一种智能轮椅的嵌入式控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种智能轮椅的嵌入式控制系统，该系统主要由双核处理器模块、轮椅驱动模块、距离检采集模块、语音采集模块和语音口令数据库模块构成；其中，双核处理器模块包括相互数据连接的DSP处理器和ARM处理器；该系统借助双核处理器模块作为系统核心加以构建，可以让使用者通过自然语言实现对智能轮椅的控制，实现了使用者与智能轮椅之间的人机自然交互，并且可以自动检测智能轮椅与其所处环境中障碍物之间的距离并进行障碍预警，同时根据这些距离信息和预警信息自动调整智能轮椅的行驶方向和行驶速度，减少碰触障碍物等意外的发生，提高了智能轮椅的智能化水平和安全性能，操控难度低，使用非常方便，特别适合老年人和残疾人使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化轮椅技术和嵌入式控制
，具体涉及一种智能轮椅的嵌 入式控制系统。
技术介绍
随着世界人口老龄化进程的加快，由于灾难和疾病造成的残障人士的增加，如何 让老年人和残疾人重新获得独立活动的能力是一个科学技术亟待解决的问题，轮椅，作为 老年人和残疾人的主要交通工具之一。目前较为常见的有手动轮椅和电动轮椅，电动轮椅 相比手动轮椅，极大的提高了老年人和残疾人独立活动的能力和范围，但同时也带来了在 一些环境中使用的不方便性和危险性。由于现有的电动轮椅通常以手动操控输入面板(例 如操控按键、操控杆等)实现手动操作控制，因此其操控难度较大，很可能因使用者操控经 验不足让电动轮椅行驶过快，进而引发转弯侧翻、碰撞障碍等事故；此外，由于使用者受到 视野范围限制的影响，在手动操控电动轮椅时也容易碰触尚未发现的障碍物等，引发意外。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种智能轮椅的嵌入式控制系统，以 提高轮椅控制系统的智能化水平，方便使用者对轮椅的控制，降低对使用者的操控要求，解 决现有电动轮椅存在的操控难度大、易弓I发危险的问题。为实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术手段一种智能轮椅的嵌入式控制系统，包括双核处理器模块、轮椅驱动模块、距离采集模 块、语音采集模块和语音口令数据库模块；所述双核处理器模块包括相互数据连接的DSP 处理器和ARM处理器；所述轮椅驱动模块与ARM处理器进行数据连接，用于根据ARM处理器发送的控制信号 驱动智能轮椅；所述距离采集模块与DSP处理器进行数据连接，用于采集智能轮椅与其所处环境中障 碍物之间的距离信息发送至DSP处理器，并当智能轮椅接近其所处环境中障碍物时向DSP 处理器发出障碍预警信号；所述语音采集模块用于采集使用者的语音，并转换为语音数字信号发送至DSP处理器；所述语音口令数据库模块与DSP处理器进行数据连接，用于存储行驶操作指令与其相 应的操作口令语音信号之间的对应关系；所述DSP处理器用于识别来自语音采集模块的语音数字信号是否为语音口令数据库 模块中存储的操作口令语音信号，并将识别出的操作口令语音信号转换为相应的行驶操作 指令发送至ARM处理器；DSP处理器还实时地对智能轮椅与其所处环境中障碍物之间的距 离信息、障碍预警信号进行综合处理，得到行驶方向调整信息和行驶速度调整信息发送至 ARM处理器；所述ム冊处理器用于将接收到的行驶操作指令、行驶方向调整信息和行驶速度调整信 息实时处理为对应的控制信号发送至轮椅驱动模块。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，具体而言，所述轮椅驱动模块主要由相互 电连接的电机和电机控制器构成；所述电机控制器与ム冊处理器进行数据连接，用于根据 八冊处理器发送的控制信号控制电机运行；所述电机用于带动智能轮椅的驱动轮转动，进 而驱动智能轮椅。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，具体而言，所述语音采集模块主要由麦克 风和音频编码器构成；所述麦克风用于采集使用者的语音；所述音频编码器与DSP处理器 进行数据连接，用于将采集的使用者的语音转换为语音数字信号发送至DSP处理器。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，具体而言，所述距离采集模块主要由分别 与DSP处理器进行数据连接的超声传感器和接近开关构成；所述超声传感器用于采集智能 轮椅与其所处环境中障碍物之间的距离信息发送至DSP处理器；所述接近开关用于当能轮 椅接近其所处环境中障碍物时向DSP处理器发出障碍预警信号。