本實(shí)用新型屬于非電變量的控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，更具體地涉及一種主動跟蹤智能輪椅。

背景技術(shù)：

全世界人口老齡化進(jìn)程正在加快，今后50年內(nèi)，60歲以上的人口比例預(yù)計(jì)將會翻一番。而我國是人口最多的國家，老齡化和殘疾是我們不得不面對的重大問題，預(yù)計(jì)到2040年中國將有3.9億老人，預(yù)計(jì)到2050年65歲以上老年人口占總?cè)丝诒壤?/4，80歲以上老人將超過1億。而我國的殘疾人，具中國殘疾人聯(lián)合會根據(jù)第六次全國人口普查我國總?cè)丝跀?shù)，及第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查我國殘疾人占全國總?cè)丝诒壤透黝悮埣踩苏細(xì)埣踩丝側(cè)藬?shù)比例，推算2010年年末全國殘疾人總數(shù)為8502萬人，其中肢體殘疾人數(shù)為2472萬人。

為了給老年人和殘障人士提供性能優(yōu)越的代步工具，幫助他們提高行動自由度及重新融入社會的能力，因此許多國家都對智能輪椅進(jìn)行了研究。智能輪椅是將智能機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于電動輪椅，并且融合了機(jī)器視覺、機(jī)器人導(dǎo)航和定位、模式識別、多傳感器融合及人機(jī)接口等，主要涉及機(jī)械、控制、傳感器、人工智能等技術(shù)。目前，智能輪椅的研究主要集中體現(xiàn)在導(dǎo)航系統(tǒng)，運(yùn)動控制系統(tǒng)和人機(jī)接口三個(gè)方面。事實(shí)上，智能輪椅的智能更多的體現(xiàn)在輪椅與使用者之間和諧的交互上，所以友好的人機(jī)接口已成為實(shí)現(xiàn)智能輪椅主要功能的關(guān)鍵。

鑒于智能輪椅人機(jī)接口的重要性，世界各地的研究者都對其進(jìn)行了深入的研究，主要有基于身體運(yùn)動、頭部運(yùn)動、呼吸運(yùn)動、觸摸屏、語音、計(jì)算機(jī)視覺和生物肌電信號等的人機(jī)接口。其中基于計(jì)算機(jī)視覺的人機(jī)接口又可以細(xì)分為基于手部姿態(tài)、頭部姿態(tài)、眼睛凝視、口形、臉部方向等的人機(jī)接口。

專利CN 203122803 U公開了一種跟蹤座椅，包括輪椅和安裝在輪椅上的萬向輪，所述的輪椅的左輪和右輪上分別安裝有直流電機(jī)，該跟蹤座椅還包括設(shè)置在輪椅椅背上的測距傳感器、圖像采集器、驅(qū)動器和微處理器，其中測距傳感器、圖像采集器和驅(qū)動器分別與微處理器連接，驅(qū)動器的輸出端連接直流電機(jī)。

專利CN 204319102 U 涉及智能輪椅領(lǐng)域，包括車體、控制器、操作裝置、人機(jī)交互裝置、自主導(dǎo)航裝置、電源、電機(jī)、連個(gè)驅(qū)動輪和兩個(gè)從動輪，車體包括側(cè)面框架、底座和與底座相連的腳踏板，控制器和操作裝置位于側(cè)面框架的一側(cè)、人機(jī)交互裝置和電源設(shè)置于側(cè)面框架的另一側(cè)、電機(jī)設(shè)置于底座后部，并與驅(qū)動輪相連，操作裝置設(shè)置有操縱桿，用于操作輪椅的移動方向，自主導(dǎo)航裝置設(shè)置有若干紅外傳感器和超聲波傳感器，并設(shè)置于車體正面和背面，人機(jī)交互裝置包括操作屏、揚(yáng)聲器、LCD和LED燈。

專利CN 204932035 U提供一種集搖柄、控制板和信號跟蹤器于一身的輪椅控制器和使用該輪椅控制器的輪椅。包括搖柄，具有半球形把手，設(shè)在控制器主題的后部，所述的半球形把手突出設(shè)置于所述控制器主體上表面；操作部設(shè)有多個(gè)按鈕，設(shè)在所述的控制器中提的前部，所述多個(gè)按鈕設(shè)置于所述控制器主體上表面；固定座，設(shè)在所述的控制器主體底部，用于將該輪椅控制器固定到輪椅上。

專利CN 205322640 U提供一種自主跟蹤式智能輪椅，控制結(jié)構(gòu)包括主控制器、電機(jī)驅(qū)動模塊、帶霍爾元件的無刷直流電機(jī)、驅(qū)動輪、遙控模塊、自主跟蹤系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及避障系統(tǒng)。所述的電機(jī)驅(qū)動模塊、遙控模塊、自主跟蹤系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及避障系統(tǒng)均與主控制器相連，主控制器通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制所述直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。所述自主跟蹤系統(tǒng)包括紅外通信模塊、人體紅外傳感器和超聲波傳感器。紅外通信模塊為一級跟蹤模塊，人體紅外傳感器為二級跟蹤模塊，一級跟蹤優(yōu)先于二級跟蹤，超聲波傳感器確保輪椅和人體始終保持一定的距離。

