[發明專利]帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅及控制方法

有效

• 申請號: 201910272942.8
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109966064B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 畢路拯;李恩華;劉瑩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61G5/02
• 分類號: A61G5/02;A61G5/04;A61G5/10;A61B5/369
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 姜海榮

1.一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，包括：融合腦控與自動駕駛的電動輪椅及自主偵查機器人裝置；

所述電動輪椅與所述自主偵查機器人裝置通信連接；

所述自主偵查機器人裝置位于所述電動輪椅待行進方向預設距離范圍內；

所述電動輪椅用于獲取所述自主偵查機器人裝置發送的待行進方向路徑信息，并將控制指令發送給所述自主偵查機器人；

所述自主偵查機器人裝置包括：機器人底盤、微型控制板、雷達、深度相機以及網絡通信模塊；

微型控制板、雷達、深度相機以及網絡通信模塊均位于所述機器人底盤上；

所述雷達、深度相機及網絡通信模塊分別與所述微型控制板連接；

所述電動輪椅包括：座椅、電動輪椅底盤和組裝在所述電動輪椅底盤上的核心控制系統、傳感器系統、腦電信號采集系統、人機交互系統及通訊系統；

每當用戶選定目的地后，所述核心控制系統生成一個規劃的路徑，并將該規劃的路徑發送給自主偵查機器人裝置的微型控制板上；自主偵查機器人裝置根據該規劃的路徑、自主偵查機器人裝置與電動輪椅的相對位置信息來規劃自身自主偵查的路徑，利用其上的雷達、深度相機來檢測前方的信息，將所述前方的信息交由所述核心控制系統進行分析判斷。

2.如權利要求1所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述座椅安裝在所述電動輪椅底盤上；

其中：所述傳感器系統、腦電信號采集系統、人機交互系統和通訊系統分別與所述核心控制系統連接；所述核心控制系統用于為所述電動輪椅提供計算支持；

所述電動輪椅底盤，包括：輪椅車架和位于所述輪椅車架上的電源模塊、驅動電路模塊、電機及輪椅運動控制器；

所述電源模塊與所述驅動電路模塊連接，所述驅動電路模塊與所述電機及所述輪椅運動控制器連接；

所述輪椅運動控制器與所述核心控制系統連接。

3.如權利要求2所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述電動輪椅底盤，還包括：用于檢測輪椅驅動輪轉動速度的編碼器和IMU傳感器；

所述編碼器和IMU傳感器分別與所述輪椅運動控制器連接。

4.如權利要求2所述的輪椅，其特征在于，所述核心控制系統由一臺高性能主機及與其配套的外圍電路與保護外殼構成。

5.如權利要求2所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述傳感器系統，包括：分別與所述核心控制系統連接的激光雷達、深度相機、GPS模塊和磁力計；

所述激光雷達由一個置于電動輪椅頂部的十六線激光雷達和兩個置于電動輪椅前部左右兩側的單線激光雷達構成；所述十六線激光雷達用于對電動輪椅周邊環境及障礙物的檢測；所述單線激光雷達用于檢測電動輪椅附近的障礙物；

所述深度相機為兩個，分別位于電動輪椅前方左右兩側，用于輔助所述單線激光雷達檢測附近障礙物；

所述GPS模塊用于電動輪椅位于戶外時的定位和導航；

所述磁力計用于修正電動輪椅的初始位置。

6.如權利要求2所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述腦電信號采集系統為P300腦-機接口系統。

7.如權利要求2所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述人機交互系統包括：顯示器與語音提示裝置；

所述顯示器固定于輪椅扶手上的支架，用于顯示駕駛信息、操作指令及提供腦機接口進行選擇的刺激源；

所述語音提示裝置，用于對用戶操作該電動輪椅時，播放語音提示。

8.如權利要求2所述一種帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅，其特征在于，所述通訊系統，用于獲取地圖、定位信息以及與自主偵查機器人裝置的數據交互；所述通訊系統包括下述一項或多項：WIFI模塊、公眾移動通信網通信模塊、藍牙模塊、近場通信模塊。

9.一種權利要求1至8任意一項所述的帶有偵查裝置的融合腦控與自動駕駛的輪椅的控制方法，其特征在于，自主偵查機器人裝置位于電動輪椅待行進方向預設距離范圍內；

所述控制方法，包括：

S1、檢索電動輪椅自身初始位置與所述初始位置相鄰的節點；所述節點為不同通道之間交叉區域的幾何中心或只有一個出口的區域的幾何中心；

S2、將電動輪椅自身位置、自身位置附近的真實地圖、以及與自身位置相鄰的節點信息，通過人機交互系統的顯示器反饋給使用者；

S3、采集并分析用戶的腦電信號，根據分析結果，確定相應節點的選擇；

S4、根據確定選擇的節點作為目標節點，生成行駛任務，根據所述行駛任務匹配真實地圖以及與所述真實地圖相對應的拓撲地圖；所述電動輪椅內預先設有的真實地圖以及與該真實地圖對應拓撲地圖；

S5、根據匹配的真實地圖及拓撲地圖，進行路徑規劃；

S6、實時獲取電動輪椅的傳感器系統以及所述自主偵查機器人裝置反饋的信息，進行動態避障，實現自動駕駛行駛到所述目標節點附近；

S7、在臨近所述目標節點時，檢索所述目標節點的附近節點，并將所述附近節點信息通過人機交互系統反饋至用戶；獲取用戶選擇到達所述目標節點后下一個行駛節點的腦電信號；從而重復S3-S6步驟；或者獲取用戶確定臨近所述目標節點為最終目的節點的腦電信號，選擇所述電動輪椅停留于所述最終目的節點，完成行駛任務；

上述步驟S3包括：第一步，腦電信號采集系統記錄刺激閃爍的時間，記錄通過腦電采集模塊采集的腦電信號；第二步，如果閃爍持續預定輪數，則對所采集的腦電信號進行預處理；第三步，通過主成分分析法對預處理之后的腦電信號進行分析，獲得用于切換命令的腦電信號特征；第四步，通過線性分類法對主要腦電信號特征進行分類，獲得切換命令信息。