一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统的制作方法

本发明涉及智能轮椅领域，具体涉及一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统。

背景技术：

共享单车、共享充电宝等技术的应用，让共享经济进入人们的生活。为了满足患者对轮椅日益增长的需求，2018年7月26日在无锡市人民医院在门诊大厅、急诊大厅、住院部一楼、儿童医院门诊大厅投放了“爱心共享轮椅”共计20辆，很快地服务就医患者就达到了1645人次，总服务时长7053.8小时。这种爱心共享轮椅的运营模式是采取租赁者到轮椅墩位扫描二维码取出轮椅，使用后到墩位归还轮椅的操作。这种普通的轮椅结合共享模式的应用已经取得很好的成果。

在国外，日本国家康复中心开发了针对物理残疾者使用的智能轮椅，该轮椅通过安装视觉传感器实现了避障功能，同时使用者还可以通过手势来控制轮椅运动方向，但结构较复杂，成本较高。德国乌尔姆大学研制的智能轮椅maid。该轮椅能够在狭窄杂乱和宽阔拥挤的环境中实现自主导航，同时在运行的过程中能够检测周围的行人和障碍物。在国内，开展智能轮椅的研究较晚，但也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的智能轮椅平台。如中国科学院自动化研究所的一种嵌入式智能轮椅控制系统及方法，该轮椅采用dsp微处理器作为主控制器，在手动控制中融入避障功能。

一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统，只需要远程“呼叫”共享轮椅来进行服务，归还时轮椅自动导航回到墩位的模式，可以为病患带来多大的使用便利，创造多大的社会效益和经济效益。更进一步地，使用者只需要“呼叫”操作而不需要选定具体轮椅，系统将判断离患者最便利快捷到达的轮椅，用户完全不需要知道到哪里取，去哪里还，从而节省用户等待使用轮椅的时间。同时简化医院繁琐的租借程序，节约医院的轮椅管理中人力物力的成本，更好地服务腿脚不便的病患，满足大多数人的需求。

一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统，将共享地理位置信息结合到多模态智能轮椅的视觉感知和自主导航系统中，相比于目前的智能轮椅系统的设计和共享轮椅的简单应用，具有较为超前的理念和较为先进的技术应用机制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统，可以帮助医院中残障人士及病患迅速快捷的实现“共享智能轮椅”的租借，简化医院繁琐的租借程序，节约医院的轮椅管理中人力物力的成本，更好地服务腿脚不便的病患，满足大多数人的需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统，包括智能轮椅控制系统、手机客户端、云平台管理系统；

所述智能轮椅控制系统包括微控制器模块及与该微控制器模块连接的无线通信模块、惯性测量模块、双电机差速驱动模块、视觉定位导航模块、用于为整个智能轮椅控制系统供电的电源模块；所述无线通信模块用于实现智能轮椅控制系统与云平台管理系统、手机客户端的通信，所述无线通信模块包括4g模块、蓝牙模块；所述惯性测量模块，用于检测轮椅包括姿态、加速度和转角的信号；所述视觉定位导航模块搭载双目摄像头，用于提供轮椅自动导航过程中的定位信息及用于避障的深度信息；所述双电机差速驱动模块用于驱动轮椅的运动；

所述云平台管理系统通过4g移动网络与手机客户端、智能轮椅控制系统进行无线通信，实现对医院室内交通地图、各轮椅状态信息以及用户信息进行管理；

所述手机客户端，装载app或者微信小程序，通过4g移动网络与云平台管理系统进行通信，实现手机客户端上实现预约和归还；所述手机客户端还通过蓝牙模块实现对轮椅的多模态控制。

在本发明一实施例中，所述医院室内交通地图采用2d激光雷达使用gmapping算法进行构建，产生2d的栅格地图，按照实际科室病房信息对地图进行信息标注后，形成医院室内交通地图，存储在云平台管理系统上，供手机客户端和智能轮椅控制系统使用。

在本发明一实施例中，用户能够通过手机客户端的app或者微信小程序发出预约轮椅请求，通过云平台管理系统查询轮椅的状态信息，并选择空闲轮椅在医院内进行服务。

在本发明一实施例中，轮椅通过所述视觉定位导航模块，从轮椅的停放位置自主导航到达指定的位置进行服务；服务完成后，用户在手机客户端上发出归还请求，轮椅通过自动导航实现自动归还到原来位置。

在本发明一实施例中，在轮椅租借服务成功后，用户能够通过智能轮椅控制系统采用多模态智能控制方式，即采用基于表面肌电识别手势控制、语音控制、手机重力感应控制、按键控制以及轮椅上的操纵杆控制来实现轮椅的控制，以适应不同人群的需求。

在本发明一实施例中，所述语音控制方式，是用户将想要到达的方向和距离，通过语言识别转换控制信息实现准确控制；具体是在手机客户端app调用科大讯飞语音识别sdk将输入的语音信号转存为json格式的信息，之后使用jsonparser.parseiatresult来进行信息解析，即可将一段话分割成为汉字信息，合成一个能够被嵌入式端识别的控制指令，通过蓝牙发送给智能轮椅控制系统，控制轮椅的运动方向和速度；所述手机重力感应控制方式，是将手机当作方向盘使用，通过读取手机陀螺仪数据，不同方向倾斜手机可以获得手机姿态来控制轮椅向不同方向运动；在手机客户端app当陀螺仪数据发生变化时，计算出对于的轮椅运行角度和速度指令，最后通过蓝牙发送给智能轮椅控制系统，控制轮椅的运动方向和速度；所述按键控制方式，是通过手机客户端界面的上下左右按键，并发送相应按键信息给智能轮椅控制系统实现控制轮椅的运动方向和速度。

