一种多功能家庭陪护智能轮椅及其控制方法与流程

本发明涉及智能辅助出行设备，具体涉及一种多功能家庭陪护智能轮椅及其控制方法。

背景技术：

1、随着人口老龄化的加剧，老年人及行动不便者对智能辅助出行设备的需求日益增长。传统的轮椅多为手动或简单的电动驱动，缺乏智能化交互和环境感知能力，在复杂的家庭环境中行驶时，安全性与便捷性难以得到充分保障。

2、现有的智能轮椅在路径规划和避障功能上仍存在局限，往往无法根据实时障碍物信息灵活调整行驶路线。此外，单一的移动功能难以满足用户在日常生活中抓取物品、防倾倒保护以及电池智能管理等多样化陪护需求，导致用户的使用体验受限。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能家庭陪护智能轮椅及其控制方法，其能够实现精准的路径规划与动态避障，并集成多种辅助功能以提升使用的安全性和多功能性。

2、本发明采用如下技术方案实现：

3、一种多功能家庭陪护智能轮椅，包括：轮椅主体，被配置为承载人体；人机交互模块，设置在所述轮椅主体上，被配置为与用户进行交互并接受用户输入的控制指令和/或用户输入的实时运动指令；行走机构，设置在所述轮椅主体底部；障碍检测装置，设置于所述轮椅主体上，被配置为检测障碍物并将障碍物信息反馈；以及中央控制单元，分别与所述人机交互模块、所述行走机构和所述障碍检测装置通信连接；其中，所述中央控制单元被配置为具有第一模式和第二模式；在所述第一模式下，所述中央控制单元根据所述控制指令及障碍物信息规划行驶路径并控制所述行走机构按照规划的行驶路径行驶或停驻；在所述第二模式下，所述中央控制单元根据所述人机交互模块接收的实时运动指令控制所述行走机构行驶或停驻；所述第二模式的优先级高于所述第一模式，当所述中央控制单元在所述第一模式下运行过程中接收到所述第二模式的实时运动指令时，断开所述第一模式的运行并切换至所述第二模式。

4、优选地，所述障碍检测装置包括雷达检测装置和双目摄像头；所述雷达检测装置被配置为精确测量障碍物的距离、方位及运动状态，所述双目摄像头被配置为获取障碍物的三维环境图像及语义信息；所述中央控制单元被进一步配置为：将所述雷达检测装置反馈的距离、方位及运动状态信息与所述双目摄像头获取的三维环境图像及语义信息进行数据融合，并根据融合后的信息重新规划行驶路径。

5、优选地，所述人机交互模块包括触控屏以及控制摇杆；所述触控屏用于接受用户输入的控制指令，所述控制摇杆用于接受用户输入的实时运动指令。

6、优选地，所述行走机构包括：一对前轮，被配置为控制方向，其中所述一对前轮为麦克纳姆轮；一对后轮；以及电机，所述电机与所述一对后轮啮合，被配置为驱动所述一对后轮运行；其中，所述一对前轮、一对后轮以及所述电机均受控于所述中央控制单元。

7、优选地，还包括一对辅助轮，一对辅助轮分别从一对电机向所述智能轮椅后端延伸而出，被配置为防止所述智能轮椅在上坡时向后倾倒。

8、优选地，机械臂，其一端与所述轮椅主体连接，所述机械臂具有多节可控轴，被配置为转向不同角度方向；以及机械手，与所述机械臂的另一端连接，被配置为抓取物品。

9、一种多功能家庭陪护智能轮椅的控制方法，应用于如上任一所述的多功能家庭陪护智能轮椅，所述控制方法包括：由所述人机交互模块与用户进行交互并接受用户输入的控制指令和/或用户输入的实时运动指令；由所述障碍检测装置检测障碍物并将障碍物信息反馈至所述中央控制单元；由所述中央控制单元在第一模式下根据所述行驶路径控制所述行走机构自主行驶或停驻；以及在接收到实时运动指令时，由所述中央控制单元触发优先级仲裁，断开所述第一模式的运行并切换至第二模式，在所述第二模式下根据所述实时运动指令控制所述行走机构行驶或停驻。

10、优选地，所述行走机构包括麦克纳姆前轮、后轮及电机，所述智能轮椅还包括还包括一对辅助轮，一对辅助轮分别从一对电机向所述智能轮椅后端延伸而出；所述方法还包括：由所述中央控制单元控制所述前轮和所述电机协同实现全向移动，并在上坡时由所述辅助轮提供向上的支撑力矩以防止所述智能轮椅向后倾倒。

