智能輪椅自動跟蹤看護人系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉公開了一種輪椅四周設置傳感器測距裝置和防碰撞裝置、輪椅下部設有防跌落裝置分別與人員識別系統相連，人員識別系統與操縱桿及電機驅動器相連；人員識別系統包括視覺傳感器、圖像檢測識別處理器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口UART電路；所述的視覺傳感器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口UART電路分別與圖像檢測識別處理器相連，視覺傳感器采集的圖像信息發送到圖像檢測識別處理器，圖像檢測識別處理器識別處理傳輸至遠程終端，并驅動操縱桿及電機驅動器運動。本實用新型可以保障被看護者的安全；通過及時追蹤看護人，實現看護人照顧多人效果，同時被看護人之間可以進行聊天、交流，解決了現實生活中護理人員較少、無法實時了解被看護人的狀態的問題，同時可以提高被看護人的生活情趣。
【專利說明】
智能輪椅自動跟蹤看護人系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于非電變量的控制或調節系統，更具體地涉及一種智能輪椅自動跟蹤看護人系統。
【背景技術】
[0002]聯合國發表報告指出:當二^^一世紀上半葉到來時，全球人口將增加0.6倍，而老年人口將增加2.3倍，老年人口占總人口的比例將上升到20%。也就是說，全世界人口老齡化進程正在加快，今后50年內，60歲以上的人口比例預計將會翻一番。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，截至2011年末，中國大陸60歲及以上老年人口達1.85億，占總人口的13.7%，另外，具2010年10月在北京舉辦的首屆中國老齡產業高峰論壇上有關資料顯示，預計到2040年中國將有3.9億老人，預計到2050年65歲以上老年人口占總人口比例近1/4，80歲以上老人將超過I億。而我國的殘疾人，具中國殘疾人聯合會根據第六次全國人口普查我國總人口數，及第二次全國殘疾人抽樣調查我國殘疾人占全國總人口比例和各類殘疾人占殘疾人總人數比例，推算2010年年末全國殘疾人總數為8502萬人，其中肢體殘疾人數為2472萬人。
[0003]為了給老年人和殘障人士提供性能優越的代步工具，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行了研究。智能輪椅是將智能機器人技術應用于電動輪椅，并且融合了機器視覺、機器人導航和定位、模式識別、多傳感器融合及人機接口等，主要涉及機械、控制、傳感器、人工智能等技術。目前，智能輪椅的研究主要集中體現在導航系統，運動控制系統和人機接口三個方面。事實上，智能輪椅的智能更多的體現在輪椅與使用者之間和諧的交互上，所以友好的人機接口已成為實現智能輪椅主要功能的關鍵。
[0004]鑒于智能輪椅人機接口的重要性，世界各地的研究者都對其進行了深入的研究，主要有基于身體運動、頭部運動、呼吸運動、觸摸屏、語音、計算機視覺和生物肌電信號等的人機接口。其中基于計算機視覺的人機接口又可以細分為基于手部姿態、頭部姿態、眼睛凝視、口形、臉部方向等的人機接口。
[0005]上述智能輪椅人機接口的研究主要指的是智能輪椅與其使用者(被看護人，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家庭照料和醫療看護方面的最佳情調，人們開始研究智能輪椅與看護人之間的人機交互，即智能輪椅能夠自動跟蹤看護人。這類交互可以使看護人員同時照顧多位坐在輪椅上的老年人或殘疾人，提高效率；同時，這些被看護人還可以進行相互交談，或者做一些讀書、看報等娛樂的事情。所以，研究這類具有自動跟蹤看護人功能的智能輪椅具有重要的理論意義和實踐意義。
【實用新型內容】
[0006]1、本實用新型的目的。
[0007]為了實現輪椅可以與看護人(護士)進行交互，自動跟蹤看護人的目的，而提出了一種智能輪椅自動跟蹤看護人系統。
[0008]2、本實用新型所采用的技術方案。
[0009]智能輪椅自動跟蹤看護人系統，輪椅四周設置傳感器測距裝置和防碰撞裝置、輪椅下部設有防跌落裝置分別與人員識別系統相連，人員識別系統與操縱桿及電機驅動器相連；
[0010]人員識別系統包括視覺傳感器、圖像檢測識別處理器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口 UART電路；
[0011]所述的視覺傳感器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口UART電路分別與圖像檢測識別處理器相連，視覺傳感器采集的圖像信息發送到圖像檢測識別處理器，圖像檢測識別處理器識別處理傳輸至遠程終端，并驅動操縱桿及電機驅動器運動。
[0012]優選的，還包括供電電源，所述的供電電源經一電源監控復位電路為系統供電。
[0013]優選的，所述的防碰撞裝置設于輪椅的四周，包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開關與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關動作，并將開關信號傳輸給人員識別系統。
[0014]優選的，所述的供電電源由電壓芯片TPS75003RHLR和電源管理芯片TPS62040構成，具有 1.2V、1.8V、3.3V 輸出。
[0015]優選的，所述圖像檢測識別處理器為TMS320DM6446芯片。
[0016]優選的，所述的DDR2存儲器由兩片K4T51163QD-hcf7構成。
[0017]優選的，所述的防跌落裝置包括由設置在輪椅底部的紅外測距傳感器構成，其探測方向為使紅外線斜向前下方射出，防跌落裝置與人員識別系統相連。
[0018]優選的，電機驅動器包含渦輪渦桿離合器和直流電機。
[0019]優選的，所述的傳感器測距裝置由若干個聲納測距傳感器和紅外測距傳感器組成。
[0020]3、本實用新型的有益效果。
