[实用新型]一种基于FPGA的智能轮椅

说明书

技术领域

本实用新型属于康复辅具制造技术领域，涉及一种肢体伤残者的代步轮椅，具体涉及一种能自动提供周围360°环境信息并且不需要转弯而向任意方向自由移动的基于FPGA的智能轮椅。

背景技术

传统轮椅一般由轮椅架、车轮、刹车装置及座靠组成，按其功能可以分为一般轮椅、特制轮椅、电动轮椅和代步车等。

传统结构的轮椅只可以直接实现前后纵向运动，当横向移动或者移动方向与现在轮子的方向不在同一直线上时，就需要拐弯。这对于残疾人士，尤其是比赛场上的残疾运动员来说，移动不够灵活。再者，传统的轮椅无法向使用者提供周围环境的信息，不能使使用者及时避开危险和障碍物。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的智能轮椅，无需拐弯就能直接向任意方向移动，并能向使用者提供周围环境信息，避免发生事故。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于FPGA的智能轮椅，包括轮椅架，轮椅架上安装有车轮、驱动器组、直流电机组和操纵杆，车轮采用全向轮；驱动器组与直流电机组相连接，直流电机组由与车轮数量相同的直流电机组成，驱动器组由与车轮数量相同的驱动器组成；驱动器组中的一个驱动器驱动直流电机组中的一台直流电机；直流电机组中的一台直流电机驱动一个车轮；驱动器组中的各驱动器分别与FPGA芯片相连接，FPGA芯片还分别与VGA显示器、视频解码芯片和供电模块相连接，视频解码芯片与全景摄像头相连接，供电模块与电池相连接。

所述的FPGA芯片包括依次相连接的ITU656解码模块、SDRAM控制器、插值模块、色度空间转换模块、图像展开算法模块、速度矢量分量模块和RS232收发模块；图像展开算法模块还分别与内嵌RAM模块和VGA控制器相连接；速度矢量分量模块分别与增量PID算法模块和多个编码信号采集模块相连接；该多个编码信号采集模块分别与增量PID算法模块相连接；该多个编码信号采集模块的数量与直流电机的数量相同；增量PID算法模块与速度转化为占空比模块相连；速度转化为占空比模块与输出PWM波模块相连接；该FPGA芯片还包括信号锁定模块和I2C控制器模块，信号锁定模块与复位延迟模块相连；

ITU656解码模块、信号锁定模块和I2C控制器模块分别与视频解码芯片相连接；SDRAM控制器与SDRAM存储器相连；VGA控制器分别与VGA控制芯片和VGA显示器相连接，VGA控制芯片与VGA显示器相连接；RS232收发模块与串行通信接口相连接；速度矢量分量模块与操纵杆信号连接；各编码信号采集模块分别与各直流电机上的电机编码器信号连接；输出PWM波模块分别与所有的电机驱动器连接。

所述的ITU656解码模块用于将采集进来的视频数据解码，PAL制式的模拟信号经过视频解码芯片得到8位的4:2:2 视频数据流，解码模块将4:2:2 的数据流解码成ITU656 标准视频流。

本智能轮椅采用全景摄像头，为使用者提供周围环境360°视场的实时信息；采用单片FPGA芯片作为控制器，完成轮椅的底层运动控制和周围环境的采集；采用全向轮，不需要转弯即可向任意方向自由移动，移动灵活，能在第一时间避开危险和障碍物，避免发生事故，保证使用者的人身安全。

附图说明

图1是本实用新型智能轮椅的结构示意图。

图2是本实用新型智能轮椅中FPGA芯片的结构示意图。

图3是待解码的视频数据流图。

图4是一帧图像的帧数据流图。

图5是本实用新型智能轮椅全方位移动的运动学模型。

图6是运动控制框图。

图7是增量式PID实现框图。