上述智能輪椅人機(jī)接口的研究主要指的是智能輪椅與其使用者（被看護(hù)人，即坐在輪椅上的老年人或殘疾人）之間的交互，為了提高智能輪椅在跟蹤過程中的協(xié)調(diào)性以及智能化，本實(shí)用新型提出了一種既能跟蹤使用者又能跟蹤看護(hù)者的智能化跟蹤輪椅，并能夠?qū)崟r(shí)切換識別，提高輪椅使用的便利性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、本實(shí)用新型的目的。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)既能跟蹤使用者又能跟蹤看護(hù)者，而提出的一種主動跟蹤智能輪椅。

2、本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案。

本實(shí)用新型公開了一種主動跟蹤智能輪椅，包括人體識別系統(tǒng)、傳感器測距裝置、防碰撞裝置、防跌落裝置、熱傳感裝置；

人體識別系統(tǒng)包括視覺傳感器、處理器、無線傳輸電路、DDR2 存儲器、串口UART電路、主被動切換電路；

熱傳感裝置與人體識別系統(tǒng)的主被動切換電路相連，熱傳感裝置包括遠(yuǎn)紅外探頭、放大器、比較器、控制器和延時(shí)器等電路組成；紅外探頭可伸縮及旋轉(zhuǎn)設(shè)置，位于輪椅扶手下方；人體識別系統(tǒng)感應(yīng)人體移動探測時(shí)間，主被動探測切換電路切換主動和被動探測模式，當(dāng)t＜T 時(shí)活動頻繁，人體識別系統(tǒng)驅(qū)動熱傳感裝置被動探測，t≥T時(shí)視為靜止，人體識別系統(tǒng)驅(qū)動熱傳感裝置主動探測；通過熱傳感裝置可以有效探測輪椅使用者以及看護(hù)者與輪椅的相對運(yùn)動，使輪椅識別更加靈敏可靠。

所述的視覺傳感器、無線傳輸電路、DDR2 存儲器、串口UART電路分別與處理器相連，視覺傳感器采集的圖像信息發(fā)送到處理器，處理器識別處理傳輸至遠(yuǎn)程終端，并驅(qū)動操縱桿及電機(jī)驅(qū)動器運(yùn)動。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，輪椅四周設(shè)置防碰撞裝置、與人體識別系統(tǒng)相連，人體識別系統(tǒng)與操縱桿及電機(jī)驅(qū)動器相連。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的人體識別系統(tǒng)的處理器采用AT89C51單片機(jī)處理器。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的熱傳感裝置的輸出脈沖經(jīng)反相后送至AT89C51 的12 腳，二極管D、繼電器Kl、三極管T 和電阻R2 組成主被動探測切換電路，當(dāng)紅外探頭探測到人體信號，12 腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)P2.7 送出低電平，驅(qū)動繼電器使開關(guān)Kl－l 閉合。在需要主動探測時(shí)，單片機(jī)從P2.0 和P2.1 兩個(gè)I/O 口輸出信號控制主動探測電路工作。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，還包括供電電源，所述的供電電源經(jīng)一電源監(jiān)控復(fù)位電路為系統(tǒng)供電。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的防碰撞裝置設(shè)于輪椅的四周，包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關(guān)，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開關(guān)與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關(guān)動作，并將開關(guān)信號傳輸給人體識別系統(tǒng)。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的供電電源由電壓芯片TPS75003RHLR 和電源管理芯片TPS62040 構(gòu)成，具有1.2V、1.8V、3.3V 輸出。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的DDR2 存儲器由兩片K4T51163QD-hcf7 構(gòu)成。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的電機(jī)驅(qū)動器包含渦輪渦桿離合器和直流電機(jī)。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式，所述的傳感器測距裝置由若干個(gè)聲納測距傳感器和紅外測距傳感器組成。

3、本實(shí)用新型的有益效果。

本實(shí)用新型通過人體識別系統(tǒng)、熱傳感裝置，實(shí)現(xiàn)圖像跟蹤處理以及主動被動紅外探測綜合跟蹤方法，既能有效跟蹤看護(hù)者又能識別使用者使用輪椅或者離開輪椅的動作，通過圖像跟蹤和主被動紅外探測可提高探測的靈敏度，提高輪椅使用的可靠性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

主動探測能準(zhǔn)確地檢測出人體信息，即在人體活動相對頻繁時(shí)，采用被動探測，否則使用主動探測。設(shè)智能開關(guān)在人離開后延遲斷開的延時(shí)為T，人體相鄰兩次活動的間隔時(shí)間為t，當(dāng)t＜T 時(shí)表示活動頻繁，t≥T時(shí)視為靜止，兩種探測的轉(zhuǎn)換由單片機(jī)判斷控制。

