本实用新型涉及智能控制领域，具体涉及一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅。
背景技术：
由于社会经济、医疗水平与日俱进，全球老龄化人口逐渐增多。国家统计局于2019年初发布的人口数据统计表明我国65岁及以上的人口约占总人口11.9%。
随着科技的发展，为了兼顾残障人士与高龄老人的需求，许多科研人员对现有的电动轮椅进行了智能化开发。在国内外的研究中，2016年geonheelee等设计了一种融合肌电和头部姿态的轮椅控制系统，识别准确率高，使控制效率提高到90%以上；张亚徽等将脑-机接口（brain-computerinterface，bci）与层级地图经融合决策后给出控制指令，使得轮椅在复杂的室内环境中实现了半自主导航；吴佳宝等设计了一种头戴视觉追踪装置，使用者能够通过眼睛的转动控制轮椅的行进。
由上述可见，当前对电动轮椅智能化的研究取得了一定的成果，但对于轮椅的安全性、舒适性和经济实用性等方面还需进一步研究。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅。
本实用新型的技术方案如下：
一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅包括：智能轮椅本体、坐姿识别装置、障碍物识别装置、驱动装置、中心处理器；所述中心处理器分别与坐姿识别装置、障碍物识别装置、驱动装置相连。所述坐姿识别装置包括触摸显示屏、薄膜压力传感器、树莓派、第一单片机控制器。所述障碍物识别装置包括激光雷达，超声波传感器，第二单片机控制器。所述薄膜压力传感器的数量为20个，安装在所述轮椅本体的座椅和靠背上。所述薄膜压力传感器在所述轮椅本体的座椅上为4×4的阵列式布局；在所述轮椅本体的靠背上为1×4的阵列式布局。
所述树莓派与第一单片机控制器安装在所述轮椅本体的座椅靠背后方，第一单片机控制器负责采集使用者不同坐姿下对应薄膜压力传感器的压力值；树莓派负责利用第一单片机控制器采集的压力数据建立坐姿分类模型。第一单片机控制器与树莓派通过串口相连。所述触摸显示屏安装在所述轮椅本体右侧扶手，使用者通过与触摸显示屏的提示信息交互完成坐姿压力数据采集。触摸显示屏与第一单片机控制器通过串口相连。所述激光雷达安装在所述轮椅本体的左侧扶手处距离地面约75cm，负责检测轮椅前方180°范围内的障碍物。所述超声波传感器的数量为6个，安装在所述轮椅本体左右侧的中部约45cm处，负责检测轮椅在转弯过程中较低的障碍物。所述第二单片机与激光雷达与超声波传感器相连，所述第二单片机控制器与激光雷达与超声波传感器相连，负责将激光雷达与超声波传感器反馈的障碍物信息融合后得到障碍物的方位、距离信息，发送给中心处理器。所述中心处理器选用stm32f103单片机。
本实用新型产生的有益效果是：（1）运用坐姿控制轮椅的运动方向，弥补了传统操纵杆控制方式的缺陷，同时为手部肢体残缺的使用者提供了便捷的控制方式；（2）采用薄膜压力传感器监测压力，经济实用，识别准确率高；（3）融合激光雷达和超声波传感器检查障碍物，能掌握障碍物相对轮椅的方位和距离。
附图说明
图1为一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅的侧视图；
图2为一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅的俯视图；
图3为一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅的功能模块图；
图4为一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅的薄膜压力传感器分布图
图中：1、轮椅本体；2、坐姿识别装置；201、触摸显示屏；202、薄膜压力传感器；203、
第一单片机控制器；204、树莓派；3、障碍物识别装置；301、激光雷达；302、超声波传感器；303、第二单片机控制器；4、驱动装置；5、中心处理器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
为了提供一种经济适用、安全性能高的智能轮椅，本实用新型实施例提供了一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，详见下文描述：
参见图1~2，在本实施例中，一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，包含有轮椅本体1、坐姿识别装置2、障碍物识别装置3、驱动装置4、中心处理器5；所述坐姿识别装置2包括触摸显示屏201、薄膜压力传感器202、第一单片机控制器203、树莓派204。所述障碍物识别装置3包括激光雷达301，超声波传感器302，第二单片机控制器303。所述中心处理器5分别与坐姿识别装置2、障碍物识别装置3、驱动装置4相连。所述薄膜压力传感器202的数量为20个，安装在所述轮椅本体1的座椅和靠背上。所述树莓派204与第一单片机控制器203安装在所述轮椅本体1的座椅靠背后方，第一单片机控制器203负责采集使用者不同坐姿下对应薄膜压力传感器的压力值；树莓派204负责利用第一单片机控制器采集的压力数据建立坐姿分类模型。