专利名称：一种智能轮椅多模态控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能轮椅多模态控制系统，特别是基于超声波传感器测距原理和局部路径规划理论一种智能轮椅多模态控制系统。
背景技术：
随着社会文明的发展进步，保障和提高老年人以及残疾人士等弱势群体的生活质量，已经越来越受到社会各界人士的普遍关注。大量研究表明，有效增强老年人以及残疾人士的行动能力，不仅使得他们的日常生活变的方便，而且对他们的心理健康、自我评价、精神状态也有着深远的影响。因此，一种能为老年人提供方便的代步轮椅应运而生，并得到了广泛的推广应用。较早的轮椅是手动的，有人转到一个手轮前进，这需要消耗体力，不适合那些体力太弱以及残障人士试用。随后又发明了电动轮椅，这种轮椅一般包括前体、前后轮、驱动电机、操纵杆和电机驱动器，驱动电机由蓄电池供电，驱动后轮前进，坐在轮椅上的人只须按动操纵杆，即可实现轮椅的前进、后退以及左右拐弯。电动轮椅比手动轮椅有很大的进步，但仍存在一些问题，例如对于一部分自理能力较差的老年人和参加人士，一般的电动轮椅他们无法操纵，还如使用者无法触及电动轮椅的触动器，身边又无人帮忙，既无法对电动轮椅进行任何操纵，十分不便。
发明内容
本发明之目的是弥补上述不足，向社会公开一种新型智能轮椅多模态控制系统， 该控制系统可实现多种控制方式的任意选用，方便不同类型的行动不便着使用。本发明采取的技术方案是智能轮椅多模态控制系统。该系统由机械结构部分、人机交互部分、环境感知部分、语音控制中可避障部分、自主避障部分、驱动部分组成，并设计了语音控制中避障，自主避障，手动控制等富有特色的交互方式，一般在每个系统中都是几种方式共存，以便根据环境、用户身体状况来选择合适的接口。它有两种控制方式，手柄控制和键盘控制。使用者即可通过手柄，也可通过小键盘操作输出四路模拟电压，轮椅本身配有电机控制器，四路模拟电压通过电机控制器产生直流电机信号来控制直流电机，通过对直流电机的开环控制控制轮椅的前进、后退、加速、减速、左转、右转、停止等运动控制。本发明的优点是能够自动识别和判断出行驶的前方是否有行人挡路，或是否可能出现行驶不通的情况，自动采取绕行动作，它甚至还能够提醒挡路的行人让开道路；利用声音控制智能轮椅往各个方向上运动，在当前方向有障碍物时，可自主避障；利用超声波测距，灵敏度高，安全稳定。
图1为本发明的模态切换示意图；图2为发明的智能轮椅语音控制可避障总体结构图；图3为本发明的多模态信息处理模型。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。机械结构部分本系统的机械结构部分由基本的模块原件组成，包括齿轮副、丝杆螺母副、传动机构、轴承支承、连轴器、支架、润滑系统等。使用贵州华烽电器有限公司生产的DG-168A型永磁直流电机。人机交互部分本系统根据自身需要设计了语音控制中避障，自主避障，手动控制等富有特色的交互方式，采用键盘控制方式0x4小键盘)。八个按键分别设置成按键前进， 按键后退，按键左转，按键右转，程序启动按键，停止按键，语音控制中可避障状态按键，语音重新训练按键。设置语音重新训练按键的原因是用户可能会对训练的结果不满意，或者其他人也想使用轮椅，系统运行至识别子函数后就会不短扫描重新训练键，如果检测到重新训练键被按下，那么程序首先会把语音模型存储区的UiSDModelAddr r单元擦出并会进入一个死循环等待复位的到来。复位后，程序检测到UiSDModelAddr单元内容为Oxffff，认为轮椅没有经过训练，这时就可以重新训练轮椅。模态切换程序涉及如图1。控制模块该智能轮椅核心控制器采用凌阳公司的16位微控制器SPCE06IA单片机开发板SPCEo61A单片机开发板内置16位硬件乘法器和内积运算，提供数字信号处理指令和语音控制函数库，内置ZKWorcK4KB)的SRAM和犯KWOrd (64KB)的FLASH，两个16位可编程定时器/计时器，14个可软件独立控制开关状态的中断源，适用于控制领域和数字语音识别。