将周围的环境信息实时的展示在监视屏幕3上，在监视屏幕3上可以看到反馈的二维动态模型，上面会出现周围的人员标志，一个三角形图案，即为一个可移动物体或者是静态物体，可以是动态的人、或者是静态的物。在自主导航的过程中，通过摄像头和雷达的双重识别和验证，大大减少了轮椅在自主运行过程中的错误率。相机5可以识别标志牌、障碍物等，激光雷达6可以识别轮椅周围的动态物体，以及详细距离，给轮椅充分的时间进行反应。
所有的工作均可在没有WiFi信号、GPS信号下进行，微型计算机15保持通电即可，可实现完整的工作。本发明设计提供了在线升级功能，保持微型计算机15连接到无线网络，通过手机端或者是上位机端，即可为轮椅上传新的代码，对轮椅进行在线更新，在工作中往往会出现一些新的问题，通过在线升级，即可为医护人员解决这些问题。医护人员通过点击监视屏幕3输入账号密码，即可连接WiFi网络。手机端口连接相同的WiFi信号，即可实时接收到轮椅上相机5反馈的实时图传信号。
下面进一步介绍本发明所述的智能轮椅的使用方法和流程，所述的智能轮椅从平面无台阶的任意位置出发，第一种控制方法为使用者进行控制，使用者可对轮椅发出任意指令，指令不限于前进后退，通过语音控制模块可以反馈包括天气等互动型语句。轮椅接收指令，开始前进或后退。
第二种控制方法为医护人员进行控制，医护人员可通过监视屏幕3对轮椅进行控制，可以设置轮椅所要到达的目的地，如患者需坐上轮椅，从护士台前进到自己的病房，医护人员在监视屏幕3上输入患者的病房号码即可，轮椅在相机5和激光雷达6的帮助下，实现自主导航避障和实时反馈周围环境，自主到达目的地。在行进的过程中，相机5会把采集到的图像信息反馈给微型计算机15，微型计算机将反馈的图片转化为灰度图进行进一步处理，识别图中的文字信息、任务信息等等，随后，控制闭环伺服电机及驱动器10，进行前进、后退等操作，激光雷达6则将周围的环境信息反馈给微型计算机15，微型计算机通过处理，生成动态的信息图，信息图中包含了轮椅所在位置，周围环境目标所在位置，当两者距离相近时，微型计算机15会对闭环伺服电机及驱动器10发出指令，控制闭环伺服电机及驱动器10进行前后左右的移动。在手机端，能够通过app看到轮椅的实时图传，如遇危险等，会发出报警，或因路面障碍或表示停止时，也会发出报警，医护人员可通过手机端进行对轮椅的控制，也可以通过监视屏幕3对轮椅进行控制。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种智能轮椅，包括万向牛眼轮(1)、轮椅辅助支架(2)、监视屏幕(3)、支架(4)、相机(5)、激光雷达(6)、轮椅座位(7)、脚踏板(8)、轮子(9)和控制***，其特征在于，所述的万向牛眼轮(1)安装在轮椅辅助支架(2)的底部；轮椅辅助支架(2)和监视屏幕(3)设置在轮椅座位(7)的背部；所述的支架(4)固定在轮椅座位(7)上，所述的相机(5)和激光雷达(6)固定在支架(4)上，脚踏板(8)安装在轮椅座位(7)的下部；轮子(9)安装在轮椅座位(7)的左右两侧；所述的控制***包括闭环伺服电机及驱动器(10)、微型计算机(15)和电池(16)，所述的闭环伺服电机及驱动器(10)与轮子(9)连接，为轮子提供运动的动力；所述的微型计算机(15)分别与相机(5)和激光雷达(6)通讯，该微型计算机接收相机(5)和激光雷达(6)采集的数据，通过视觉识别，根据接收的数据控制轮椅的运动；所述的电池(16)为智能轮椅内部的用电部件供电。
2.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的支架(4)的顶部设置有铜柱(12)，该铜柱上设置有云台(13)，所述的相机(5)固定在上云台(13)上。
3.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的相机(5)为广角4K HDR网络摄像头，所述的激光雷达(6)是一维线性激光发射器。
4.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的控制***还包括编码器(11)，所述的编码器(11)与闭环伺服电机及驱动器(10)连接，用于让轮椅座位(7)左右两侧的两个轮子的前进速度保持一致。
5.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的控制***还包括运动控制板(17)，所述的运动控制板用于分析闭环伺服电机及驱动器(10)的线速度与角速度。
6.根据权利要求5所述的智能轮椅，其特征在于，所述的控制***还包括语音控制模块(18)，该语音控制模块(18)能够接收语音并且通过算法识别对控制元件发送指令，控制闭环伺服电机及驱动器(10)，控制轮椅进行前后左右的运动。
7.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的监视屏幕(3)设置在轮椅辅助支架(2)的上方，该监视屏幕用于方便医护人员进行轮椅的操作和设定参数；所述的监视屏幕(3)是电容屏幕，医护人员能够通过手指或触控笔在监视屏幕上进行操作。
8.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的智能轮椅还包括箱体(14)，所述的微型计算机(15)、电池(16)和运动控制板(17)设置在该箱体中；其中，所述的微型计算机(15)包括Linux操作***和Python语言编程文件。
9.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的相机(5)采集周围环境，传输给微型计算机(15)，微型计算机通过视觉识别，控制轮椅进行障碍物的躲避以及人群的躲避，并识别标志牌，反馈和处理标志牌中的信息。
10.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述的智能轮椅在行驶过程中，所述的激光雷达(6)能够反馈障碍物的距离信息，能够识别轮椅与障碍物或人群的距离，保持轮椅与过往行人、障碍物或墙壁之间的距离。
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