11、优选地，所述智能轮椅还包括具有多节可控轴的机械臂及机械手，所述人机交互模块包括触控屏以及控制摇杆；所述触控屏用于接受用户输入的控制指令，所述控制摇杆用于接受用户输入的实时运动指令；所述方法还包括：触控屏用于接受用户输入的取物指令，切换至取物模式，当接收到取物指令时，由所述控制摇杆控制所述机械臂转向目标空间坐标，并由所述机械手闭合抓取物品。

12、优选地，所述障碍检测装置包括雷达检测装置和双目摄像头；所述雷达检测装置被配置为精确测量障碍物的距离、方位及运动状态，所述双目摄像头被配置为获取障碍物的三维环境图像及语义信息；所述中央控制单元被进一步配置为：将所述雷达检测装置反馈的距离、方位及运动状态信息与所述双目摄像头获取的三维环境图像及语义信息进行数据融合，并根据融合后的信息重新规划行驶路径；所述方法还包括：由所述人机交互模块动态显示所述规划好的行驶路径及当前位置；以及由所述中央控制单元根据所述融合后的信息，在检测到无法绕行的危险障碍时触发碰撞预警或自动紧急制动。

13、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

14、通过障碍检测装置与中央控制单元的协同工作，实现了智能化的路径规划与动态避障，显著提升了轮椅在家庭环境中的行驶安全性和自主性。

15、通过集成机械臂、机械手以及防后倾的延伸臂与辅助轮结构，不仅扩展了轮椅的辅助作业能力，还增强了其在复杂地形（如上坡）下的机械稳定性。

16、通过中央控制单元将所述雷达检测装置反馈的距离、方位及运动状态信息与所述双目摄像头获取的三维环境图像及语义信息进行数据融合，这种多维度的数据融合不仅显著提高了路径规划的鲁棒性，还确保了第一模式下的自主行驶能够实时绕过潜在风险区域。

1.一种多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，所述障碍检测装置包括雷达检测装置和双目摄像头；所述雷达检测装置被配置为精确测量障碍物的距离、方位及运动状态，所述双目摄像头被配置为获取障碍物的三维环境图像及语义信息；

3.如权利要求1所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，所述人机交互模块包括触控屏以及控制摇杆；所述触控屏用于接受用户输入的控制指令，所述控制摇杆用于接受用户输入的实时运动指令。

4.如权利要求1所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，所述行走机构包括：一对前轮，被配置为控制方向，其中所述一对前轮为麦克纳姆轮；一对后轮；以及电机，所述电机与所述一对后轮啮合，被配置为驱动所述一对后轮运行；其中，所述一对前轮以及所述电机均受控于所述中央控制单元。

5.根据权利要求1所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，还包括一对辅助轮，一对辅助轮分别从一对电机向所述智能轮椅后端延伸而出，被配置为防止所述智能轮椅在上坡时向后倾倒。

6.根据权利要求1所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，还包括：机械臂，其一端与所述轮椅主体连接，所述机械臂具有多节可控轴，被配置为转向不同角度方向；以及机械手，与所述机械臂的另一端连接，被配置为抓取物品。

7.一种多功能家庭陪护智能轮椅的控制方法，应用于如权利要求1至6中任一项所述的多功能家庭陪护智能轮椅，其特征在于，所述控制方法包括：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述行走机构包括麦克纳姆前轮、后轮及电机，所述智能轮椅还包括还包括一对辅助轮，一对辅助轮分别从一对电机向所述智能轮椅后端延伸而出；所述方法还包括：由所述中央控制单元控制所述前轮和所述电机协同实现全向移动，并在上坡时由所述辅助轮提供向上的支撑力矩以防止所述智能轮椅向后倾倒。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述智能轮椅还包括具有多节可控轴的机械臂及机械手，所述人机交互模块包括触控屏以及控制摇杆；所述触控屏用于接受用户输入的控制指令，所述控制摇杆用于接受用户输入的实时运动指令；所述方法还包括：触控屏用于接受用户输入的取物指令，切换至取物模式，当接收到取物指令时，由所述控制摇杆控制所述机械臂转向目标空间坐标，并由所述机械手闭合抓取物品。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述障碍检测装置包括雷达检测装置和双目摄像头；所述雷达检测装置被配置为精确测量障碍物的距离、方位及运动状态，所述双目摄像头被配置为获取障碍物的三维环境图像及语义信息；