一种智能轮椅及其控制方法 |
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| 申请号 | CN201710510126.7 | 申请日 | 2017-06-28 | 公开(公告)号 | CN107174418A | 公开(公告)日 | 2017-09-19 |
| 申请人 | 歌尔股份有限公司; | 发明人 | 陈川; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了智能 轮椅 及其控制方法，智能轮椅包括：智能轮椅本体，设置在智能轮椅本体上的前置 激光雷达 和后置激光雷达，输入设备，处理器，输入设备接收用户输入的命令；处理器获取地图的构建命令，根据构建命令以及智能轮椅在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前环境的地图并保存；处理器获取指示到达当前环境中 指定 地点的行驶命令，根据行驶命令以及当前环境的地图，控制智能轮椅移动到指定地点。本发明的智能轮椅及其控制方法根据用户命令自动导航行驶到达目的地，简化了用户操作步骤，满足了需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种智能轮椅，其特征在于，包括：智能轮椅本体，设置在所述智能轮椅本体上的前置激光雷达和后置激光雷达，输入设备以及处理器， |
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| 说明书全文 | 一种智能轮椅及其控制方法技术领域背景技术[0002] 全世界有数以百万计的残疾人或患有运动功能障碍的人群，他们日常生活都依赖轮椅，但是，其中很大一部分人由于肢体功能障碍等各种原因，无法正常的操作轮椅。 [0003] 因此，有必要提出一种智能轮椅满足用户的需求。 发明内容[0004] 本发明提供了一种智能轮椅及其控制方法，以解决现有的轮椅，无法满足用户需求，用户体验不佳的问题。 [0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种智能轮椅，包括智能轮椅本体，设置在智能轮椅本体上的前置激光雷达和后置激光雷达，输入设备以及处理器， [0006] 前置激光雷达设置在智能轮椅本体的前侧，后置激光雷达设置在智能轮椅本体的后侧， [0007] 输入设备，接收用户输入的命令； [0008] 处理器，获取指示构建当前环境的地图的构建命令，根据构建命令以及智能轮椅在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前环境的地图并保存； [0010] 根据本发明的另一个方面，提供了一种智能轮椅的控制方法，包括： [0011] 接收用户输入的命令； [0012] 获取指示构建当前环境的地图的构建命令，根据构建命令以及智能轮椅在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前环境的地图并保存； [0013] 获取指示到达当前环境中指定地点的行驶命令，根据行驶命令以及保存的当前环境的地图，控制智能轮椅移动到指定地点。 [0014] 本发明的有益效果是：本发明实施例的智能轮椅，接收用户输入的命令，并根据指示构建当前环境的地图的构建命令，在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前所处环境的地图，实现智能轮椅对当前环境的记忆认识；在获取到到达指定地点的行驶命令时，能结合保存的当前环境的地图，自动控制智能轮椅移动到用户想去的指定地点，从而无需用户手动进行操作，简化了轮椅的控制步骤，改善了用户体验。再者，通过在智能轮椅本体的前侧和后侧分别设置前置激光雷达和后置激光雷达，由于两个激光雷达分别位于轮椅本体的前侧和后侧，两者结合扫描，能以智能轮椅本体为中心，对其周边360°范围进行全面扫描，在构建地图的过程中，能保证地图信息的完整性和准确性，在控制智能轮椅移动到指定地点的过程中，也能为行驶过程提供准确导向，避免碰撞到障碍物。附图说明 [0015] 图1是本发明一个实施例的智能轮椅的侧视图； [0016] 图2是本发明一个实施例的智能轮椅的功能模块图； [0017] 图3是本发明一个实施例的智能轮椅构建的当前环境的地图示意； [0018] 图4是本发明一个实施例的智能轮椅的工作流程示意图； [0019] 图5是本发明一个实施例的智能轮椅的行驶路线示意图； [0020] 图6是本发明一个实施例的智能轮椅的控制方法的流程示意图。 