阅读说明：本技术 一种电动轮椅定位跟踪与操控系统 (Electric wheelchair positioning tracking and control system ) 是由 赵安 陈希真 赵丽萍 彭涛 茅卫华 王勇 王均海 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：一种电动轮椅定位跟踪与操控系统,基于无线网络的电动轮椅定位跟踪与操控系统由智能手机终端、轮椅终端和接口组成；1)电动轮椅定位跟踪与操控系统定位操控智能手机APP,在智能手机中与轮椅终端关联后实现轮椅位置跟踪、周边环境视频显示、视音频通话、行驶路径偏离报警、轮椅终端云台控制、远程轮椅操控功能；2)轮椅终端由多模定位系统、视音频系统、网络通信系统和视音频系统云台组成,系统具有设置家庭位置、行驶障碍安全距离设置与报警、路径规划与导航、一键求助与报警、一键回家、视音频通信功能；3)轮椅终端与轮椅间的接口遵循标准总线协议。(An electric wheelchair positioning, tracking and controlling system based on a wireless network is composed of a smart phone terminal, a wheelchair terminal and an interface; 1) the electric wheelchair positioning tracking and control system positions and controls the smart phone APP, and after the electric wheelchair positioning tracking and control system is associated with a wheelchair terminal in the smart phone, wheelchair position tracking, peripheral environment video display, video and audio call, driving path deviation alarm, wheelchair terminal cradle head control and remote wheelchair control functions are realized; 2) the wheelchair terminal is composed of a multimode positioning system, a video-audio system, a network communication system and a video-audio system holder, wherein the system has the functions of setting the home position, setting and alarming the safe distance of a driving obstacle, planning and navigating a path, seeking help and alarming by one key, returning home by one key and video-audio communication; 3) the interface between the wheelchair terminal and the wheelchair follows a standard bus protocol.)

一种电动轮椅定位跟踪与操控系统

技术领域

本发明涉及一种低速运动(5-10km/h)的电动轮椅的智能终端，尤其是电动轮椅的定位跟踪与导航方法与操控系统。

背景技术

电动轮椅是下肢行走障碍(失能或部分失能)人士的理想代步工具，但是一旦残障人士独自出门，家人便产生各种担心，路上是否安全？身体状态如何？能否记得回家的路？此项发明的目的，一是利用定位及通信技术能让家人实时掌握轮椅的位置和行驶路径，二是通过视频系统能使家人实时了解残障人士的状态和当前周边环境，三是通过一键设置回家路线并远程操控轮椅行驶。

目前电动轮椅手动操控技术成熟，基于北斗、GPS等多模定位技术也非常成熟，基于全网的视频监控技术成熟，电动轮椅与控制终端的接口技术也没有困难。本发明的技术基础相对完善，主要是技术集成发明。

发明内容

本发明目的是，提出一种电动轮椅定位跟踪与操控系统。

本发明的技术方案是，一种电动轮椅定位跟踪与操控系统，基于无线网络的电动轮椅定位跟踪与操控系统由智能手机终端、轮椅终端和接口组成；

1)电动轮椅定位跟踪与操控系统简称定位操控智能手机APP，在智能手机中与轮椅终端关联后可实现轮椅位置跟踪、周边环境视频显示、视音频通话、行驶路径偏离报警、轮椅终端云台控制、远程轮椅操控等功能。

2)轮椅终端由多模定位系统、视音频系统、网络通信系统和云台等组成，研制的软件系统具有设置家庭位置、行驶障碍安全距离设置与报警、路径规划与导航、一键求助与报警、一键回家、视音频通信等功能。

3)轮椅终端与轮椅间的接口遵循标准总线协议。

有益效果：本发明可以用于电动轮椅厂家直接制造成手动/远程操控双工产品，也可用于对老旧电动轮椅的改装，主要解决下肢行走失能人士家庭实时掌握电动轮椅行驶状态和周边环境的难题，对提升这类家庭的生活幸福感具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为轮椅定位操控APP流程图；

