基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法

摘要

本发明提供的基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法，预设各个麦克风的触发事项；触发事项包括设置各个直流马达的动作状态；麦克风为多个，且安装在瘫痪者辅助吹控轮椅上；直流马达安装在瘫痪者辅助吹控轮椅的轮子上。获取各个麦克风感应转换得到的吹气量；当吹气量达到触发条件时，执行对应的触发事项，按照所述触发事项驱动对应的直流马达动作。该方法获取用户吹气到麦克风所感应转换得到的吹气量，并根据各个麦克风的吹气量加以识别，以驱动对应的直流马达动作，进而控制轮椅行动。该控制方法简单且易于实现，还藉由一寻找最大吹气量算法，以正确识别用户所选择吹气的麦克风，有效降低多麦克风间吹气时的互相干扰，以提升吹气识别的正确率。

说明书

技术领域

本发明属于医疗辅助设备技术领域，具体涉及基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法。

背景技术

因疾病或意外而造成颈部以下瘫痪的患者,由于只能长期卧病在床，所有日常生活起居都须仰赖家人的照护,无论是病患本身或照护者都是相当艰辛沉重。若能使瘫痪患者能自主行动，不但使其生活质量获得改善，也能减轻家人照护的负担。因此，如何使轮椅这样的行动辅具能适用于仅受限颈部以上活动的瘫痪病友，的确是在健康照护应用上值得研究的课题。

电动轮椅是摆脱传统手摇推进的轮椅型态，但它不适合肢障者或瘫痪者使用。针对此类使用者，目前市面上也有许多辅助控制方式的轮椅产品。例如：舌控轮椅、脑电波控轮椅、吸吹控轮椅等。

其中吸吹控轮椅主要是由使用者嘴含吹气导管，藉由吹气压力操控单一机械式吹气开关的闭合，再利用循环的吹吸动作，以完成轮椅移动或其他功能的切换。其它诸如使用脑波控制轮椅方式，虽然最为直接且符合人性，但无法一体适用于所有人，需要针对不同使用者所撷取的脑波信号先期加以训练学习，且其成本极高尚难以商品化。也有些研究采用麦克风作为吹气感应输入，此类通常需经由信号放大、ADC转换、及数字信号处理等程序，若又有多麦克风输入时，除存在彼此容易相互干扰问题外，且其成本就相对提高。

表1列出了各种现有辅助轮椅的基本控制方法、并针对各种辅助型轮椅的特性加以比较。

表1.各类现有辅助轮椅之比较

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法，利用麦克风接收吹气信号，控制轮椅行动，算法简单。

基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法，包括以下步骤：

预设各个麦克风的触发事项；所述触发事项包括设置两组直流马达的动作状态；所述麦克风为多个，且安装在瘫痪者辅助吹控轮椅上；其中一组直流马达设置连接在瘫痪者辅助吹控轮椅左侧的前轮上，另一组直流马达设置连接在瘫痪者辅助吹控轮椅右侧的前轮上；

获取各个麦克风对应的吹气量；所述吹气量由麦克风感应到的吹气信号经过滤波整形转换得到；

当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项，按照所述触发事项驱动对应的直流马达动作。

优选地，所述吹气信号由用户对着所述麦克风吹气获得。

优选地，所述吹气量为对所述麦克风感应的吹气信号进行滤波整形所获得标准TTL准位的断续感应脉冲信号数量。

优选地，所述触发条件包括长吹触发下限和短吹触发下限；

所述长吹触发下限包括用户长吹麦克风情况下，所述断续感应脉冲信号中连续脉冲数量的下限值；

所述短吹触发下限包括用户短吹麦克风情况下，所述断续感应脉冲信号中连续脉冲数量的下限值；

所述长吹触发下限大于短吹触发下限。

优选地，所述触发事项包括动作触发事项、微调触发事项和停止触发事项；

所述当吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

当所述吹气量达到所述长吹触发下限时，执行该麦克风对应的动作触发事项，包括控制瘫痪者辅助吹控轮椅前进、后退、左转或右转；

当在轮椅移动状态下，所述吹气量小于所述长吹触发下限、且达到所述短吹触发下限时，执行该麦克风对应的停止触发事项，控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止；