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，作为进一步改进方案，该系统还包括位姿 检测模块、摄像采集模块和环境信息数据库模块；所述位姿检测模块与DSP处理器进行数据连接，用于采集智能轮椅的位姿信息发送至 DSP处理器；所述摄像采集模块与DSP处理器进行数据连接，用于采集智能轮椅所处环境的视频图 像信息发送至DSP处理器；所述环境信息数据库模块与DSP处理器进行数据连接，用于存储智能轮椅所处环境中 的预设目标位置、特征物体位置、预设目标位置与特征物体位置之间的方位信息和距离信 息以及特征物体參考图像；所述语音口令数据库模块还用于存储智能轮椅所处环境中的预设目标位置与其相应 的位置口令语音信号之间的对应关系；所述03 处理器还用于识别来自语音采集模块的语音数字信号是否为语音口令数据 库模块中存储的位置口令语音信号，将识别出的位置口令语音信号相应的预设目标位置作 为指定目标位置，并根据环境信息数据库模块中存储的特征物体參考图像从智能轮椅所处 环境的视频图像信息中匹配识别出特征物体，进而根据智能轮椅所处环境中的特征物体位 置确定智能轮椅与特征物体之间的方位信息，再对智能轮椅的位姿信息、智能轮椅与特征 物体之间的方位信息以及预设目标位置与特征物体位置之间的方位信息和距离信息进行 综合处理，得到智能轮椅行驶至述指定目标位置的路径信息，并生成与所述路径信息相匹 配的行驶操作指令发送至ARM处理器。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，具体而言，所述位姿检测模块主要由分别 与DSP处理器进行数据通信连接的倾角传感器和陀螺仪构成；所述倾角传感器用于检测智 能轮椅偏离竖直方向的角度数据发送至DSP处理器；所述陀螺仪用于检测智能轮椅的角速 度数据发送至DSP处理器。上述的智能轮椅的嵌入式控制系统中，具体而言，所述摄像采集模块主要由相互 数据连接的⑶口传感器和视频编码器；所述⑶口传感器用于采集智能轮椅所处环境的图像； 所述视频编码器与DSP处理器进行数据连接，用于将采集的智能轮椅所处环境的图像转换CN 102631265 A书明说3/6页为视频图像信息发送至DSP处理器。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点1、本专利技术的智能轮椅的嵌入式控制系统，可以让使用者通过自然语言实现对智能轮椅 的控制，操控难度低，实现了使用者与智能轮椅之间的人机自然交互，使用非常方便，特别 适合老年人和残疾人使用。2、本专利技术的智能轮椅的嵌入式控制系统，可以自动检测智能轮椅与其所处环境中 障碍物之间的距离并进行障碍预警，同时根据这些距离信息和预警信息自动调整智能轮椅 的行驶方向和行驶速度，减少碰触障碍物等意外的发生，提高了智能轮椅的智能化水平和 安全性能。3、本专利技术的智能轮椅的嵌入式控制系统的改进方案，还可以根据使用者直接的语 音确定使用者想到达的指定目标位置，并自动处理得到智能轮椅行驶至述指定目标位置的 路径信息，进而控制智能轮椅行驶至述指定目标位置，更进一步提高了智能轮椅的易操作 性和智能化水平。4、本专利技术的智能轮椅的嵌入式控制系统，借助双核处理器模块作为系统核心加以 构建，在保证具备良好的控制性能和扩展性能的同时，也有助于降低系统成本，有利于推广 使用。附图说明图1为本专利技术智能轮椅的嵌入式控制系统的系统构架框图。图2为本专利技术智能轮椅的嵌入式控制系统改进方案的系统构架框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术智能轮椅的嵌入式控制系统的系统构架如图1所示，包括双核处理器模 块、轮椅驱动模块、距离采集模块、语音采集模块和语音口令数据库模块；所述双核处理器 模块包括相互数据连接的DSP处理器和ARM处理器；轮椅驱动模块与ARM处理器进行数据 连接，用于根据ARM处理器发送的控制信号驱动智能轮椅；距离采集模块与DSP处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新科，高潮，郭永彩，林晓钢，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：