本发明涉及看护技术领域，尤其是涉及一种基于人工智能的主动式智慧看护轮椅。
背景技术：
目前，世界老龄化现象加剧，空巢老人日益增多，同时因多种因素造成的残障人士也在逐年递增，如此庞大的残疾人和老年人的理疗和康复问题己成为社会的一个重大热点问题。对于无法自主运动的老年人和残疾人在保证他们能够安全的情况下怎样让他们回到正常的生活当中，并且减少家属、医生以及护工的压力是我们此项目的出发点。
在对生活不能自理的老年人和残疾人的看护、治疗过程中面临以下问题：
1)病人有自主活动的诉求，但是必须依赖他人帮助；
2)家属对病人不能实现全天候照顾；
3)大型医院医患比例严重不平衡，护士、护工工作强度大，不能很好的看护每一个病人。
针对上述问题，家庭和医院都在寻求最优解决方案。
主要思路分为两类：(1)雇佣家庭护工长期看护；(2)增加医疗人员总数。同时，政府和社会也投入了大量的资金来支持养老、助残事业的发展。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于人工智能的主动式智慧看护轮椅。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于人工智能的主动式智慧看护轮椅，包括：
轮椅本体；
还包括：
摄像装置，设于轮椅本体上，用于采集至少含有用户头部的图像；
动力装置，设于轮椅本体上并与轮椅本体上的运动部件连接，用于控制轮椅本体的移动速度和方向，
控制装置，分别与摄像装置和动力装置连接，用于运行程序，该程序被配置以执行以下步骤：
输入由摄像装置采集的图像，
基于所述图像识别用户的头部姿态，其中，所述头部姿态包括：头部俯仰角、头部方位角和头部倾斜角，
根据头部俯仰角控制动力装置驱动轮椅本体的前进或停止，
根据头部方位角控制动力装置调节轮椅本体的移动方向，
在头部倾斜角超过设定报警阈值对外发送报警信号。
所述基于所述图像识别用户的头部姿态，包括：
对图像进行处理，并提取图像中面部部分的多个特征点；
以摄像装置为参考建立坐标系，得到各特征点的坐标；
根据各特征点的坐标得到头部俯仰角、头部方位角和头部倾斜角。
所述轮椅本体包括两个轮子，所述动力装置包括用于控制左轮转向和转速的第一电机和用于控制右轮转向和转速的第二电机。
所述根据头部俯仰角控制动力装置驱动轮椅本体的前进或停止，包括：
根据头部俯仰角判断当前的抬低头状态，若为抬头状态，则控制动力装置驱动轮椅本体前进，若为低头状态，则控制动力装置驱动轮椅本体停止；
根据俯仰角的角度大小控制动力装置驱动轮椅本体的移动速度。
所述根据头部俯仰角判断当前的抬低头状态时，则
判断头部俯仰角的角度大小是否超过设定第一俯仰阈值，若为是，则根据头部俯仰角的方向判断当前的抬低头状态。
所述第一俯仰阈值为10度。
所述根据头部方位角控制动力装置调节轮椅本体的移动方向，包括：
判断头部方位角的大小是否超过第一转向阈值，若为是，则：
根据头部方位角的方向和大小控制动力装置调节轮椅本体的移动方向。
所述第一转向阈值为10度。
所述设定报警阈值为30度，所述在头部倾斜角超过设定报警阈值时对外发送报警信号，具体为：
在头部倾斜角超过设定报警阈值持续5秒及以上时对外发送报警信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过加装在轮椅上的摄像装置对使用者的头部信息进行采集，通过视频处理相关算法获取使用者头部特征点的位置判断使用者头部姿态，向动力装置发送相关的控制命令来控制轮椅的行进路线，在一定程度上解决了普通电动轮椅必须用手操作的缺点，突破了传统智能轮椅需要使用者佩戴相关设备的局限性。
2)基于相对坐标系实现各角度的计算，可以避免因路面不平的时候导致的控制失效。
3)将第一俯仰阈值设定在10度，可以避免因阈值设定过小导致的控制信号变动过于频繁和髙误报率，也可以避免因阈值设定过大导致的需要用户动作幅度过大的问题。
4)将第一转向阈值设定在10度，可以避免因阈值设定过小导致的控制信号变动过于频繁和髙误报率，也可以避免因阈值设定过大导致的需要用户动作幅度过大的问题。
5)在头部倾斜角超过设定报警阈值持续5秒及以上时才对外发送报警信号，避免误报。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的整体方案示意图；
图3为本发明流程示意图；