图3为轮椅终端框图；

图4为软件系统流程图；

图5为电子地图规划出了由A点出发，经C点过马路再折返回家的路径。

具体实施方式

总体结构组成，图1中，电动轮椅定位跟踪与操控系统由智能手机终端、轮椅终端和接口组成。

1)手机终端APP：具备轮椅位置跟踪、周边环境视频显示，音视频通话、行驶路线偏离报警、轮椅终端云台控制、远程轮椅操控等功能。

具备设置家庭位置、行驶障碍安全距离设置与报警、路径规划与导航、一键求助与报警、一键回家、视音频通信等功能。

2)轮椅定位操控APP

在智能手机中与轮椅终端关联后可实现轮椅位置跟踪、周边环境视频显示、视音频通话、行驶路径偏离报警、轮椅终端云台控制、远程轮椅操控等功能。其软件流程图2示下：

3)轮椅终端

(一)硬件组成

由多模定位单元、视音频交互单元、环境探测单元、轮椅显示与控制终端、轮椅操控驱动单元和云台等组成。研制的软件系统具有设置家庭位置、行驶障碍安全距离设置与报警、路径规划与导航、一键求助与报警、一键回家、视音频通信等功能。

轮椅终端与轮椅间的接口遵循标准总线协议。

其中，多模定位单元由北斗和GPS定位系统提供准确的轮椅位置信息，用于轮椅使用者确定自己的地理位置和给家人显示轮椅位置；环境探测单元由视频探头和测距仪组成，用于观测轮椅行驶环境和探测障碍物的危险距离；视音频交互单元由摄像头和拾音头组成，用于轮椅使用者与轮椅终端和家人沟通，可以设置轮椅行驶路径、控制轮椅行驶方向和速度、求助等；云台用于控制轮椅终端的旋转与俯仰；轮椅操控驱动单元主要将轮椅使用者或家人通过远程控制下达的轮椅行驶方向与速度信息变换为轮椅行驶驱动设备的控制信息；显示与控制终端由定制IPAD并集成多模定位单元、视音频交互单元、环境探测单元、轮椅操控驱动单元组成，安装在云台之上，具有网络通信功能，具有触摸控制和语音控制操作，用于人与轮椅的交互与控制。

(二)软件系统流程图

具有设置家庭位置、行驶障碍安全距离设置与报警、路径规划与导航、一键求助与报警、一键回家、视音频通信等功能。其流程图如下：

家庭地址设置支持输入地理经纬度坐标和图3上标注。

巡航速度不得超过轮椅规定速度。

120、110、119公共应急电话出厂已强制预置。

关键技术是当按下“一键回家”后，系统要按照非机动车行驶规划出路径，并自动驱动轮椅行驶，且具有一定的自动示警和避障功能。

自动行驶基本算法：

如图5，按下“一键回家”后，系统要按照非机动车行驶(电子地图，可采用现有的)规划出了由A点出发，经C点过马路再折返回家的路径。此时A点便作为第一个标准地理坐标值(设其经纬度值分别为X₀，Y₀)，以当前位置和下一个拐弯点确定行驶方向，如下式

H₁＝arctan(X_c-X₀)/(Y_c-Y₀)，H₁＝90°

则该轮椅应当继续向东行驶，当轮椅经t分钟到达B点时，定位单元可以获得一个实时位置信息(设为X_b，Y_b),而t时刻的标准位置应当是(X_t，Y_t)。

其中X_t＝X₀+siaH₁Vt＝X₀+Vt(V为轮椅速度)，

Y_t＝Y₀+cosH₁Vt＝Y₀

则偏差量ΔX＝X_b-X_t

ΔY＝Y_b-Y_t

相对东经北纬区域，若ΔX﹥0则经向超前，ΔX＜0则经向滞后，

若ΔY﹥0则纬向超前，ΔY＜0则纬向滞后，

纠偏策略：

若ΔX﹥0，且ΔY﹥0则向右小角度转向，略减速，

若ΔX﹥0，且ΔY＜0则向左小角度转向，略减速，

若ΔX＜0，且ΔY﹥0则向右小角度转向，略加速，

若ΔX＜0，且ΔY＜0则向左小角度转向，略加速；

由于t取值较小(几分钟的时间，加减速可能保证在时间内反应)，根据微分原理，通过不断纠偏或根据电子地图可以确保轮椅行驶在既定路径上，乘车者能主动监控。

遇到障碍时，停车将自动扣除所用时间，从而不影响推算结果。