[发明专利]基于多约束条件的智能轮椅、动态共享控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多约束条件的智能轮椅、动态共享控制方法及系统，其包括：基于轮椅运行过程中获取的监测数据，综合多方面约束条件动态获取相应的权重系数；线性组合上述权重系数获取头姿控制指令和自主导航控制指令的权重系数；根据头姿控制指令和自主导航控制指令的权重系数确定轮椅的共享控制指令；根据共享控制指令对轮椅进行动态共享控制；其中，多方面约束条件包括轮椅距离障碍物的安全距离、用户颈部肌肉的疲劳程度和头姿控制轮椅轨迹的平滑度。本发明能够实现对轮椅的动态共享控制，既能有效降低用户的疲劳感，又可以赋予用户尽可能多的控制权，提高用户驾驶轮椅的安全性、舒适性、连续性。

技术领域

本发明涉及一种基于多约束条件的智能轮椅、动态共享控制方法及系统，属于轮椅控制技术领域。

背景技术

近年来，智能轮椅逐渐成为行动不便及老残人士的代步工具。传统的电动轮椅使用操纵杆控制轮椅，但对于上肢有运动障碍的用户来说难以实现。利用用户仅存的一些技能，例如头姿控制轮椅时，长时间维持一种头部姿态会使用户产生疲劳感。利用智能轮椅自主导航，使轮椅完全自主移动，为用户提供过度帮助会导致用户丧失剩余的技能。在人-机共享控制模式下，用户与智能轮椅相互辅助，共同完成移动控制任务，共享控制关键在于如何将用户指令与自主导航指令融合切换。传统的共享控制方法，使用额外的开关在不同模式之间进行切换，这会导致行驶过程中有不必要的间断；估计用户意图，根据用户输入选择最有可能的驾驶轨迹，只能选择预先准备好的轨迹，用户得不到足够多的控制权；线性组合人-机控制指令，权重系数固定，不随驾驶环境改变而改变，有一定的安全隐患。

为了解决上述问题，本申请提出了一种基于多约束条件的智能轮椅、动态共享控制方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于多约束条件的智能轮椅、动态共享控制方法及系统，综合多方面因素，动态调整分配给头姿控制指令和自主导航指令的权重系数，实现对轮椅的动态共享控制；既能有效降低用户的疲劳感，又可以赋予用户尽可能多的控制权，提高用户驾驶轮椅的安全性、舒适性、连续性。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种基于多约束条件的智能轮椅动态共享控制方法，包括以下步骤：

基于轮椅运行过程中获取的监测数据，综合多方面约束条件动态获取相应的权重系数；

线性组合上述权重系数获取头姿控制指令和自主导航控制指令的权重系数；

根据头姿控制指令和自主导航控制指令的权重系数确定轮椅的共享控制指令；

根据共享控制指令对轮椅进行动态共享控制；

其中，多方面约束条件包括轮椅距离障碍物的安全距离、用户颈部肌肉的疲劳程度和头姿控制轮椅轨迹的平滑度。

优选的，所述获取相应的权重系数包括：

根据监测数据获取当前轮椅距障碍物的最短距离d，动态更新安全距离因素权重系数k_d，其表达式如下：

根据监测数据获取用户颈部肌肉的实时肌电信号的信号值I_EMG，动态更新疲劳程度因素权重系数k_f，其表达式如下：

根据监测数据获取前一段时间的移动轨迹数据，根据移动轨迹数据中的曲率半径r获取轨迹的平滑度，动态更新平滑度因素权重系数k_s，其表达式如下：

优选的，所述获取头姿控制指令和自主导航控制指令的权重系数包括：

头姿控制指令的权重系数k，其表达式如下：