具体实施方式[0021] 本发明的设计构思在于：随着语音交互技术在人们生活中的应用，如在医院、工作场所和家庭等环境中的应用，以及现有轮椅操作复杂无法满足肢体功能障碍等轮椅使用者需求的问题，本申请的发明人想到，将语音交互运用到轮椅控制中，并且实现轮椅自主导航避障及行驶，提高轮椅的智能化程度，降低了肢体功能障碍等使用者对轮椅的操作难度。 [0022] 参见图1，一个实施例中智能轮椅的侧视图，智能轮椅包括：智能轮椅本体1，设置在智能轮椅本体1上的前置激光雷达13和后置激光雷达12，输入设备10以及处理器11，[0023] 前置激光雷达13设置在智能轮椅本体1的前侧(例如设置在智能轮椅本体前侧的脚踏板的下方位置)，后置激光雷达12设置在智能轮椅本体1的后侧(例如设置在智能轮椅本体的椅背处)，通过在智能轮椅本体的前侧和后侧分别设置前置激光雷达和后置激光雷达，两个激光雷达结合扫描，能以智能轮椅本体为中心，对其周边360°范围进行全面扫描，在构建地图的过程中，保证了地图信息的完整性和准确性，后续在控制智能轮椅移动到指定地点的过程中，也能为行驶过程提供准确导向，避免撞到障碍物。 [0024] 输入设备10，接收用户输入的命令； [0025] 处理器11，获取指示构建当前环境的地图的构建命令，根据构建命令以及智能轮椅在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前环境的地图并保存； [0026] 处理器11，获取指示到达当前环境中指定地点的行驶命令，根据行驶命令以及保存的当前环境的地图，控制智能轮椅移动到指定地点。 [0027] 另外，智能轮椅本体1的车轮上安装有编码器15和驱动电机14，编码器15，在智能轮椅移动时，记录车轮转动的圈数并反馈至处理器11；处理器11，根据圈数以及保存的车轮的周长计算出智能轮椅移动的距离；驱动电机14，根据接收到的处理器11的指令进行运转，驱动车轮转动。 [0028] 由图1所示可知，本实施例的智能轮椅，根据用户输入的指示构建当前环境的地图的构建命令在当前环境移动过程中，接收激光雷达采集的智能轮椅周边360度范围内的信息构建当前环境的地图，实现智能轮椅对当前环境的记忆认识；然后当收到用户输入的到达指定地点的命令时，根据到达指定地点的命令和构建的当前环境的地图自主行驶到指定地点，不需要用户手动控制行驶，降低了操作难度，更加智能化，改善了用户体验。 [0029] 参见图2，从功能上划分，智能轮椅的前述硬件可以分为三种，即，输入端，处理端和输出端。 [0031] 输入端，还包括激光雷达扫描，前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境，将扫描到的信息发送给处理端的处理器。 [0032] 激光雷达是通过向目标发射探测信号(即，激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(即，目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数，从而对当前环境中的物体(如桌子，墙壁等)进行探测和识别。 [0033] 处理端的处理器根据激光雷达发送的信息，以及内部的SLAM(Simultaneous Localization And Mapping，即时定位与地图构建)算法，通过一定的运算可以准确的计算出当前环境的绝对位置或者相对位置，定位与构建当前环境的地图同步进行。并且，处理器根据收到的文本命令进行处理后生成相应的控制指令发送给输出端。 [0034] 输出端，包括驱动电机和编码器，驱动电机根据处理器的控制指令驱动轮椅移动。编码器采集智能轮椅移动过程中车轮转动的圈数，将圈数信息发送给处理器，这样，处理器能够计算出智能轮椅当前移动的距离，并用于后续判断是否控制轮椅停止移动。 [0035] 本实施例的智能轮椅除了能够自动导航行驶到达指定地点之外，更加智能化的体现是能够在行驶过程中避障，即避开障碍物，保证了智能轮椅行驶过程中的安全性。 [0036] 具体的，处理器11，在控制智能轮椅移动到指定地点的过程中，还接收前置激光雷达13和后置激光雷达12实时扫描后返回的当前环境中目标点的信息，根据目标点的信息计算智能轮椅在当前环境的地图上对应的禁行区，并控制智能轮椅沿着禁行区以外的区域向指定地点移动。 [0037] 如此，提高了本实施例的智能轮椅行驶的安全性，行驶过程中无需用户的手动控制，满足了用户需求。需要说明的是，本实施例中，构建的当前环境的地图是与当前环境等比例缩放的虚拟地图。前置激光雷达主要用于扫描智能轮椅前侧区域内的物体的信息，后置激光雷达主要用于扫描智能轮椅后侧区域内物体的信息。两个激光雷达分别位于轮椅本体的前侧和后侧，两者结合扫描，以智能轮椅本体为中心，对其周边360°范围进行全面扫描，保证地图信息的完整性和准确性并为轮椅行驶过程中提供准确导向，避免撞到障碍物。 [0038] 在实施例中，参见图1，输入设备10为麦克风，麦克风设置在智能轮椅本体1的头枕处，用于接收用户输入的语音命令，将语音命令发送至处理器11。设置在头枕处方便采集用户的语音，提高语音采集的准确度，但可以理解，麦克风的设置位置不限于此。 [0039] 处理器11，将接收到的语音命令发送到语音识别模块进行识别，得到对应语音命令的文本命令信息，处理器11，在得到文本命令信息后，将文本命令信息与预设的命令规则库中的各命令规则进行匹配，当文本命令信息满足一个命令规则时，确定文本命令信息对应的命令有效。 [0041] 一个实施例中，智能轮椅上设置有语音识别模块，例如，在智能轮椅的存储器中预先存储多条语音命令，当收到麦克风采集的语音命令后进行语音识别判断是否为控制轮椅的命令，以及当判断出的语音命令是一条控制轮椅的命令时，再具体对该命令的命令内容进行判断。 [0042] 优选地，考虑到实际应用中，每个用户说话习惯以及方式差别较大，用户的语音命令不规则的情况，语音识别模块设置在云端服务器上。云端服务器上有更多的资源，保存了大量语音命令，处理和计算速度更快，识别结果更加准确。当智能轮椅收到语音命令后发送到云端服务器上的语音识别模块进行识别。这种情况下，本实施例的智能轮椅支持联网功能，例如，处理器中设置有通信模块，处理器通过该通信模块将语音命令发送到云端服务器进行在线语音识别。 [0043] 这里的，命令规则库中的各命令规则包含如下信息：唤醒词信息，命令词信息和/或对象信息。 [0044] 参见表1，为本实施例的命令规则库中的命令规则表， [0045] [0046] 表1 [0047] 表1中唤醒词为“你好轮椅”，唤醒词是一个固定短语，用于激活语音识别机制，避免日常和智能轮椅交谈时的误判断。 [0048] 命令词包括：“建立地图”、“认识这里”“记住这里”等，对象信息即地点信息，包括：“卧室”、“厨房”、“餐厅”等。在符合包含唤醒词信息，命令词信息和/或对象信息的基本规则的前提下，命令规则库中的命令规则可以根据需求自由组合，本申请对此不作限制。 [0049] 需要说明的是，表1中的唤醒词和命令词信息等仅为示意性举例，实践中可以根据应用需求进行设置，另外，表1中的备注信息是对命令规则的说明，实际应用中可以省略。 [0050] 为了进一步简化用户的操作，降低对智能轮椅的用户的要求，本实施例中，当识别出用户输入的语音后，根据用户输入的指示当前环境中的各区域的位置名称的语音命令，将语音命令发送至处理器，处理器，在接收到语音命令时，获取智能轮椅对应当前环境的地图上的当前位置坐标，建立当前位置坐标和位置名称的一一对应关系后保存；处理器，当获取到指示到达当前环境中指定地点的行驶命令时，根据行驶命令中指定地点的位置名称信息，确定出位置名称在当前环境的地图上对应的坐标，并根据对应的坐标，控制智能轮椅移动到指定地点。 [0051] [0052] 表2 [0053] 表2，是本实施例的位置名称和对应点的坐标对应表，参见表2，每个位置名称都对应有一个二维坐标，即，对应点坐标。例如，表2中客厅的对应点坐标P1＝(X1，Y1)。卧室的对应点坐标P2＝(X2，Y2)。 [0054] 需要说明的是，首次使用本实施例的智能轮椅的自动导航和行驶功能时，需要完成智能轮椅的学习过程，即首先控制智能轮椅在当前环境中行驶，并在行驶到一个指定地点时，输入语音指令告诉智能轮椅当前地点对应的位置名称，这样智能轮椅可以将构建的当前环境的地图中的一个指定坐标，用户输入的位置名称建立一一对应关系，后续当用户说出到达该位置名称时，智能轮椅通过查找对应关系，并根据智能轮椅当前的位置生成行驶路线自动导航行驶到该指定地点。这样就不需要用户记住当前环境中各个地点的位置坐标，如果用户想要到达当前环境中的某个地点，只需要说出一条语音命令即可，从而降低了对用户的要求。 [0055] 结合图3，图3是处理器根据激光雷达反馈的当前环境中目标点的信息构建的地图示意，图3中划栅格线的区域(即，附图标记23所示区域)为墙面等障碍物体，其他区域是无障碍物的区域，是智能轮椅可行驶的区域。图3还示意了智能轮椅22在当前环境对应的地图中的位置示意。另外需要说明的是，图3中示意了一些孤立的目标点20，这些目标点20是在使用激光雷达对室内空间进行扫描的过程中，对空间内的物体扫描不全或扫描不到等原因导致的。 [0056] 这里以用户输入的语音命令为构建当前环境的地图的命令为例，对智能轮椅的工作过程进行说明。参见图4，流程开始，执行步骤S401， [0057] 步骤S401，接收用户的语音命令； [0058] 即，通过麦克风接收用户输入的构建当前环境的地图的语音命令。 [0059] 步骤S402，上传到云端服务器进行语音识别； [0060] 智能轮椅将采集的语音命令上传到云端服务器上，由云端服务器上的语音识别模块进行语音识别。 [0061] 步骤S403，接收云端服务器返回的文本命令； [0062] 智能轮椅的处理器接收云端服务器进行语音识别之后，返回的文本命令，具体的，云端服务器对语音命令进行识别，将识别出的语音命令转换为文本形式，即转换为文本命令下发到智能轮椅。这里将语音命令转换为文本形式是方便智能轮椅的处理器对命令进行信号编码和后续处理。 [0063] 步骤S404，判断是否符合命令规则；是则执行步骤S405，否则执行步骤S406。 [0064] 智能轮椅的处理器判断收到的文本命令是否符合预设的命令规则，本实施例中即为判断是否符合预设的“你好轮椅，建立地图”命令规则，当收到的文本命令符合该命令规则时，确定命令为有效命令，并执行步骤S405，当收到的文本命令不符合预设的该命令规则时，确定命令为无效命令并执行步骤S406。 [0065] 这里通过对语音命令进行判断，确定是否为有效命令，当为有效命令时才执行相应的操作，从而避免了误触发，提高了用户的满意度。 [0066] 步骤S405，执行对应的命令。 [0067] 这里，即为根据前置激光雷达和后置激光雷达分别发送的实时信息，利用SLAM算法，构建当前环境的地图。SLAM是指运动物体根据传感器的信息，一边计算自身位置，一边构建环境地图的过程。本实施例的智能轮椅从当前环境中一个为未知位置开始移动，在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时在自身定位的基础上建造增量式地图。 [0068] 步骤S406，忽略。 [0070] 在按照图4所示构建了当前环境的地图后，当智能轮椅收到用户输入的到达当前环境中指定地点的命令时，根据行驶命令以及保存的当前环境的地图，控制智能轮椅移动到指定地点并且能够实现行驶过程中的自动避障。 [0071] 图5是本发明一个实施例的智能轮椅的行驶路线示意图，参见图5，可看出智能轮椅行驶中的自动避障功能。具体的，当处理器根据用户输入的命令以及构建的当前环境的地图，生成到达指定地点的行驶路线之后，即控制智能轮椅22移动，并在控制智能轮椅22移动的过程中，处理器根据前置激光雷达和后置激光雷达分别扫描到的每个目标点201，以目标点201为圆心，以预设距离(如0.5毫米)为半径画圆21，所有的圆21连接起来构成了禁行区，处理器控制智能轮椅22沿着禁行区以外的区域按照行驶线向指定地点移动。 [0072] 基于前述智能轮椅的结构，本发明一个实施例，提供了一种智能轮椅的控制方法，参见图6，包括： [0073] 步骤S601，接收用户输入的命令； [0074] 步骤S602，获取指示构建当前环境的地图的构建命令，根据构建命令以及智能轮椅在当前环境移动过程中，接收到的前置激光雷达和后置激光雷达扫描当前环境后返回的当前环境中目标点的信息，构建当前环境的地图并保存； [0075] 步骤S603，获取指示到达当前环境中指定地点的行驶命令，根据行驶命令以及保存的当前环境的地图，控制智能轮椅移动到指定地点。 [0076] 这里构建的当前环境的地图是与当前环境等比例缩放的虚拟地图，保证了智能轮椅自主导航和行驶的准确性，方便智能轮椅带着用户到达当前环境中用户想去的地点。 [0077] 一个实施例中，该方法还包括：在控制智能轮椅移动到指定地点的过程中，还接收前置激光雷达和后置激光雷达实时扫描后返回的当前环境中目标点的信息，根据目标点的信息计算智能轮椅在当前环境的地图上对应的禁行区，并控制智能轮椅沿着禁行区以外的区域向指定地点移动； [0078] 一个实施例中，步骤S601接收用户输入的命令包括：利用设置在智能轮椅本体的头枕处的麦克风，接收输入的语音命令；将接收到的语音命令发送到语音识别模块进行识别，得到对应语音命令的文本命令信息， [0079] 在得到文本命令信息后，将文本命令信息与预设的命令规则库中的各命令规则进行匹配，当文本命令信息满足一个命令规则时，确定文本命令信息对应的命令有效。其中，语音识别模块设置在云端服务器上或者设置在智能轮椅上；命令规则库中的各命令规则包含如下信息：唤醒词信息，命令词信息和/或对象信息； [0080] 一个实施例中，该方法还包括：接收用户输入的指示当前环境中的各区域的位置名称的语音命令，根据接收到语音命令时获取的智能轮椅对应当前环境的地图上的当前位置坐标，建立当前位置坐标和位置名称的一一对应关系后保存。 [0081] 以及，当获取到指示到达当前环境中指定地点的行驶命令时，根据行驶命令中指定地点的位置名称信息，确定出位置名称在当前环境的地图上对应的坐标，并根据对应的坐标，控制智能轮椅移动到指定地点。 |
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