[发明专利]基于视觉和三点定位的智能轮椅及其控制系统的跟随方法

说明书

本发明属于智能轮椅技术领域，以解决智能轮椅的路径规划全局目标清晰性欠缺，目标跟随和路面障碍物的有效规避精准度不高的问题。轮椅包括包括座椅、扶手、手柄、前轮、后轮、踏板、驱动装置和智能跟随模块，智能跟随模块包括智能标签、上位机、下位机；下位机包括驱动控制主板、激光雷达、惯性测量单元、至少一组超声波雷达、至少一组可视化装置、手柄控制模块、按钮组件、三点定位基站；方法包括跟随指令发送、路面障碍物检测、大致测算看护人的方位、锁定看护人的具体坐标、全局路径规划及驱动行驶。本发明使轮椅具备一定的环境感知与应对能力，其跟随方法适用于智能轮椅和智能搬运等环境，不需过多调整就能应用在不同行业。

技术领域

本发明属于智能轮椅技术领域，具体涉及基于视觉和三点定位的智能轮椅及其控制系统的跟随方法。

背景技术

随着人口老龄化程度的不断加剧和科技水平的深入发展,弱势群体对于高质量生活诉求在逐步提高。传统的电动轮椅一般只是在手动轮椅基础上增加动力源和控制单元，智能化程度低和人机交互能力低下。轮椅仅仅可以提供日常的出行，不能满足老年人及残疾人的出行的安全性要求，也不能帮助他们运输重物。电动轮椅作为运输工具有时不太适合年龄较大或者肢体不方便的老年人及残疾人操作，看护人员伴行时也需要与智能轮椅进行交互，轮椅的智能化程度也有待进一步提高，包括具备自主导航和智能避障的性能。

当今电动轮椅向智能化和多功能化方向发展。目前市场上虽然已经有一些自动跟随系统，包括使用了蓝牙定位、超声波定位、射频定位等技术。但蓝牙传输和窄带通讯等系统易受噪声信号干扰且射频作用距离近等影响，跟随的效果不是太好。基于机器视觉的人工智能技术又得到了快速的发展，将基于机器视觉的人工智能技术和穿透力强和功耗低超宽带系统结合起来，将能提高自动跟随精确度。因此，基于ROS机器人操作系统设计一款视觉和超带宽定位技术结合的跟随轮椅具有一定的技术优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉和三点定位的智能轮椅，以解决智能轮椅的路径规划全局目标清晰性欠缺的问题。

本发明的另一个目的在于提供一种基于视觉和三点定位的智能轮椅及其控制系统的跟随方法，以解决目标跟随和路面障碍物的有效规避精准度不高的问题。

为了解决以上问题，本发明技术方案为：

基于视觉和三点定位的智能轮椅，包括座椅、扶手、手柄、前轮、后轮、踏板；

还包括驱动装置和智能跟随模块，驱动装置用于驱动后轮行走；智能跟随模块包括智能标签、上位机、下位机；上位机为ROS机器人系统嵌入式主板，下位机包括驱动控制主板、激光雷达、惯性测量单元（IMU）、至少一组超声波雷达、至少一组可视化装置、手柄控制模块、按钮组件、三点定位基站，三点定位基站包括基站一、基站二、基站三；

ROS机器人系统嵌入式主板分别与激光雷达、可视化装置、驱动控制主板连接；

驱动控制主板分别与基站一、手柄控制模块、按钮组件、驱动装置、超声波雷达、惯性测量单元连接，驱动控制主板与超声波雷达之间设有超声波雷达控制模块；

基站一、基站二、基站之间无线连接；

智能标签与基站一之间无线连接；

激光雷达安装在踏板前端，至少一组超声波雷达分别安装在左右两个扶手的外侧，可视化装置分别安装在同一侧扶手的前侧和外侧中部，基站一和基站二安装在可视化装置一侧的扶手的前后两端，基站三安装在另一侧扶手的前端，ROS机器人系统嵌入式主板、驱动控制主板和惯性测量单元安装在座椅下方。

进一步的，驱动装置包含电池、PID增量控制模块和霍尔无刷电机，PID增量控制模块包括霍尔测速模块、PID增量闭环调速单元和电动车无刷控制器；电池给电机供电，PID增量控制模块驱动对应的后轮行走。