语音控制中避阵模块设计语音控制中避障模块的硬件设计主要集中在 SPCE061A单片机开发板上，麦克风把声音信号转化为电信号。AD转换由SPCE061A单片机开发板片内AD完成。语音播放由SPCE061A单片机开发板自带扬声器和片内DA实现。总体轮椅语音控制中避障模块设计如图2驱动模块本智能轮椅驱动部分，采用的是电动轮椅自带的控制器，轮椅控制器与操作杆相连，操作杆产生的四路模拟电压信号通过控制器转换为直流电机电枢两端电压。手动控制系统设计本系统要构建模拟电压信号接管平台，利用SPCE061A单片机开发板控制电机来实现自主控制。由于SPCE061A内部仅有两路DAC通道，而且经常被语音播放占用，故需要外部扩展DA。可以使用SPCE061A单片机开发板提供数字信号，通过外部 DA芯片产生四路模拟电压输入轮椅控制器实现直流电机的正反转调速。DA转换芯片根据数字信号输入端的不同分为串行输入和并行输入两种方式，选用串行输入方式的DA转换芯片。语音识别部分一个典型的语音识别过程包括语音信号的预处理、特征提取、 练、识别、后处理五个基本单元。语音控制系统1的硬件主要部分都已集成在SPCE061A单片机开发板上，麦克风把声音信号转化为电信号。AD转换由SPCE061A单片机开发板片内 AD完成。语音播放由SPCE061A单片机开发板自带扬声器和片内DA实现。语音控制可避障部分本系统由单片机根据环境信息做出相应决策的方法设计了语音控制中可避障模态，解决语音控制模态单独运行时出现的“撞车，，现象。数学模型如图 3。在该结构中，决策层系统建立在特征信息提取基础上的，每个传感器送入识别系统的数据是经过一定处理的目标特征数据，这些特征信息在识别系统中进行相应的属性判决后再输入到决策中心。同时送入的还有各个传感器识别信息的可信度权值。经过融合中心的融合处理后，做出决策。 用户输入语音命令，经过语音识别、模型匹配后，轮椅执行语音指令控制，轮椅在执行语音指令操作时，单片机同时启动轮椅自主避障程序，探测前方是否有障碍物。根据探测到的环境信息，SPCE061A单片机开发板作出相应的决策。
权利要求
1.一种智能轮椅多模态控制系统，该系统由机械结构部分、人机交互部分、环境感知部分、语音控制中可避障部分、自主避障部分、驱动部分组成。其特征是常规模态下该智能轮椅有两种控制方式，手柄控制和键盘控制。使用者即可通过手柄，也可通过小键盘操作输出四路模拟电压，轮椅本身配有电机控制器，四路模拟电压通过电机控制器产生直流电机信号来控制直流电机，通过对直流电机的开环控制控制轮椅的前进、后退、加速、减速、左转、 右转、停止等运动控制。
2.根据权利要求书1所述的智能轮椅多模态控制系统，其特征是该智能轮椅是基于超声波传感器技术基础上的避障控制，由分布在轮椅各个方向上的七组超声波传感器获得障碍物信息，由单片机根据获得的障碍物信息做出相应的避障决策，使智能轮椅灵活避障。
3.根据权利要求书1所述的智能轮椅多模态控制系统，其特征是在对语音控制单模态和自主避障控制单模态进行分析的基础上，设计了语音控制中可避障模态，利用SPI模拟技术设计了 DA驱动控制模块和手动控制模块。
全文摘要
本发明及一种智能轮椅多模态控制系统，该控制系统可实现多种控制方式的任意选用，方便不同类型的行动不便着使用。该系统由机械结构部分、人机交互部分、环境感知部分、语音控制中可避障部分、自主避障部分、驱动部分组成，并设计了语音控制中避障，自主避障，手动控制等富有特色的交互方式，一般在每个系统中都是几种方式共存，以便根据环境、用户身体状况来选择合适的接口。它有两种控制方式，手柄控制和键盘控制。轮椅本身配有电机控制器，通过对直流电机的开环控制控制轮椅的前进、后退、加速、减速、左转、右转、停止等运动控制。
文档编号A61G5/10GK102451062SQ20101052366
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者王春杰 申请人:王春杰