[0021]通過本實用新型對輪椅的結構設計，可以更好地保障被看護者的安全;并且通過及時追蹤看護人，實現看護人照顧多人效果，解決了現實生活中護理人員較少、無法實時了解被看護人的狀態的問題。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的邏輯機構圖。
[0023]圖2背景運動估計與補償的結構框圖。
【具體實施方式】
實施例
[0024]本實用新型的智能輪椅自動跟蹤看護人的運動，首先智能輪椅必須能夠識別看護人，在本項目中采用智能輪椅車載的視覺傳感器進行看護人的識別。當智能輪椅在跟隨看護人運動的時候，智能輪椅所攜帶的視覺傳感器也在動，這樣就會使看護人在圖像上產生的變化與背景自身產生的變化混淆在一起，因此看護人的識別就會變得非常的復雜。
[0025]如圖1所示，本實用新型智能輪椅自動跟蹤看護人系統，輪椅四周設置傳感器測距裝置和防碰撞裝置、輪椅下部設有防跌落裝置、供電電源分別與人員識別系統相連。人員識別系統與操縱桿及電機驅動器相連;人員識別系統包括視覺傳感器、圖像檢測識別處理器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口UART電路;視覺傳感器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口 UART電路分別與圖像檢測識別處理器相連，視覺傳感器采集的圖像信息發送到圖像檢測識別處理器，圖像檢測識別處理器識別處理傳輸至遠程終端，并驅動操縱桿及電機驅動器運動。防碰撞裝置設于輪椅的四周，包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開關與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關動作，并將開關信號傳輸給人員識別系統。供電電源由電壓芯片TPS75003RHLR和電源管理芯片TPS62040構成，具有1.2￥、1.8￥、3.3￥輸出。圖像檢測識別處理器為TMS320DM6446芯片;DDR2存儲器由兩片K4T51163QD-hcf7構成；防跌落裝置包括由設置在輪椅底部的紅外測距傳感器構成，其探測方向為使紅外線斜向前下方射出，防跌落裝置與人員識別系統相連；電機驅動器包含渦輪渦桿離合器和直流電機;傳感器測距裝置由若干個聲納測距傳感器和紅外測距傳感器組成。
[0026]看護人的識別這個復雜的過程中存在著兩種運動，一種是全局運動，描述的是背景的變化過程，這主要是由于視覺傳感器的運動而引起的；另一種是局部運動，描述的是運動目標的運動過程，即看護人的運動。為了從變化的背景中檢測出看護人，可以分為兩個過程:背景運動的估計與補償和看護人的識別。
[0027]背景運動估計與補償包含運動估計和運動補償兩個過程。目前運動估計的方法主要有:傅立葉變換的相位相關法，基于特征匹配的方法，灰度投影法，塊匹配法，光流場法等。其中，特征匹配法具有對灰度變化、圖像的平移和旋轉變化、圖像的遮擋變化等具有很好的適應性而得到了廣泛的應用。主要研究了基于特征匹配的方法，針對該方法中實時性較低的問題，提出了一種基于brisk算子的基于特征點的背景運動補償方法。該方法首先通過brisk算子提取和匹配相鄰兩幀圖像的特征點，并通過ransac算法對匹配點對進行提純，然后利用最小二乘法計算出相鄰幀視頻的運動矢量，最后利用雙線性內插法對視頻序列進行補償。仿真結果表明，由于在該方法中采用了brisk算子，可以使實時性提高到ms級，能夠滿足運動背景補償的實時性要求。算法的結構框圖如圖2所示。
【主權項】
1.一種智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:輪椅四周設置傳感器測距裝置和防碰撞裝置、輪椅下部設有防跌落裝置分別與人員識別系統相連，人員識別系統與操縱桿及電機驅動器相連； 人員識別系統包括視覺傳感器、圖像檢測識別處理器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口 UART電路； 所述的視覺傳感器、無線傳輸電路、DDR2存儲器、串口UART電路分別與圖像檢測識別處理器相連，視覺傳感器采集的圖像信息發送到圖像檢測識別處理器，圖像檢測識別處理器識別處理傳輸至遠程終端，并驅動操縱桿及電機驅動器運動。2.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:還包括供電電源，所述的供電電源經一電源監控復位電路為系統供電。3.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述的防碰撞裝置設于輪椅的四周，包括緩沖桿、回位彈簧和碰撞開關，回位彈簧連接在緩沖桿與車體之間，碰撞開關與回位彈簧相連由回位彈簧觸動其開關動作，并將開關信號傳輸給人員識別系統。4.根據權利要求2所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述的供電電源由電壓芯片TPS75003RHLR和電源管理芯片TPS62040構成，具有1.2V、1.8V、3.3V輸出。5.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述圖像檢測識別處理器為TMS320DM6446芯片。6.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述的DDR2存儲器由兩片K4T51163QD-hcf7構成。7.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述的防跌落裝置包括由設置在輪椅底部的紅外測距傳感器構成，其探測方向為使紅外線斜向前下方射出，防跌落裝置與人員識別系統相連。8.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:電機驅動器包含渦輪渦桿離合器和直流電機。9.根據權利要求1所述的智能輪椅自動跟蹤看護人系統，其特征在于:所述的傳感器測距裝置由若干個聲納測距傳感器和紅外測距傳感器組成。
【文檔編號】G05D1/02GK205665587SQ201620493966
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】雷艷敏, 馮志彬, 吉淑嬌, 杜麗敏, 關秀麗
【申請人】長春大學