[發明專利]基于上懸無線傳輸攝像頭的輪椅室內全局視頻監控導航系統

有效

• 申請號: 201110446625.7
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102520723A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 李鵬海;王躍虎;韓楓;黃海艦;關永振
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;H04N7/18
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術領域

本發明涉及智能輪椅導航技術，特別是提出了一種基于上懸無線傳輸攝像頭的輪椅室內全局視頻監控導航技術，引入室內視頻監控技術，與機器人自主導航技術相結合，實現對輪椅的室內導航控制。屬于智能輪椅導航技術領域。

背景技術

智能輪椅是將智能機器人技術應用于電動輪椅，融合多種領域的研究，包括機器視覺、機器人導航和定位、模式識別、多傳感器融合及用戶接口等，涉及機械、控制、傳感器、人工智能等技術。智能輪椅可以為肢障人群提供性能優越的代步工具，幫助他們提高生活質量與行動自由度，使他們能更好的融入社會。

智能輪椅自主導航技術包括：航標導航、地圖導航、傳感器導航和視覺導航。導航系統通常是由其中的一種或幾種方式結合起來構成。導航系統通過各種傳感器檢測環境信息，建立環境模型，確定輪椅的位置和方向，然后規劃出安全有效運動路徑。由于計算機視覺導航技術具有信息量豐富，智能化水平高等優點，近年來也應用于智能輪椅的自主導航。目前國內外主要采用在智能輪椅上安裝前向車載攝像機的基于局部視覺的導航方式，具有方便、靈活、適應性強的優點，但用于室內導航存在以下問題：

1)視野小致使有效導航范圍受限，且只能獲得前方信息而不能獲得場地全局信息，無法實現對運動場景的全局監控和導航避障，影響系統的安全性。一般是靠其他傳感器配合，又增加了成本投入和系統的復雜性。

2)智能輪椅的運動影響圖像的采集、顯示和識別的穩定性，難以保證導航精度。

3)由于導航距離短需要操作者頻繁操作必要時還經常要手動操作調整，而智能輪椅的使用者一般身體狀況較差，操作比較費時費力，容易造成疲勞和不適。

發明內容

本發明為克服現有技術存在的上述問題，引入室內視頻監控技術，與機器人自主導航技術相結合，設計一套基于上懸無線傳輸攝像頭的輪椅室內全局視頻監控導航系統。

本發明提供的基于上懸無線傳輸攝像頭的輪椅室內全局視頻監控導航系統，包括：

無線攝像機：固定于室內屋頂上，用于實時采集輪椅及其運動現場圖像并傳輸到作為操作和監控平臺的輪椅車載微機上；

色標：設置在輪椅上，用于確定輪椅的位置和位姿的識別標記；

操作和監控平臺：該平臺由輪椅車載微機實現，用于完成外設監控導航和人機接口對話兩項任務，監控操作界面直接提供現場監控圖像和目標選擇，使用者只需用鼠標或觸摸屏方式選中目的地，系統通過對設在輪椅上的色標識別確定輪椅的位置和位姿，根據所選目標點坐標及視頻圖像提供的場地信息生成最佳導航路線控制輪椅到達所選目標；操作和監控平臺中包括：視覺子系統、決策子系統和通訊子系統；

(1)視覺子系統：視覺子系統控制上懸攝像頭對現場視頻圖像的采集并對圖像進行處理，從而獲得輪椅和目標點的坐標信息以及運動場地狀況，提供給決策子系統決策并便于操作者實時監控；

(2)決策子系統：決策子系統根據視覺子系統提供的場地信息、輪椅和目標點的位置信息來制定策略，最終形成輪椅的控制指令，通過通訊子系統傳給輪椅上安裝的移動外設子系統用于驅動輪椅動作；

(3)通訊子系統：通訊子系統負責決策子系統發出的控制指令的傳輸，完成操作和監控平臺和輪椅上安裝的移動外設子系統之間的通訊；

移動外設子系統：移動外設子系統是輪椅的驅動部分，可以將接收的控制命令轉換成左右驅動輪電機的PWM驅動操作，控制輪椅的行走。

所述輪椅上設置的色標是沿輪椅靠背設一個由支架支撐的水平頂板，水平頂板上設有色塊標識，包括涂有兩種不同顏色的第一色標和第二色標；操作和監控平臺根據輪椅上的第一色標和第二色標顏色，在RGB圖像中分別進行搜索，得到輪椅的質心位置坐標和方向。

所述的決策子系統采用基于全局監控導航的自適應PID移動外設控制的導航策略，將鼠標或觸摸屏點擊的位置作為目標點，計算該目標點到輪椅質心的距離和角度，判斷是否超過距離閾值，小于距離閾值則向輪椅發送停止指令以保證輪椅能克服速度慣性平穩準確到達目標點，否則按照給定的PID控制算法，根據距離自動計算輪椅行走的實時速度，包括左輪的速度和右輪的速度，并將該實時速度發送給移動外設子系統驅動輪椅行走。

所述的距離閾值通常設為輪椅車身長度的一半。

本發明的有益效果：