一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法和系统技术方案

本申请公开了一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法和系统，首先获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息，进而构建电动轮椅行进场景区域，将行进场景区域分割为若干子区域，随后生成子区域障碍物描述矩阵，将子区域障碍物描述矩阵与环境描述模板矩阵进行匹配，选取匹配度最高的环境描述模板矩阵，根据匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间，最终根据电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间对电动轮椅的运动趋势进行决策，本申请避免了用户不当操作及误触操控杆造成的危险，保障了电动轮椅用户在行进过程中的人身安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法和系统
本申请涉及电动轮椅行进安全领域，特别涉及一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障的方法和系统。
技术介绍
轮椅是行动不便人群日常生活中的一种重要交通工具，为行动不便的伤残人员及老年人带来了极大的便利，这些行动不便的群体可以借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动，这可以使他们更好的和周围的人群进行交流，更多的接触社会。但是传统的轮椅在应用上有许多不足之处：手扳轮椅需乘坐人双手驱动，不能自动运行，费时费力，手功能不全残疾人或体力不支病人、老人难以自己操控，随着对其他需求的增加，近些年，电动轮椅逐渐占据市场，电动轮椅是在传统手动轮椅的基础上，叠加高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件，改造升级而成的。但是相较于传统轮椅，电动轮椅由于其具有更大的动力及更多的功能，其使用时的安全问题更应得到关注，由于电动轮椅的功能多样性，使用者在使用电动轮椅时可能由于手部不灵活、操作不熟练或者误触操纵杆等问题对使用者造成人身伤害。
技术实现思路
(一)申请目的基于此，为了避免用户不当操作及误触操控杆造成的危险，保障电动轮椅用户在行进过程中的人身安全，本申请公开了以下技术方案。(二)技术方案本申请公开了一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法，包括：获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息；构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵；将所述子区域障碍物描述矩阵与环境描述模板矩阵进行匹配，选取匹配度最高的环境描述模板矩阵；基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间；基于所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间对电动轮椅的运动趋势进行决策。在一种可能的实施方式中，获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息包括：利用点云数据采集设备获取周围环境的三维点云数据；对所述三维点云数据进行分割处理；对所述三维点云数据进行点云配准，进而推算所述电动轮椅运动状态；对所述分割处理后的三维点云数据进行聚类和特征提取；根据所述电动轮椅运动状态分辨所述障碍物种类；其中，所述障碍物种类包括动态障碍物和静态障碍物。在一种可能的实施方式中，所述行进场景区域在所述三维数据采集范围内，可根据周围环境复杂状况进行智能调节。在一种可能的实施方式中，所述构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵包括：以电动轮椅为所述行进场景区域底面的几何中心构建所述电动轮椅行进场景区域；根据所述电动轮椅行进场景区域内的动态障碍物体积将电动轮椅行进场景区域等体积分割为若干子区域；根据分割后的子区域和各子区域内的障碍物相关信息生成子区域障碍物描述矩阵。在一种可能的实施方式中，所述根据所述电动轮椅行进场景区域内的动态障碍物体积将电动轮椅行进场景区域等体积分割为若干子区域包括：计算所述动态障碍物占所述电动轮椅行进场景区域的体积比例；根据所述体积比例及预先设定的分割指标进行分割次数预设定；根据所述预设定的分割次数进行分割后，查验分割结果是否符合分割指标，若不符合则进行调整直至符合分割指标。在一种可能的实施方式中，所述分割指标为所述动态障碍物体积占分割结束后的1-3个子区域。在一种可能的实施方式中，所述电动轮椅运动状态分为电动轮椅运行速度及电动轮椅运动方向，所述基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间包括：将所述电动轮椅运行速度进行速度大小梯度划分；基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和所述电动轮椅运行速度梯度及运动方向建立预测模型；对所述预测模型进行模型训练；利用训练后的所述预测模型输出所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度允许区间。在一种可能的实施方式中，所述对电动轮椅的运动趋势进行决策具体指当电动轮椅操纵杆发出的加减速和转向指令范围在所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间时，电动轮椅根据所述指令正常运转，反之，电动轮椅发出警报并通过语音提醒用户该操作存在的风险。作为本申请的第二方面，本申请还公开了一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障系统，包括：信息获取模块，用于获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息；矩阵生成模块，用于构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵；匹配模块，用于将所述子区域障碍物描述矩阵与环境描述模板矩阵进行匹配，选取匹配度最高的环境描述模板矩阵；允许区间获取模块，用于基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间；执行模块，用于基于所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间对电动轮椅的运动趋势进行决策。