[發明專利]基于多約束條件的智能輪椅、動態共享控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110550095.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113101079A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 徐國政;孫星;王強;張慶松;王聰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A61G5/10
• 分類號: A61G5/10;A61G5/06;G05D1/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于多約束條件的智能輪椅、動態共享控制方法及系統，其包括：基于輪椅運行過程中獲取的監測數據，綜合多方面約束條件動態獲取相應的權重系數；線性組合上述權重系數獲取頭姿控制指令和自主導航控制指令的權重系數；根據頭姿控制指令和自主導航控制指令的權重系數確定輪椅的共享控制指令；根據共享控制指令對輪椅進行動態共享控制；其中，多方面約束條件包括輪椅距離障礙物的安全距離、用戶頸部肌肉的疲勞程度和頭姿控制輪椅軌跡的平滑度。本發明能夠實現對輪椅的動態共享控制，既能有效降低用戶的疲勞感，又可以賦予用戶盡可能多的控制權，提高用戶駕駛輪椅的安全性、舒適性、連續性。

技術領域

本發明涉及一種基于多約束條件的智能輪椅、動態共享控制方法及系統，屬于輪椅控制技術領域。

背景技術

近年來，智能輪椅逐漸成為行動不便及老殘人士的代步工具。傳統的電動輪椅使用操縱桿控制輪椅，但對于上肢有運動障礙的用戶來說難以實現。利用用戶僅存的一些技能，例如頭姿控制輪椅時，長時間維持一種頭部姿態會使用戶產生疲勞感。利用智能輪椅自主導航，使輪椅完全自主移動，為用戶提供過度幫助會導致用戶喪失剩余的技能。在人-機共享控制模式下，用戶與智能輪椅相互輔助，共同完成移動控制任務，共享控制關鍵在于如何將用戶指令與自主導航指令融合切換。傳統的共享控制方法，使用額外的開關在不同模式之間進行切換，這會導致行駛過程中有不必要的間斷；估計用戶意圖，根據用戶輸入選擇最有可能的駕駛軌跡，只能選擇預先準備好的軌跡，用戶得不到足夠多的控制權；線性組合人-機控制指令，權重系數固定，不隨駕駛環境改變而改變，有一定的安全隱患。

為了解決上述問題，本申請提出了一種基于多約束條件的智能輪椅、動態共享控制方法及系統。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于多約束條件的智能輪椅、動態共享控制方法及系統，綜合多方面因素，動態調整分配給頭姿控制指令和自主導航指令的權重系數，實現對輪椅的動態共享控制；既能有效降低用戶的疲勞感，又可以賦予用戶盡可能多的控制權，提高用戶駕駛輪椅的安全性、舒適性、連續性。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種基于多約束條件的智能輪椅動態共享控制方法，包括以下步驟：

基于輪椅運行過程中獲取的監測數據，綜合多方面約束條件動態獲取相應的權重系數；

線性組合上述權重系數獲取頭姿控制指令和自主導航控制指令的權重系數；

根據頭姿控制指令和自主導航控制指令的權重系數確定輪椅的共享控制指令；

根據共享控制指令對輪椅進行動態共享控制；

其中，多方面約束條件包括輪椅距離障礙物的安全距離、用戶頸部肌肉的疲勞程度和頭姿控制輪椅軌跡的平滑度。

優選的，所述獲取相應的權重系數包括：

根據監測數據獲取當前輪椅距障礙物的最短距離d，動態更新安全距離因素權重系數k_d，其表達式如下：

根據監測數據獲取用戶頸部肌肉的實時肌電信號的信號值I_EMG，動態更新疲勞程度因素權重系數k_f，其表達式如下：

根據監測數據獲取前一段時間的移動軌跡數據，根據移動軌跡數據中的曲率半徑r獲取軌跡的平滑度，動態更新平滑度因素權重系數k_s，其表達式如下：

優選的，所述獲取頭姿控制指令和自主導航控制指令的權重系數包括：

頭姿控制指令的權重系數k，其表達式如下：