人體感應(yīng)智能控制器由熱傳感裝置、單片機(jī)電路、開關(guān)驅(qū)動電路、主動探測驅(qū)動電路和電源電路組成。人體信息經(jīng)紅外傳感電路獲取，經(jīng)熱傳感裝置處理產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電信號送入單片機(jī)電路。為增強(qiáng)信號感應(yīng)靈敏度和擴(kuò)大感測范圍，必須在探頭前加裝菲涅爾透鏡，為克服遠(yuǎn)紅外探頭的被動特性，擬為探頭安裝電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)。單片機(jī)電路是本機(jī)的控制核心，它首先對熱傳感裝置輸出的信號進(jìn)行處理判斷，然后根據(jù)判斷結(jié)果輸出開關(guān)驅(qū)動和主動探測電動機(jī)啟停的控制信號。電源電路產(chǎn)生幾種直流電壓為整機(jī)供電。

熱傳感裝置由遠(yuǎn)紅外探頭、放大器、比較器、控制器和延時(shí)器等電路組成，該電路可用運(yùn)放LM324 或熱釋電傳感器專用模塊設(shè)計(jì)，使用SN9201 專用模塊設(shè)計(jì)的電路。SN9201專用模塊結(jié)構(gòu)完整、功能齊全，所需的外圍元件少，可完成信號的高倍率線性放大、雙向鑒幅、信號處理、延遲定時(shí)和封鎖定時(shí)等功能。當(dāng)人體進(jìn)入探測電路感應(yīng)區(qū)，紅外探頭PIR 將菲涅爾透鏡聚焦的人體遠(yuǎn)紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號送入SN9201 的14 腳，經(jīng)SN9201 內(nèi)部電路處理后得到標(biāo)準(zhǔn)信號，從2 腳輸出。

調(diào)節(jié)R5 或R7 的比值可分別改變內(nèi)部兩級放大器的增益，即改變信號的感應(yīng)強(qiáng)度；Rl0、C7 構(gòu)成延時(shí)電路，調(diào)節(jié)Rl0 可改變輸出脈沖寬度，即改變工作延時(shí)，因本系統(tǒng)的延時(shí)由單片機(jī)控制，故此處延時(shí)應(yīng)盡量縮短；9 腳是觸發(fā)禁止端或功能擴(kuò)展端，在A、B 間接入不同的元器件可增加不同的附加控制功能。

單片機(jī)選用美國Atmel 公司生產(chǎn)的AT89C51，其基本電路有晶體振蕩電路（由x、Cl、C2 構(gòu)成）、上電自動復(fù)位電路（由C3、Rl 構(gòu)成）。熱傳感裝置的輸出脈沖經(jīng)反相后送至AT89C51 的12 腳。二極管D、繼電器Kl、三極管T 和電阻R2 組成開關(guān)驅(qū)動電路，當(dāng)紅外探頭探測到人體信號，12 腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)P2.7 送出低電平，驅(qū)動繼電器使開關(guān)Kl－l 閉合。在需要主動探測時(shí)，單片機(jī)從P2.0 和P2.1 兩個(gè)I/O 口輸出信號控制主動探測電路工作。

紅外探頭通過減速裝置或平移架與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動，主動探測時(shí)可作180 °來回旋轉(zhuǎn)或來回平移，驅(qū)動信號輸入端接單片機(jī)的P2.0 和P2.1 腳，當(dāng)單片機(jī)P2.0 為高電平，而P2.1 為低電平時(shí)，T1、T4 導(dǎo)通，T2、T3 截止，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)單片機(jī)P2.0 為低電平，而P2.1 為高電平時(shí)，T1、T4 截止，T2、T3 導(dǎo)通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，P2.0 和P2.1 的電平變化及電動機(jī)每次轉(zhuǎn)動的時(shí)間由單片機(jī)控制。

具體探測方法：

設(shè)探頭相鄰兩次感應(yīng)觸發(fā)的間隔時(shí)間為t，智能開關(guān)在人離開后延遲斷開的延時(shí)為120 s，探測思路及要求如下：

（1）單片機(jī)上電復(fù)位后，掃描檢測中斷口INTO，一旦檢測到人體感應(yīng)觸發(fā)信號，P2.7 輸出低電平并開始計(jì)時(shí)，開關(guān)K1－l閉合且延續(xù)。

（2）如t＜100 s，則當(dāng)?shù)诙涡盘柕竭_(dá)時(shí)，P2.7 繼續(xù)輸出低電平，并重新計(jì)時(shí)，K1－l 繼續(xù)閉合。

（3）如100 s≤T≤l20 s，單片機(jī)在計(jì)時(shí)到100 s 時(shí)，P2.0、P2.1 輸出信號控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動遠(yuǎn)紅外探頭作主動探測，若檢測到人體信號，則讓電動機(jī)停轉(zhuǎn)，且使P2.7 的狀態(tài)同Ⅱ.Ⅳ計(jì)時(shí)至120 s 時(shí)如仍未接收到觸發(fā)信號，說明人已離去，則電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，P2.7 停止輸出信號，K1－l 斷開，系統(tǒng)恢復(fù)初態(tài)，等待下次控制。