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专利号: 2022104908161
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,包括:

主控组件(10)、摄像头IMU坐标定位组件(20)、编码器组件(30)及可伸缩背夹组件(40);其中,

所述可伸缩背夹上组件(40)固定于电动轮椅靠背后;

所述编码器组件(30)安装于电动轮椅的车架上,用于获取电动机转动速度;

所述摄像头IMU坐标定位组件(20)安装于摄像头扶手上,用于获取摄像头数据和IMU数据;

所述主动组件(10)安装于可伸缩背夹上组件(40)上,分别与所述摄像头IMU坐标定位组件(20)和编码器组件(30)连接,且所述主动组件(10)通过带刻度的摄像头IMU数据线与所述摄像头IMU坐标定位组件连接;所述带刻度的摄像头IMU数据线在电动轮椅扶手及靠背端呈水平状态,于扶手及靠背相接处呈90度直角设置,用于完成摄像头IMU坐标定位组件(20)于电动轮椅上的定位;所述主动组件(10)基于所述摄像头IMU坐标定位组件(20)获取的数据对电动轮椅的姿态进行估计,建立地图、规划行进路线及对电机进行控制;所述主动组件(10)还基于所述编码器组件(30)获取的电机转动速度得到电动轮椅的转动速度。

2.如权利要求1所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,

所述可伸缩背夹组件(40)包括主控盒安装背架(401)、背架端伸缩内杆(403)、伸缩外杆(404)、车架固定端伸缩内杆(405),所述主控盒安装背架(401)焊接4个背架端伸缩内杆(403),同时背架端伸缩内杆(403)与车架固定端伸缩内杆(405)同时被伸缩外杆(404)嵌套;车架固定端伸缩内杆(405)通过将背架组件(40)牢牢固定在电动轮椅靠背后;

伸缩杆组件结构包括伸缩内杆与伸缩外杆(404),伸缩内杆包括滑道(406)、弹簧卡扣(408)、弹簧卡扣塞(407);伸缩外杆包括分布在两端的卡齿(409)与卡扣槽(410);卡齿(409)与滑道(406)配合可以实现伸缩杆长度的调节,卡齿(409)与弹簧卡扣(408)的配合实现伸缩杆长度的限位与解除限位。

3.如权利要求2所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,

所述摄像头IMU坐标定位组件(20)包括摄像头IMU本体(201)、摄像头IMU固定上支架(202)、数据线定位支架(203)、摄像头IMU与数据线定位固定下支架(204),带刻度的摄像头IMU数据线(205);其中,摄像头IMU本体(201)与背夹(204)和摄像头IMU本体(201)固定上支架(202)连接、摄像头IMU固定上支架(202)与摄像头IMU与数据线定位固定下支架(204)通过连接固定在电动轮椅扶手前端;

带刻度的摄像头IMU数据线(205)穿过摄像头IMU与数据线定位固定下支架(204)的数据线限位孔,同时穿过数据线定位支架(203)的数据线限位孔,数据线定位支架(203)固定在电动轮椅扶手的近靠背端;带刻度的摄像头IMU数据线(205)通过数据线定位固定下支架(204)的数据线限位孔与数据线定位支架(203)的数据线限位孔,使摄像头IMU数据线在电动轮椅扶手以及靠背端呈现水平状态;通过将摄像头IMU与数据线定位固定下支架(204)固定在轮椅扶手上,使得带刻度的摄像头IMU数据线在车扶手与背架上形成90度角的直角。

4.如权利要求3所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,

所述主控组件(10)包括:主控盒(101),上位机、下位机、数据线绕线器(104),其中,上位机、下位机、数据线绕线器(104)都固定在对应的槽中,主控盒用来放置以上组件,其中上位机集成有LTE模块、WIFI模块、USB接口、串口模块、RTK模块,提供主控组件与服务器、手机端、摄像头IMU本体(201)、下位机、RTK基站的数据通讯;下位机集成有控制芯片与下位机驱动模块,用于驱动电动轮椅电机与接收上位机发送的速度与转角命令。

5.如权利要求4所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,所述主控组件(10)中上位机中包括由室内规划单元和室外规划单元组成的建图定位与导航模块,其中,所述室内规划单元接收到摄像头IMU坐标定位组件(20)采集的数据后,将摄像头数据与IMU数据进行特征提取与匹配、通过VIO紧耦合数据融合将摄像头数据与IMU数据进行融合计算姿态变化,得到不同时刻摄像头间的运动关系,通过估计的轨迹,建立与任务要求对应的地图;

所述室外规划单元通过车载RTK单元从RTK基站分析得出高精度定位,将高精度定位与高精度地图结合,获得在室外轮椅定位与地图,并将所建地图与定位数据经过路径规划单元规划出合理的轮椅行进路径;最后将路径规划的轨迹转化为当前电动轮椅行进的速度与方向通过串口将数据发送给下位机驱动模块。

6.如权利要求5所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,所述下位机驱动模块,收到上位机通过串口发送的速度与方向数据将数据通过协议解析后传入差分驱动模型,通过差分驱动模型将电动轮椅的方向与速度信息转化为电动轮椅左右轮的转动速度;将左右轮的转动速度经过PID算法进行速度环调节输出当前左右轮所需PWM信号控制左右轮的转动,其中组件(30)获取电机的转速数据通过参数校准设置中传入的轮子半径的计算将电机的转速转化为电动轮椅左右轮的转动速度。

7.如权利要求6所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,所述物联网轮椅智能导航系统中还包括由控制与显示模块、路径选择控制单元、轮椅参数校准单元及下位机数据回显单元,其中,轮椅参数校准单元用于获取电动轮椅的最大半径、轮椅轮子半径、摄像头IMU坐标定位组件(20)所测量的摄像头位置数据;路径显示与控制单元用于将定位与建图数据进行可视化地图转换,将转换的地图与路径数据传入控制与显示模块;下位机数据回显单元用于将下位机轮椅轮子转速与电机状态数据传入控制与显示模块。

8.如权利要求7所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,所述物联网轮椅智能导航系统中还包括由手机图显单元、安全报警单元及远程监护单元组成的物联网模块,其中,手机图显单元通过接收控制与显示模块的数据并通过WIFI模块发送给外界手机端,同时接收通过手机端发送来的控制命令;

安全报警单元通过分析IMU数据确定当前电动轮椅位姿;当轮椅位姿出现异常情况将警报信息通知给使用者的家属或相应的社区或管理人员;

远程监护单元,可以将摄像头数据使用LET模块通过运营商网络将视频数据发送给远程服务器,远程服务器将视频数据发送给远程访问的终端,实现远程监控的作用;同时远程终端可以将控制命令通过远程服务器经过运营商网络发送给LET模块,远程监护单元通过解码LET模块的命令计算相应的动作,并将当前需要的速度与转角发送给下位机驱动模块。

9.如权利要求8所述的物联网轮椅智能导航系统,其特征在于,所述物联网轮椅智能导航系统中还包括手机端,手机端地图显示路径选择与电动轮椅控制,通过控制与显示模块完成电动轮椅初始化参数的采集、地图与可选路径的可视化、以及下位机数据的收集。

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