第一单片机控制器203与树莓派204通过串口相连。所述触摸显示屏201安装在所述轮椅本体1右侧扶手，使用者通过与触摸显示屏201的提示信息交互完成坐姿压力数据采集。触摸显示屏201与第一单片机控制器203通过串口相连。所述激光雷达301安装在所述轮椅本体1的左侧扶手处距离地面约75cm，负责检测轮椅前方180°范围内的障碍物。所述超声波传感器302的数量为6个，安装在所述轮椅本体1左右侧的中部约45cm处，负责检测轮椅在转弯过程中较低的障碍物。所述第二单片机控制器303与激光雷达301与超声波传感器302相连，负责将激光雷达301与超声波传感器302反馈的障碍物信息融合，发送给中心处理器5。所述中心处理器5选用stm32f103单片机。所述驱动装置4包括轮椅电机、h桥驱动电路、12v锂电池以及轮椅本体1的主动轮，驱动装置4与中心处理器5连接，通过中心处理器5输出pwm波控制h桥驱动电路工作获得轮椅的不同速度与转角。
参见图4，在本实施例中，坐姿识别装置2中薄膜压力传感器202的布局分为座椅表面和靠背，在所述轮椅本体1的座椅表面上为4×4的阵列式布局；在所述轮椅本体1的靠背上为1×4的行列式布局。
本实用新型工作过程如下：
使用者坐上轮椅后，薄膜压力传感器202的检测到座椅表面的压力值发生变化，触摸显示屏201提示使用者做出五种坐姿姿势：正常、左倾、右倾、前倾、后倾。在使用者每做出一种坐姿姿势后，第一单片机控制器203便采集20个薄膜压力传感器202的电压数据，每种坐姿20组，每组数据包括20个薄膜压力传感器202的电压值。第一单片机控制器203在采集过程中将数据以组为单位发送到树莓派204中进行存储，当所有坐姿的数据采集完成后，树莓派204利用采集到的每种坐姿压力数据训练模型得到坐姿分类器。训练模型完成后，树莓派204向中心处理器5以及第一单片机控制器203发送坐姿分类器建立完成的信息，中心处理器5接收到坐姿分类器建立完成的信息便发送等待启动的信息到第二单片机控制器303，同时第一单片机控制器203发送提示信息到触摸显示屏201提示用户可启动轮椅进行工作。
当使用者点击触摸显示屏201的启动按键后，第一单片机控制器203便开始采集20个薄膜压力传感器202的电压值，同时将启动信息发送至树莓派204，通过树莓派204转发到中心控制器5。中心控制器5收到启动信息后，将启动信息发送至第二单片机控制器303。第二单片机控制器303便开始接收激光雷达301与6个超声波传感器302反馈的信息，通过融合两个传感器的信息后得出障碍物方位信息，同时将障碍物方位信息发送至中心处理器5。中心处理器5根据接收坐姿识别装置2与障碍物识别装置3发送的信息控制驱动装置4进行工作，实现坐姿控制轮椅行进并完成自主避障功能。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于，它包括：智能轮椅本体、坐姿识别装置、障碍物识别装置、驱动装置、中心处理器；所述中心处理器分别与坐姿识别装置、障碍物识别装置、驱动装置相连；所述坐姿识别装置包括触摸显示屏、薄膜压力传感器、树莓派、第一单片机控制器；所述障碍物识别装置包括激光雷达，超声波传感器，第二单片机控制器。
2.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述薄膜压力传感器的数量为20个，安装在所述轮椅本体的座椅和靠背上。
3.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述树莓派与第一单片机控制器安装在所述轮椅本体的座椅靠背后方，第一单片机控制器负责采集使用者不同坐姿下对应薄膜压力传感器的压力值；树莓派负责利用第一单片机控制器采集的压力数据建立坐姿分类模型；第一单片机控制器与树莓派通过串口相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述触摸显示屏安装在所述轮椅本体右侧扶手，使用者通过与触摸显示屏的提示信息交互完成坐姿压力数据采集；触摸显示屏与第一单片机控制器通过串口相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述激光雷达安装在所述轮椅本体的左侧扶手处距离地面约75cm，负责检测轮椅前方180°范围内的障碍物。
6.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述超声波传感器的数量为6个，安装在所述轮椅本体左右侧的中部约45cm处，负责检测轮椅在转弯过程中较低的障碍物。
7.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述第二单片机控制器与激光雷达与超声波传感器相连，负责将激光雷达与超声波传感器反馈的障碍物信息融合后得到障碍物的方位、距离信息，发送给中心处理器。
8.根据权利要求1所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述中心处理器选用stm32f103单片机。
9.根据权利要求2所述的一种基于坐姿识别及自主避障的智能轮椅，其特征在于：所述薄膜压力传感器在所述轮椅本体的座椅上为4×4的阵列式布局；在所述轮椅本体的靠背上为1×4的阵列式布局。
技术总结