專利名稱：一種智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)，特別是基于超聲波傳感器測(cè)距原理和局部路徑規(guī)劃理論一種智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)文明的發(fā)展進(jìn)步，保障和提高老年人以及殘疾人士等弱勢(shì)群體的生活質(zhì)量，已經(jīng)越來越受到社會(huì)各界人士的普遍關(guān)注。大量研究表明，有效增強(qiáng)老年人以及殘疾人士的行動(dòng)能力，不僅使得他們的日常生活變的方便，而且對(duì)他們的心理健康、自我評(píng)價(jià)、精神狀態(tài)也有著深遠(yuǎn)的影響。因此，一種能為老年人提供方便的代步輪椅應(yīng)運(yùn)而生，并得到了廣泛的推廣應(yīng)用。較早的輪椅是手動(dòng)的，有人轉(zhuǎn)到一個(gè)手輪前進(jìn)，這需要消耗體力，不適合那些體力太弱以及殘障人士試用。隨后又發(fā)明了電動(dòng)輪椅，這種輪椅一般包括前體、前后輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、操縱桿和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由蓄電池供電，驅(qū)動(dòng)后輪前進(jìn)，坐在輪椅上的人只須按動(dòng)操縱桿，即可實(shí)現(xiàn)輪椅的前進(jìn)、后退以及左右拐彎。電動(dòng)輪椅比手動(dòng)輪椅有很大的進(jìn)步，但仍存在一些問題，例如對(duì)于一部分自理能力較差的老年人和參加人士，一般的電動(dòng)輪椅他們無法操縱，還如使用者無法觸及電動(dòng)輪椅的觸動(dòng)器，身邊又無人幫忙，既無法對(duì)電動(dòng)輪椅進(jìn)行任何操縱，十分不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明之目的是彌補(bǔ)上述不足，向社會(huì)公開一種新型智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)， 該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種控制方式的任意選用，方便不同類型的行動(dòng)不便著使用。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、人機(jī)交互部分、環(huán)境感知部分、語音控制中可避障部分、自主避障部分、驅(qū)動(dòng)部分組成，并設(shè)計(jì)了語音控制中避障，自主避障，手動(dòng)控制等富有特色的交互方式，一般在每個(gè)系統(tǒng)中都是幾種方式共存，以便根據(jù)環(huán)境、用戶身體狀況來選擇合適的接口。它有兩種控制方式，手柄控制和鍵盤控制。使用者即可通過手柄，也可通過小鍵盤操作輸出四路模擬電壓，輪椅本身配有電機(jī)控制器，四路模擬電壓通過電機(jī)控制器產(chǎn)生直流電機(jī)信號(hào)來控制直流電機(jī)，通過對(duì)直流電機(jī)的開環(huán)控制控制輪椅的前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等運(yùn)動(dòng)控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)識(shí)別和判斷出行駛的前方是否有行人擋路，或是否可能出現(xiàn)行駛不通的情況，自動(dòng)采取繞行動(dòng)作，它甚至還能夠提醒擋路的行人讓開道路；利用聲音控制智能輪椅往各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，在當(dāng)前方向有障礙物時(shí)，可自主避障；利用超聲波測(cè)距，靈敏度高，安全穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明的模態(tài)切換示意圖；圖2為發(fā)明的智能輪椅語音控制可避障總體結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的多模態(tài)信息處理模型。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分本系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分由基本的模塊原件組成，包括齒輪副、絲桿螺母副、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸承支承、連軸器、支架、潤滑系統(tǒng)等。使用貴州華烽電器有限公司生產(chǎn)的DG-168A型永磁直流電機(jī)。人機(jī)交互部分本系統(tǒng)根據(jù)自身需要設(shè)計(jì)了語音控制中避障，自主避障，手動(dòng)控制等富有特色的交互方式，采用鍵盤控制方式0x4小鍵盤)。八個(gè)按鍵分別設(shè)置成按鍵前進(jìn)， 按鍵后退，按鍵左轉(zhuǎn)，按鍵右轉(zhuǎn)，程序啟動(dòng)按鍵，停止按鍵，語音控制中可避障狀態(tài)按鍵，語音重新訓(xùn)練按鍵。設(shè)置語音重新訓(xùn)練按鍵的原因是用戶可能會(huì)對(duì)訓(xùn)練的結(jié)果不滿意，或者其他人也想使用輪椅，系統(tǒng)運(yùn)行至識(shí)別子函數(shù)后就會(huì)不短掃描重新訓(xùn)練鍵，如果檢測(cè)到重新訓(xùn)練鍵被按下，那么程序首先會(huì)把語音模型存儲(chǔ)區(qū)的UiSDModelAddr r單元擦出并會(huì)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)等待復(fù)位的到來。復(fù)位后，程序檢測(cè)到UiSDModelAddr單元內(nèi)容為Oxffff，認(rèn)為輪椅沒有經(jīng)過訓(xùn)練，這時(shí)就可以重新訓(xùn)練輪椅。模態(tài)切換程序涉及如圖1。控制模塊該智能輪椅核心控制器采用凌陽公司的16位微控制器SPCE06IA單片機(jī)開發(fā)板SPCEo61A單片機(jī)開發(fā)板內(nèi)置16位硬件乘法器和內(nèi)積運(yùn)算，提供數(shù)字信號(hào)處理指令和語音控制函數(shù)庫，內(nèi)置ZKWorcK4KB)的SRAM和犯KWOrd (64KB)的FLASH，兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，14個(gè)可軟件獨(dú)立控制開關(guān)狀態(tài)的中斷源，適用于控制領(lǐng)域和數(shù)字語音識(shí)別。語音控制中避陣模塊設(shè)計(jì)語音控制中避障模塊的硬件設(shè)計(jì)主要集中在 SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板上，麥克風(fēng)把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換由SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板片內(nèi)AD完成。