[发明专利]一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制系统及方法

说明书

本发明提供一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制系统及方法，所述系统包括自主导航器和多模人机交互控制器分别向共享控制器发出导航指令和用户指令，并由共享控制器确定最终控制指令控制智能轮椅；人机交互控制器包括操纵杆控制方式、头姿控制方式、手势控制方式；还包括切换器完成多模人机交互控制方式间的切换。本发明可以有效降低用户驾驶轮椅的疲劳感，提高用户驾驶轮椅舒适性、平稳性和交互的流畅性，满足不同对象的需求，提高智能轮椅的应用范围。

技术领域

本发明涉及智能辅助设备技术领域，具体涉及一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制系统及方法。

背景技术

随着老年人和残障人士数量的不断增加，轮椅逐渐成为行动不便的老残人士的代步工具。传统的电动轮椅使用操纵杆控制轮椅，适用于上肢健全的用户，但对于肢体有障碍的用户来说难以实现。利用用户仅存的一些技能控制轮椅，比如摄像头捕捉面部朝向、手势以实现对轮椅的控制，但是长时间维持一种姿态会导致用户疲劳，且不经意的姿态改变会引起轮椅行驶路径发生突变，引起不必要的安全隐患。利用移动机器人轮椅自主导航，使轮椅完全自主移动，会引起用户产生一种沮丧感，因为用户希望尽可能地保留对轮椅的控制权，且为用户提供过度帮助会导致用户丧失剩余的技能。在人机共享控制模式下，用户与智能轮椅相互辅助，共同完成移动控制任务，传统的共享控制方法大多未考虑到不同用户控制能力的差异，用户的控制权与驾驶环境或能力无关。

本发明所提出的共享控制方法，可根据用户的能力和驾驶环境实时切换机器人轮椅控制权的分配问题。当用户能力较弱时，轮椅处于相对安全的驾驶环境中，用户可以通过多模人机交互控制方式对控制轮椅运动，当用户遇到复杂障碍物，驾驶难度系数较高时，可以将控制权交给智能轮椅自主移动，直至到达简单安全的驾驶环境；当用户能力较强时，轮椅处于相对安全的驾驶环境中，可以将控制权交给轮椅自主移动，轮椅处于复杂的驾驶环境中，用户接管轮椅移动的控制权，直至到达简单安全的驾驶环境。本发明所述的共享控制方法使得用户驾驶轮椅更加平稳、舒适。多模人机交互控制方式可以满足不同对象的需求，提高智能轮椅的应用范围。

发明内容

发明目的：一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制系统及方法，用户可根据轮椅行驶环境与个人习惯，实时选择切换相应的人机交互控制方式，提高用户驾驶轮椅的舒适性。

发明内容：一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制系统，包括自主导航器、多模人机交互控制器和共享控制器；自主导航器和多模人机交互控制器分别向共享控制器发出导航指令和用户指令，并由共享控制器确定最终控制指令控制智能轮椅；人机交互控制器包括操纵杆控制方式、头姿控制方式、手势控制方式；操纵杆控制方式，通过霍尔元件将操纵杆的位置信息转换为电压信息，再使用AD转换将电压信息转换为数字量，通过操纵杆的位置信息得到用户的控制意图控制轮椅；头姿控制方式，采用基于深度图像的随机森林算法结合最近点迭代算法估计实时头部姿态，根据实时人脸朝向控制轮椅；手势控制方式，通过实时追踪手掌心位置，输出掌心坐标，根据实时掌心坐标控制轮椅移动。

进一步地，多模人机交互控制器还包括切换器，能识别一个特定的手势动作，完成多模人机交互控制方式间的切换。

进一步地，所述自主导航速度控制器与人机交互控制器按照话题优先级实时切换，共同完成智能轮椅的控制任务。

进一步地，所述轮椅控制系统可以同时处理环境信息并根据人机交互控制指令控制轮椅运动。

本发明还提供一种自主导航与多模人机交互共享的轮椅控制方法，包括以下步骤：

(1)自主导航与多模人机交互控制方式共享控制智能轮椅，为输入的话题设置优先级，当轮椅接收到多个节点发布的速度控制话题时，系统会选择执行优先级最高的话题执行；

(2)智能轮椅根据系统规划出的路径自主行进；

(3)在智能轮椅自主行进的过程中通过人机交互控制方式适当地干预以满足用户对轮椅的控制权；