在本发明一实施例中，所述视觉定位导航模块采用双目摄像头构建视觉定位信息；在轮椅运动过程中，通过双目摄像头采集图像，对每一帧图像提取特征点并且使用klt稀疏光流追踪，寻找每张图像150个左右的特征点，融合惯性系统计算出轮椅相对于世界坐标系的位置及位姿信息。

在本发明一实施例中，轮椅自动导航过程中分为全局路径规划和局部路径规划两个部分；结合所述医院室内交通地图及有效定位信息，计算出起始点到目标点之间的全局规划路径；局部路径规划则将全局路径规划分段，实际的路况中，使用双目摄像头得到深度信息进行避障。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明可以帮助医院中残障人士及病患迅速快捷的实现“共享智能轮椅”的租借，简化医院繁琐的租借程序，节约医院的轮椅管理中人力物力的成本，更好地服务腿脚不便的病患，满足大多数人的需求。

附图说明

图1为面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统。

图2为智能轮椅控制系统。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图1-2所示，本发明提供了一种面向医院交通的自动导航共享智能轮椅系统，包括智能轮椅控制系统、手机客户端、云平台管理系统；

所述智能轮椅控制系统包括微控制器模块及与该微控制器模块连接的无线通信模块、惯性测量模块、双电机差速驱动模块、视觉定位导航模块、用于为整个智能轮椅控制系统供电的电源模块；所述无线通信模块用于实现智能轮椅控制系统与云平台管理系统、手机客户端的通信，所述无线通信模块包括4g模块、蓝牙模块；所述惯性测量模块，用于检测轮椅包括姿态、加速度和转角的信号；所述视觉定位导航模块搭载双目摄像头，用于提供轮椅自动导航过程中的定位信息及用于避障的深度信息；所述双电机差速驱动模块用于驱动轮椅的运动；

所述云平台管理系统通过4g移动网络与手机客户端、智能轮椅控制系统进行无线通信，实现对医院室内交通地图、各轮椅状态信息以及用户信息进行管理；

所述手机客户端，装载app或者微信小程序，通过4g移动网络与云平台管理系统进行通信，实现手机客户端上实现预约和归还；所述手机客户端还通过蓝牙模块实现对轮椅的多模态控制。

进一步的，所述医院室内交通地图采用2d激光雷达使用gmapping算法进行构建，产生2d的栅格地图，按照实际科室病房信息对地图进行信息标注后，形成医院室内交通地图，存储在云平台管理系统上，供手机客户端和智能轮椅控制系统使用。

进一步的，用户能够通过手机客户端的app或者微信小程序发出预约轮椅请求，通过云平台管理系统查询轮椅的状态信息，并选择空闲轮椅在医院内进行服务。

进一步的，轮椅通过所述视觉定位导航模块，从轮椅的停放位置自主导航到达指定的位置进行服务；服务完成后，用户在手机客户端上发出归还请求，轮椅通过自动导航实现自动归还到原来位置。

进一步的，在轮椅租借服务成功后，用户能够通过智能轮椅控制系统采用多模态智能控制方式，即采用基于表面肌电识别手势控制、语音控制、手机重力感应控制、按键控制以及轮椅上的操纵杆控制来实现轮椅的控制，以适应不同人群的需求。

进一步的，所述语音控制方式，是用户将想要到达的方向和距离，通过语言识别转换控制信息实现准确控制；具体是在手机客户端app调用科大讯飞语音识别sdk将输入的语音信号转存为json格式的信息，之后使用jsonparser.parseiatresult来进行信息解析，即可将一段话分割成为汉字信息，合成一个能够被嵌入式端识别的控制指令，通过蓝牙发送给智能轮椅控制系统，控制轮椅的运动方向和速度；所述手机重力感应控制方式，是将手机当作方向盘使用，通过读取手机陀螺仪数据，不同方向倾斜手机可以获得手机姿态来控制轮椅向不同方向运动；在手机客户端app当陀螺仪数据发生变化时，计算出对于的轮椅运行角度和速度指令，最后通过蓝牙发送给智能轮椅控制系统，控制轮椅的运动方向和速度；所述按键控制方式，是通过手机客户端界面的上下左右按键，并发送相应按键信息给智能轮椅控制系统实现控制轮椅的运动方向和速度。

进一步的，所述视觉定位导航模块采用双目摄像头构建视觉定位信息；在轮椅运动过程中，通过双目摄像头采集图像，对每一帧图像提取特征点并且使用klt稀疏光流追踪，寻找每张图像150个左右的特征点，融合惯性系统计算出轮椅相对于世界坐标系的位置及位姿信息。

进一步的，轮椅自动导航过程中分为全局路径规划和局部路径规划两个部分；结合所述医院室内交通地图及有效定位信息，计算出起始点到目标点之间的全局规划路径；局部路径规划则将全局路径规划分段，实际的路况中，使用双目摄像头得到深度信息进行避障。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。