图4为转向时电机工作速度示意图；
其中：1、摄像装置，2、动力装置，3、控制装置，4、运动部件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于人工智能的主动式智慧看护轮椅，如图1和图2所示，包括：
轮椅本体；
还包括：
摄像装置1，设于轮椅本体上，用于采集至少含有用户头部整体信息的图像；
动力装置2，设于轮椅本体上并与轮椅本体上的运动部件4连接，用于控制轮椅本体的移动速度和方向，
其中轮椅本体包括两个轮子，动力装置2包括用于控制左轮转向和转速的第一电机和用于控制右轮转向和转速的第二电机。
控制装置3，分别与摄像装置1和动力装置2连接，用于运行程序，如图3所示，该程序被配置以执行以下步骤：
输入由摄像装置1采集的图像，即该步骤的输入为摄像头采集的图像，
基于图像识别用户的头部姿态，其中，头部姿态包括：头部俯仰角、头部方位角和头部倾斜角，该过程具体包括：
对图像进行处理，并提取图像中面部部分的多个特征点，具体的，利用openface库中的面部检测器提供的边界框到68个面部特征点并进行周围简单的线性映射。当跟踪视频中的特征点时，我们基于先前帧中的地标检测来初始化clnf模型。当跟踪特征点失败时，我们会利用人脸检测器重新初始化模型。
以摄像装置1为参考坐标系，得到各特征点的坐标，并根据各特征点的坐标得到头部俯仰角、头部方位角和头部倾斜角，具体的：利用相机坐标系来投影头部姿态信息，从而得出使用者的头部姿态，并且利用卡尔丹角来直观的表示头部在三维空间的运动情况，pitch，yaw，roll三个数据分别代表头部按y,z,x三个轴的旋转数据。pitch描述抬头、低头量。yaw描述头部左右偏移量。roll描述的是头部偏移量。
根据头部俯仰角控制动力装置2驱动轮椅本体的前进或后退，具体的，包括：
根据头部俯仰角判断当前的抬低头状态，若为抬头状态，则控制动力装置2驱动轮椅本体前进，若为低头状态，则控制动力装置2驱动轮椅本体停止；然后根据俯仰角的角度大小控制动力装置2驱动轮椅本体的移动速度。
其中，在根据头部俯仰角判断当前的抬低头状态时，则判断头部俯仰角的角度大小是否超过设定第一俯仰阈值，若为是，则根据头部俯仰角的方向判断当前的抬低头状态。优选的，第一俯仰阈值为10度。
根据头部方位角控制动力装置2调节轮椅本体的移动方向，具体的，根据头部方位角控制动力装置2调节轮椅本体的移动方向，包括：判断头部方位角的大小是否超过第一转向阈值，若为是，则根据头部方位角的方向和大小控制动力装置2调节轮椅本体的移动方向。优选的，第一转向阈值为10度
在头部倾斜角超过设定报警阈值时对外发送报警信号，设定报警阈值为30度，具体为：在头部倾斜角超过设定报警阈值持续5秒及以上时对外发送报警信号。
在实施时，可以采用二级阈值，利用pitch，yaw，roll三个数据的范围来解析使用者意图，实现抬头直行，转头转向，低头停止，以及当头部姿态出现较大偏移的发出预警的功能。
具体实施方案
设定相关多段阈值，满足使用者多种要求：
低于变速设计，可以设计为：
当pitch超过第一俯仰阈值时轮椅前进，当使用者继续抬头超过第二俯仰阈值时轮椅加速，当使用者回到第一俯仰阈值范围时，轮椅回到初始的最低速度。
当yaw超过第一转向阈值时轮椅向头部相应的转动方向行进，行进偏角较小，当使用者继续转头超过同相的第二转向阈值时轮椅行进偏角变大。
也可以是无级变速，具体的，本实施例中由于采用双轮驱动式的轮椅本体，优选的，采用了差速转向机制，将转向和移动速度叠加，设计如下转向机制(头部转向角度与轮椅转向角度的线性映射关系)：椅转向控制策略采用并行控制策略，两边车轮独立控制，具体为：
如果头部姿态监测发现pitch数据小于-10(抬头超过10度)，轮椅启动
第一电机转速(即左边电机)＝|pitch÷[头部姿态角的最大阈值]|×[轮椅电机速度基准值]×min{-yaw÷[头部姿态角的最大阈值]+1,1}+[电机控制量]
第二电机转速(即右边电机)＝|pitch÷[头部姿态角的最大阈值]|×[轮椅电机速度基准值]×min{yaw÷[头部姿态角的最大阈值]+1,1}+[电机控制量]
控制图像如图4所示，图中，可以看到唯一的输出控制量就是对于两个电机的转向和转速的控制。
当roll数值超过阈值时，说明用户头部姿态偏移过大，有可能出现异常，此时向相关医护人员发送报警信息。