[发明专利]基于上悬无线传输摄像头的轮椅室内全局视频监控导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能轮椅导航技术，特别是提出了一种基于上悬无线传输摄像头的轮椅室内全局视频监控导航技术，引入室内视频监控技术，与机器人自主导航技术相结合，实现对轮椅的室内导航控制。属于智能轮椅导航技术领域。

背景技术

智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅，融合多种领域的研究，包括机器视觉、机器人导航和定位、模式识别、多传感器融合及用户接口等，涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术。智能轮椅可以为肢障人群提供性能优越的代步工具，帮助他们提高生活质量与行动自由度，使他们能更好的融入社会。

智能轮椅自主导航技术包括：航标导航、地图导航、传感器导航和视觉导航。导航系统通常是由其中的一种或几种方式结合起来构成。导航系统通过各种传感器检测环境信息，建立环境模型，确定轮椅的位置和方向，然后规划出安全有效运动路径。由于计算机视觉导航技术具有信息量丰富，智能化水平高等优点，近年来也应用于智能轮椅的自主导航。目前国内外主要采用在智能轮椅上安装前向车载摄像机的基于局部视觉的导航方式，具有方便、灵活、适应性强的优点，但用于室内导航存在以下问题：

1)视野小致使有效导航范围受限，且只能获得前方信息而不能获得场地全局信息，无法实现对运动场景的全局监控和导航避障，影响系统的安全性。一般是靠其他传感器配合，又增加了成本投入和系统的复杂性。

2)智能轮椅的运动影响图像的采集、显示和识别的稳定性，难以保证导航精度。

3)由于导航距离短需要操作者频繁操作必要时还经常要手动操作调整，而智能轮椅的使用者一般身体状况较差，操作比较费时费力，容易造成疲劳和不适。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的上述问题，引入室内视频监控技术，与机器人自主导航技术相结合，设计一套基于上悬无线传输摄像头的轮椅室内全局视频监控导航系统。

本发明提供的基于上悬无线传输摄像头的轮椅室内全局视频监控导航系统，包括：

无线摄像机：固定于室内屋顶上，用于实时采集轮椅及其运动现场图像并传输到作为操作和监控平台的轮椅车载微机上；

色标：设置在轮椅上，用于确定轮椅的位置和位姿的识别标记；

操作和监控平台：该平台由轮椅车载微机实现，用于完成外设监控导航和人机接口对话两项任务，监控操作界面直接提供现场监控图像和目标选择，使用者只需用鼠标或触摸屏方式选中目的地，系统通过对设在轮椅上的色标识别确定轮椅的位置和位姿，根据所选目标点坐标及视频图像提供的场地信息生成最佳导航路线控制轮椅到达所选目标；操作和监控平台中包括：视觉子系统、决策子系统和通讯子系统；

(1)视觉子系统：视觉子系统控制上悬摄像头对现场视频图像的采集并对图像进行处理，从而获得轮椅和目标点的坐标信息以及运动场地状况，提供给决策子系统决策并便于操作者实时监控；

(2)决策子系统：决策子系统根据视觉子系统提供的场地信息、轮椅和目标点的位置信息来制定策略，最终形成轮椅的控制指令，通过通讯子系统传给轮椅上安装的移动外设子系统用于驱动轮椅动作；

(3)通讯子系统：通讯子系统负责决策子系统发出的控制指令的传输，完成操作和监控平台和轮椅上安装的移动外设子系统之间的通讯；

移动外设子系统：移动外设子系统是轮椅的驱动部分，可以将接收的控制命令转换成左右驱动轮电机的PWM驱动操作，控制轮椅的行走。

所述轮椅上设置的色标是沿轮椅靠背设一个由支架支撑的水平顶板，水平顶板上设有色块标识，包括涂有两种不同颜色的第一色标和第二色标；操作和监控平台根据轮椅上的第一色标和第二色标颜色，在RGB图像中分别进行搜索，得到轮椅的质心位置坐标和方向。

所述的决策子系统采用基于全局监控导航的自适应PID移动外设控制的导航策略，将鼠标或触摸屏点击的位置作为目标点，计算该目标点到轮椅质心的距离和角度，判断是否超过距离阈值，小于距离阈值则向轮椅发送停止指令以保证轮椅能克服速度惯性平稳准确到达目标点，否则按照给定的PID控制算法，根据距离自动计算轮椅行走的实时速度，包括左轮的速度和右轮的速度，并将该实时速度发送给移动外设子系统驱动轮椅行走。

所述的距离阈值通常设为轮椅车身长度的一半。

本发明的有益效果：