[发明专利]基于差分航姿的智能轮椅控制方法

说明书

本发明公开了基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。本发明操作简单，控制方便，可实现轮椅的智能控制，大大降低了应用成本，可广泛应用于轮椅行业中。

技术领域

本发明涉及智能轮椅控制领域，特别是涉及基于差分航姿的智能轮椅控制方法。

背景技术

根据全国第二次残疾抽样调查的结果表明，我国大陆地区肢体残障人士近3000万，每年由于外伤或疾病导致的肢体运动功能障碍新增患者约200万人。随着我国逐渐进入老龄化社会，肢体运动失能、半失能的老年人数日益增多，肢体残障人士得到了社会的广泛关注。如何利用外部设备改善他们的生活质量，成了当前康复医疗领域研究的热点。轮椅是肢体残障人士的常用装置,却往往需要使用者或陪护人的体力参与，电动轮椅较好地解决了体力参与问题，但它的控制依然离不开使用者或陪护人的陪护，在劳动力成本日趋高涨的时代日显短板。

随着科技的进步，从人体运动的主体出发，通过开发假肢、助行器、轮椅等康复辅助器具，以替代患者缺失的运动功能。摆脱操纵杆、按键等传统人机接口的束缚，通过语音、形体语言等人类习惯和自然的方式与康复辅具进行沟通，使其提供智能的主动服务，已成为当前人机交互的一个重要研究领域。智能轮椅的研究始于1986年，陆续开发了多种智能轮椅系统，如美国麻省理工学院的Wheelesley、德国乌尔姆大学开发的Maid等。我国对于智能轮椅的研究虽然较晚，但中国科学院自动化所、上海交通大学和华南理工大学李远清教授团队等也相继研发出自主知识产权的智能轮椅控制装置。近年来，生物电信号已被用于判断使用者的行动意图，进而控制轮椅的相应运动。其中，肌电信号发源于神经肌肉系统运动单位的生物电活动，反映了神经、肌肉的功能状态，其中蕴含了丰富的肢体动作模式信息，被用来控制假肢、机器人和电动轮椅等。但基于肌电信号识别的智能轮椅控制，其处理识别过程较为繁琐，耗时较长，响应时间较长。另外，目前技术虽然也提出了基于控制杆、眼部图像处理、重心位置、语音识别、头势识别、脑电波及面部表情等多种技术的智能轮椅控制方法，技术与算法也日趋成熟，但存在操作过于复杂，或结构过于复杂，或控制不够人性化，特别是成本偏高，影响智能轮椅的实际应用与推广。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供基于差分航姿的智能轮椅控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：

实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；

对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；

将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；

对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。

进一步，所述航姿包括加速度、角速度、航向角、俯仰角和滚转角。

进一步，所述对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制的步骤，其具体为：