一种基于FPGA的智能轮椅制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于FPGA的智能轮椅，包括轮椅架和安装于轮椅架上的车轮、驱动器组、直流电机组、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。本智能轮椅能观察周围360°视场，方便了解环境情况，并能向任意方向移动，及时避开障碍和危险。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于康复辅具制造
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的问题，本技术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，本技术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I是本技术智能轮椅的结构示意图。图2是本技术智能轮椅中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是本技术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。图I和图2中1.电池，2.电量检测模块，3.供电模块，4. FPGA芯片，5. VGA显示器，6.驱动器组，7.直流电机组，8.轮椅架，9.坐垫，10.靠背，11.操纵杆，12.第一驱动器，13.第二驱动器，14.第三驱动器，15.第一直流电机，16.第二直流电机，17.第三直流电机，18.视频解码芯片，19.全景摄像头，20. ITU656解码模块，21.信号锁定模块，22.复位延迟模块，23. SDRAM存储器，24. SDRAM控制器，25.插值模块，26.色度空间转换模块，27.图像展开算法模块，28. VGA控制器，29. I2C控制器模块，30. VGA控制芯片，31. R S232收发模块，32.串行通信接口，33.输出PWM波模块，34.速度转化为占空比模块，35.增量PID算法模块，36.速度矢量分量模块，37.第三编码信号采集模块，38.第二编码信号采集模块，39.第一编码信号采集模块，40.第三电机编码器，41.第二电机编码器，42.第一电机编码器，43.内嵌RAM模块。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。如图I所示，本技术智能轮椅的结构，包括轮椅架8，轮椅架8上安装有驱动器组6、直流电机组7、坐垫9、靠背10、操纵杆11和三个车轮，该三个车轮采用全向轮；直流电机组7与驱动器组6相连接，直流电机组7由第一直流电机15、第二直流电机16和第三直流电机17组成，驱动器组6由第一驱动器12、第二驱动器13和第三驱动器14组成；驱动器组6中的一个驱动器驱动直流电机组7中的一台直流电机；直流电机组7中的一台直流电机驱动一个车轮。驱动器组6中的三个驱动器分别与FPGA芯片4相连接，FPGA芯片4还分别与VGA显示器5、视频解码芯片18和供电模块3相连接，视频解码芯片18与全景摄像头19相连接，供电模块3通过电量检测模块2由与电池I相连接。本技术智能轮椅中FPGA芯片4的结构，如图2所示，包括依次相连接的ITU656解码模块20、SDRAM控制器24、插值模块25、色度空间转换模块26、图像展开算法模块27、速度矢量分量模块36和RS232收发模块31 ;图像展开算法模块27还分别与内嵌RAM模块43和VGA控制器28相连接；速度矢量分量模块36分别与第一编码信号采集模块39、第二编码信号采集模块38、第一编码信号采集模块37和增量PID算法模块35相连接；第一编码信号采集模块39、第二编码信号采集模块38和第一编码信号采集模块37分别与增量PID算法模块35相连接；增量PID算法模块35与速度转化为占空比模块34相连；速度转化为占空比模块34与输出PWM波模块33相连接；该FPGA芯片4还包括信号锁定模块21和I2C控制器模块29，信号锁定模块21与复位延迟模块22相连。ITU656解码模块20、信号锁定模块21和I2C控制器模块29分别与视频解码芯片18相连接；SDRAM控制器24与SDRAM存储器23相连；VGA控制器28分别与VGA控制芯片30和VGA显示器5相连接，VGA控制芯片30与VGA显示器5相连接；RS232收发模块31与串行通信接口 32相连接；速度矢量分量模块36与操纵杆11信号连接；第一编码信号采集模块39与第一直流电机15上的第一电机编码器42信号连接；第二编码信号米集模块38与第二直流电机16上的第二电机编码器41信号连接；第三编码信号采集模块37与第三直流电机17上的第三电机编码器40信号连接；输出PWM波模块33分别与第一电机驱动器 12、第二电机驱动器13和第三电机驱动器14信号连接。全景摄像头19、视频解码芯片18、ITU656解码模块20、SDRAM控制器24、SDRAM存储器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的智能轮椅，包括轮椅架（8）和安装于轮椅架（8）上的车轮，其特征在于，轮椅架（8）上还安装有驱动器组（6）、直流电机组（7）和操纵杆（11），车轮采用全向轮；驱动器组（6）与直流电机组（7）相连接，直流电机组（7）由与车轮数量相同的直流电机组成，驱动器组（6）由与车轮数量相同的驱动器组成；驱动器组（6）中的一个驱动器驱动直流电机组（7）中的一台直流电机；直流电机组（7）中的一台直流电机驱动一个车轮；驱动器组（6）中的各驱动器分别与FPGA芯片（4）相连接，FPGA芯片（4）还分别与VGA显示器（5）、视频解码芯片（18）和供电模块（3）相连接，视频解码芯片（18）与全景摄像头（19）相连接，供电模块（3）与电池（1）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的智能轮椅，包括轮椅架(8)和安装于轮椅架(8)上的车轮，其特征在于，轮椅架(8)上还安装有驱动器组(6)、直流电机组(7)和操纵杆(11)，车轮采用全向轮；驱动器组(6 )与直流电机组(7 )相连接，直流电机组(7 )由与车轮数量相同的直流电机组成，驱动器组(6)由与车轮数量相同的驱动器组成；驱动器组(6)中的一个驱动器驱动直流电机组(7)中的一台直流电机；直流电机组(7)中的一台直流电机驱动一个车轮；驱动器组(6)中的各驱动器分别与FPGA芯片(4)相连接，FPGA芯片(4)还分别与VGA显示器(5)、视频解码芯片(18)和供电模块(3)相连接，视频解码芯片(18)与全景摄像头(19)相连接，供电模块(3)与电池(I)相连接。2.如权利要求I所述的基于FPGA的智能轮椅，其特征在于，所述的FPGA芯片(4)包括依次相连接的ITU656解码模块(20)、SDRAM控制器(24)、插值模块(25)、色度空间转换模块(26)、图像展开算法模块(27)、速度矢量分量模块(36)和RS232收发模块(31);图像展开算法模块(27 )还分别与内嵌RAM模块(43 )和VGA控制器(28 )相连接；速度矢量分量模块(36)分别与增量PID算法模块(35)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(35)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(35)与速度转化为占空比模块(34)相连；速度转化为占空比模块(34)与输出PW...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴东，谭等泰，王全州，陶中幸，崔涛，刘平和，赵爱芳，陈丽君，安占福，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：实用新型
国别省市：