在一种可能的实施方式中，所述信息获取模块包括：点云数据采集单元，用于利用点云数据采集设备获取周围环境的三维点云数据；分割单元，用于对所述三维点云数据进行分割处理；运动状态获取单元，用于对所述三维点云数据进行点云配准，进而推算所述电动轮椅运动状态；聚类提取单元，用于对所述分割处理后的三维点云数据进行聚类和特征提取；分辨单元，用于根据所述电动轮椅运动状态分辨所述障碍物种类；其中，所述障碍物种类分为动态障碍物和静态障碍物。在一种可能的实施方式中，所述行进场景区域在所述三维数据采集范围内，可根据周围环境复杂状况进行智能调节。在一种可能的实施方式中，所述矩阵生成模块包括：区域构建单元，用于以电动轮椅为所述行进场景区域底面的几何中心构建所述电动轮椅行进场景区域；子区域划分单元，用于根据所述电动轮椅行进场景区域内的动态障碍物体积将电动轮椅行进场景区域等体积分割为若干子区域；矩阵生成单元，用于根据分割后的子区域和各子区域内的障碍物相关信息生成子区域障碍物描述矩阵。在一种可能的实施方式中，所述子区域划分单元包括：比例计算子单元，用于计算所述动态障碍物占所述电动轮椅行进场景区域的体积比例；分割预设定子单元，用于根据所述体积比例及预先设定的分割指标进行分割次数预设定；分割子单元，用于根据所述预设定的分割次数进行分割后，查验分割结果是否符合分割指标，若不符合则进行调整直至符合分割指标。在一种可能的实施方式中，所述分割指标为所述动态障碍物体积占分割结束后的1-3个子区域。在一种可能的实施方式中，所述电动轮椅运动状态分为电动轮椅运行速度及电动轮椅运动方向，所述允许区间获取模块包括：速度梯度划分单元，用于将所述电动轮椅运行速度进行速度大小梯度划分；模型建立单元，用于基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和所述电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法，其特征在于，包括：/n获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息；/n构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵；/n将所述子区域障碍物描述矩阵与环境描述模板矩阵进行匹配，选取匹配度最高的环境描述模板矩阵；/n基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间；/n基于所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间对电动轮椅的运动趋势进行决策。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障方法，其特征在于，包括：
获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息；
构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵；
将所述子区域障碍物描述矩阵与环境描述模板矩阵进行匹配，选取匹配度最高的环境描述模板矩阵；
基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间；
基于所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间对电动轮椅的运动趋势进行决策。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取电动轮椅周边环境障碍物相关信息包括：
利用点云数据采集设备获取周围环境的三维点云数据；
对所述三维点云数据进行分割处理；
对所述三维点云数据进行点云配准，进而推算所述电动轮椅运动状态；
对所述分割处理后的三维点云数据进行聚类和特征提取；
根据所述电动轮椅运动状态分辨所述障碍物种类；
其中，所述障碍物种类包括动态障碍物和静态障碍物。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建电动轮椅行进场景区域，将所述行进场景区域分割为若干子区域，进而生成子区域障碍物描述矩阵包括：
以电动轮椅为所述行进场景区域底面的几何中心构建所述电动轮椅行进场景区域；
根据所述电动轮椅行进场景区域内的动态障碍物体积将电动轮椅行进场景区域等体积分割为若干子区域；
根据分割后的子区域和各子区域内的障碍物相关信息生成子区域障碍物描述矩阵。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电动轮椅行进场景区域内的动态障碍物体积将电动轮椅行进场景区域等体积分割为若干子区域包括：
计算所述动态障碍物占所述电动轮椅行进场景区域的体积比例；
根据所述体积比例及预先设定的分割指标进行分割次数预设定；
根据所述预设定的分割次数进行分割后，查验分割结果是否符合分割指标，若不符合则进行调整直至符合分割指标。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动轮椅运动状态包括所述电动轮椅运行速度和所述电动轮椅运动方向，所述基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和电动轮椅自身的运动状态，得到电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度区间包括：
将所述电动轮椅运行速度进行速度大小梯度划分；
基于所述匹配度最高的环境描述模板矩阵和所述电动轮椅运行速度梯度及运动方向建立预测模型；
对所述预测模型进行模型训练；
利用训练后的所述预测模型输出所述电动轮椅允许的速度变化区间及转向角度允许区间。


6.一种基于电动轮椅行进场景的操作安全保障系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇杰，尚海宪，孙浩淋，
申请(专利权)人：北京三角洲机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11