語音播放由SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板自帶揚(yáng)聲器和片內(nèi)DA實(shí)現(xiàn)?？傮w輪椅語音控制中避障模塊設(shè)計(jì)如圖2驅(qū)動(dòng)模塊本智能輪椅驅(qū)動(dòng)部分，采用的是電動(dòng)輪椅自帶的控制器，輪椅控制器與操作桿相連，操作桿產(chǎn)生的四路模擬電壓信號(hào)通過控制器轉(zhuǎn)換為直流電機(jī)電樞兩端電壓。手動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)要構(gòu)建模擬電壓信號(hào)接管平臺(tái)，利用SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)自主控制。由于SPCE061A內(nèi)部?jī)H有兩路DAC通道，而且經(jīng)常被語音播放占用，故需要外部擴(kuò)展DA?？梢允褂肧PCE061A單片機(jī)開發(fā)板提供數(shù)字信號(hào)，通過外部 DA芯片產(chǎn)生四路模擬電壓輸入輪椅控制器實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)速。DA轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)數(shù)字信號(hào)輸入端的不同分為串行輸入和并行輸入兩種方式，選用串行輸入方式的DA轉(zhuǎn)換芯片。語音識(shí)別部分一個(gè)典型的語音識(shí)別過程包括語音信號(hào)的預(yù)處理、特征提取、 練、識(shí)別、后處理五個(gè)基本單元。語音控制系統(tǒng)1的硬件主要部分都已集成在SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板上，麥克風(fēng)把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換由SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板片內(nèi) AD完成。語音播放由SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板自帶揚(yáng)聲器和片內(nèi)DA實(shí)現(xiàn)。語音控制可避障部分本系統(tǒng)由單片機(jī)根據(jù)環(huán)境信息做出相應(yīng)決策的方法設(shè)計(jì)了語音控制中可避障模態(tài)，解決語音控制模態(tài)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的“撞車，，現(xiàn)象。數(shù)學(xué)模型如圖 3。在該結(jié)構(gòu)中，決策層系統(tǒng)建立在特征信息提取基礎(chǔ)上的，每個(gè)傳感器送入識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是經(jīng)過一定處理的目標(biāo)特征數(shù)據(jù)，這些特征信息在識(shí)別系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)的屬性判決后再輸入到?jīng)Q策中心。同時(shí)送入的還有各個(gè)傳感器識(shí)別信息的可信度權(quán)值。經(jīng)過融合中心的融合處理后，做出決策。 用戶輸入語音命令，經(jīng)過語音識(shí)別、模型匹配后，輪椅執(zhí)行語音指令控制，輪椅在執(zhí)行語音指令操作時(shí)，單片機(jī)同時(shí)啟動(dòng)輪椅自主避障程序，探測(cè)前方是否有障礙物。根據(jù)探測(cè)到的環(huán)境信息，SPCE061A單片機(jī)開發(fā)板作出相應(yīng)的決策。
權(quán)利要求
1.一種智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、人機(jī)交互部分、環(huán)境感知部分、語音控制中可避障部分、自主避障部分、驅(qū)動(dòng)部分組成。其特征是常規(guī)模態(tài)下該智能輪椅有兩種控制方式，手柄控制和鍵盤控制。使用者即可通過手柄，也可通過小鍵盤操作輸出四路模擬電壓，輪椅本身配有電機(jī)控制器，四路模擬電壓通過電機(jī)控制器產(chǎn)生直流電機(jī)信號(hào)來控制直流電機(jī)，通過對(duì)直流電機(jī)的開環(huán)控制控制輪椅的前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、 右轉(zhuǎn)、停止等運(yùn)動(dòng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)，其特征是該智能輪椅是基于超聲波傳感器技術(shù)基礎(chǔ)上的避障控制，由分布在輪椅各個(gè)方向上的七組超聲波傳感器獲得障礙物信息，由單片機(jī)根據(jù)獲得的障礙物信息做出相應(yīng)的避障決策，使智能輪椅靈活避障。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)，其特征是在對(duì)語音控制單模態(tài)和自主避障控制單模態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了語音控制中可避障模態(tài)，利用SPI模擬技術(shù)設(shè)計(jì)了 DA驅(qū)動(dòng)控制模塊和手動(dòng)控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明及一種智能輪椅多模態(tài)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種控制方式的任意選用，方便不同類型的行動(dòng)不便著使用。該系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分、人機(jī)交互部分、環(huán)境感知部分、語音控制中可避障部分、自主避障部分、驅(qū)動(dòng)部分組成，并設(shè)計(jì)了語音控制中避障，自主避障，手動(dòng)控制等富有特色的交互方式，一般在每個(gè)系統(tǒng)中都是幾種方式共存，以便根據(jù)環(huán)境、用戶身體狀況來選擇合適的接口。它有兩種控制方式，手柄控制和鍵盤控制。輪椅本身配有電機(jī)控制器，通過對(duì)直流電機(jī)的開環(huán)控制控制輪椅的前進(jìn)、后退、加速、減速、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等運(yùn)動(dòng)控制。
文檔編號(hào)A61G5/10GK102451062SQ20101052366
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者王春杰 申請(qǐng)人:王春杰