介入式主动操控智能轮椅的控制系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106943249A(43)申请公布日2017.07.14(21)申请号201710206248.7(22)申请日2017.03.31(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人李文锋马聪聪杨怡杨镇海(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102代理人王丹(51)Int.Cl.A61G5/04(2013.01)A61G5/10(2006.01)G08B21/24(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称介入式主动操控智能轮椅的控制系统及方法(57)摘要本发明提供一种介入式主动操控智能轮椅的控制系统和方法，包括数据采集模块，采集轮椅的椅面和脚踏的压力，以及轮椅的运行加速度；唤醒模块根据采集到的椅面的压力，在轮椅有人时解除锁定；状态判断模块根据轮椅的加速度，判断轮椅是否处于行驶状态；坐姿提醒模块用于在行驶状态下保持在不良坐姿的时间超时则发出报警并发送减速信号；脚踏提醒模块用于在行驶状态下当脚不当放置或者离开脚踏时间超时则发出报警并发送减速信号；减速控制模块用于控制轮椅的两个电机接口，将行驶速度降低到安全速度以内，并解除报警状态。本发明实现对轮椅使用者坐姿状态和轮椅运行状态的监测，不仅可以有效监测用户的身体姿态，而且可以提升轮椅的安全性能。CN106943249ACN106943249A权利要求书1/3页1.一种介入式主动操控智能轮椅的控制系统，其特征在于，它包括：数据采集模块，用于采集轮椅的椅面和脚踏的压力，以及轮椅的加速度；唤醒模块，用于根据采集到的椅面的压力，判断轮椅上是否有人，若没有人则保持在童锁状态，若有人则解除锁定；状态判断模块，用于在解除锁定后根据轮椅的加速度，判断轮椅是否处于行驶状态；坐姿提醒模块，用于在行驶状态下，根据采集到椅面的压力判断坐姿是否正确，当保持在不良坐姿的时间超过Tthres1，则发出报警，并发送减速信号至减速控制模块；脚踏提醒模块，用于在行驶状态下，根据采集到脚踏的压力判断脚是否正确的放置在脚踏上，当脚不当放置或者离开脚踏时间超过Tthres2，则发出报警，并发送减速信号至减速控制模块。减速控制模块，用于控制轮椅的两个电机接口，将当前行驶速度Vwheelchair降低到安全速度Vsafe以内，并解除报警状态。2.根据权利要求1所述的介入式主动操控智能轮椅的控制系统，其特征在于：所述的数据采集模块包括设置在轮椅椅面上的6个压力传感器和轮椅脚踏上的2个压力传感器，以及设置在轮椅轮辐上的加速度传感器；设置在轮椅椅面上的6个压力传感器布局方式为：将椅面坐垫以长为行、宽为列平均分为5*5的方格，以椅面中心的一个方格为原点、行为横坐标、列为纵坐标构建二维坐标系，以方格为坐标单位，椅面上的6个压力传感器Fsr1、Fsr2、Fsr3、Fsr4、Fsr5、Fsr6的相对位置布局坐标分别为(1，-2),(-1，-2),(2，0),(-2，0),(1，2),(-1，2)；放置在轮椅脚踏上的2个压力传感器Fsr7和Fsr8，分别放置在2个轮椅脚踏板的中央位置。放置在轮椅轮辐上的加速度传感器位于轮辐中心点的位置。3.根据权利要求2所述的介入式主动操控智能轮椅的控制系统，其特征在于：所述的唤醒模块将用于收集椅面上的6个压力传感器的值，如果6个压力传感器的值同时小于Fsrmin，则判断为轮椅上无人乘坐，否则为有人乘坐；所述的Fsrmin为预设的在压力传感器上没有施加压力所产生的扰动值。4.根据权利要求2所述的介入式主动操控智能轮椅的控制系统，其特征在于：所述的加速度传感器采集轮椅在运行状态下产生的三个轴向的加速度(ax,ay,az)，ax、ay、az分别为加速度传感器模块基于重力原理产生的三个轴向的加速度；所述的状态判断模块具体用于求出轮椅在运行状态下的加速度的合成值SMV，若SMV大于或等于预设的状态阈值amthres，则判断轮椅处于行驶状态，否则判断轮椅为静止状态。5.根据权利要求2所述的介入式主动操控智能轮椅的控制系统，其特征在于：所述的坐姿提醒模块具体用于将采集到的椅面上6个压力传感器的压力值(f1,f2,f3,f4,f5,f6)，按以下公式得出三维特征向量(CoPx,CoPy,CoPZ)；CoPx＝∑fi*xi/∑fiCoPy＝∑fi*yi/∑fi式中，CoPx和CoPy分别为椅面所在二维坐标系下两个轴向压力中心值；CoPz为两个轴向2CN106943249A权利要求书2/3页压力中心值的合成模值；fi为第i个压力传感器的压力值，xi和yi分别为第i个压力传感器的横坐标和纵坐标；利用决策树分类器，来判断用户的坐姿状态。6.根据权利要求5所述的介入式主动操控智能轮椅