智能轮椅控制系统研究

对于包括老年人或者残疾人在内的行动不便人群，轮椅作为重要代步工具，在日常生活中扮演着重要的角色。如何设计出更好的智能轮椅，以及有效的轮椅控制方案和交互操作方式，为行动不便人群提供更加高效、更加安全的出行服务具有十分重要的意义。本文研究了轮椅控制结构、轮椅控制模式、轮椅状

现有的智能轮椅控制器控制形式单一，大多通过操纵杆、按钮等传统设备对轮椅进行控制，缺乏智能性，且控制接口封闭，加大了外部控制信号接入轮椅的难度。鉴于此，研发多模式控制的智能轮椅控制系统，为行动不便人群提供宜人的轮椅设备就显得尤为重要。同时，考虑到轮椅运行的安全状态，将开展主动介入式控制和轮椅状态监测的研究。鉴于需要智能轮椅做实时的健康监护，考虑到能耗问题， 我们使用电动轮椅自带的蓄电池为智能移动系统供电，有效地解决了长期监护能量消耗过大的问题。

2. 多模式轮椅控制器 现今的人机交互方式多种多样，随着传感器技术的发展，智能感知设备也越来越多，因此设计一款开放接口的智能轮椅控制系统具有极大的应用价值。但目前各种传感器和感知设备的智能性还不足，单一的采用外部的感知设备实现轮椅的智能控制还有一定难度，同时安全性也难以保证。

针对这些问题提出一种多模式的轮椅控制方法，在现有电动轮椅的基础上，加入语音、手势和手机遥控等控制方式，增强轮椅的可交互性，提高轮椅的智能性。

2.1. 轮椅控制器结构 轮椅控制器结构包括微控制器、主动控制模块、外部信号控制模块、报警与显示模块和电源模块， 轮椅控制器结构框图如图1 所示。主动控制模块包括操纵杆、开关按钮和调档按钮；外部信号控制模块包括无线通信模块和外部感知设备，外部感知设备可实时监测轮椅周围的环境情况，将此情况进行分析后通过无线通信模块对轮椅进行智能控制，并且在出现异常情况时，将异常信息通过无线通信模块发送到微控制器；轮椅状态监测包括轮椅速度检测模块和加速度传感器模块，结合轮椅速度和加速度信号可以判断轮椅的运行状态是否异常，如速度过快、轮椅翻倒等；微控制器结合轮椅周围环境的异常和轮椅运行状态异常进行分析，进而判断轮椅当前是否可能处于危险情况，然后通过报警显示模块对轮椅使用者进行提醒，避免危险的发生[1]。

2.2. 轮椅控制模式 轮椅有两种控制模式：主动控制模式，使用者通过操纵面板手动控制，操纵面板上设有按钮和操纵杆；智能控制模式，通过外部环境传感器采集的信号自动控制；启动轮椅时自动进入智能控制模式；智能控制模式下，实时判断是否存在异常情况，若存在，则报警，提醒使用者进行主动操控；在使用者对操纵面板有输入信号时进入主动控制模式；主动控制模式下，在一段时间内操纵杆信号的幅度均小于预设的幅度阈值，则自动切换为智能控制模式。