当在轮椅停止状态下，瘫痪者辅助吹控轮椅左转或右转的麦克风所获得的吹气量达到所述短吹触发下限时，执行该麦克风对应的微调触发事项，以微调瘫痪者辅助吹控轮椅左偏或右偏的转向角度。

优选地，所述当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

当检测到麦克风的吹气信号经感应转换后存在标准TTL准位脉冲时，判断计数器是否启动；

如果计数器已启动，计数器的计数增加1；

如果计数器未启动，启动计数器计数，设置计数器为1；

当检测到麦克风的吹气信号经感应转换后存在停止计数信号时，停止计数器计数，设置计数器的数值为所述吹气量，并对所述计数器进行清零；所述停止计数信号为在设定的时间内持续保持高电平或低电平；

当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项。

优选地，该方法在所述按照所述触发事项驱动对应的直流马达动作之后，还包括：

获取超声波传感器的输出信号；所述超声波传感器设置于所述瘫痪者辅助吹控轮椅上；

当超声波传感器的输出信号满足预设的障碍物条件或高低落差条件时，判断瘫痪者辅助吹控轮椅周遭存在障碍物，或瘫痪者辅助吹控轮椅当前所在地面高低落差过大；进而生成警示信号，控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止目前的移动。

优选地，所述生成警示信号具体包括：

控制设置在瘫痪者辅助吹控轮椅的蜂鸣器或喇叭启动，发出警示信号。

优选地，所述当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

获取所有麦克风的吹气量，识别出最大吹气量所属的麦克风；

判断该最大的吹气量是否达到预设的触发条件，如果是，执行该麦克风对应的触发事项。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法，获取用户吹气到麦克风所感应转换得到的吹气量，并根据各个麦克风所感应转换得到的吹气量加以识别，以驱动对应的直流马达动作，进而控制轮椅行动。该控制方法简单且易于实现，同时该方法通过寻找最大吹气量算法，以正确识别用户所选择吹气的麦克风，能有效降低多麦克风间吹气时的互相干扰，以提升吹气识别的正确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例一提供的方法流程图。

图2为实施例三提供的麦克风的吹气信号感应转换为吹气量的流程图。

图3为实施例四提供的障碍物或高低落差判断的方法流程图。

图4为实施例四提供的寻找最大吹气量的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例一：

基于瘫痪者辅助吹控轮椅的控制方法，参见图1，包括以下步骤：

S1：预设各个麦克风的触发事项；所述触发事项包括设置两组直流马达的动作状态；所述麦克风为多个，且安装在瘫痪者辅助吹控轮椅上；其中一组直流马达设置连接在瘫痪者辅助吹控轮椅左侧的前轮上，另一组直流马达设置连接在瘫痪者辅助吹控轮椅右侧的前轮上；

具体地，不同的麦克风的触发事项不相同。例如假设所述麦克风为4个，分别控制轮椅前进、后退、左转和右转。控制轮椅前进，需要同时控制两组直流马达的转向为正转，且转速相同。控制轮椅后退，需要同时控制两组直流马达的转向为反转，且转速相同。例如控制轮椅前进中左转，需要同时控制两组直流马达的转向为正转，且轮椅上右侧前轮上的马达转速大于左侧前轮上的马达转速。控制轮椅前进中右转，需要同时控制两组直流马达的转向为正转，且轮椅上左侧前轮上的马达转速大于右侧前轮上的马达转速。此外，两组马达的转速差将可决定轮椅偏转的角度。

所述麦克风应尽量靠近用户的嘴部设置，这样瘫痪者辅助吹控轮椅只需嘴部轻吹气，且头部不需大幅度的转动，将使瘫痪者更加容易操控。

S2：获取各个麦克风对应的吹气量；所述吹气量由麦克风感应到的吹气信号经过滤波整形转换得到；

具体地，所述吹气信号由用户对着所述麦克风吹气获得。当用户对着麦克风吹气时，藉由气流振动，麦克风感应微弱信号，得到吹气信号。所述滤波整形包括首先过滤掉麦克风输出信号中的直流成分，然后通过电压跟随器对负输入信号处理的特性，使其转换为一连串断续感应脉冲，最后可采用史密特触发缓冲器或反向器，将断续感应脉冲加以整形为标准TTL信号。

S3：当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项，按照所述触发事项驱动对应的直流马达动作。

具体地，当所述吹气量达到预设的触发条件时，说明该麦克风接收到了足够强的吹气信号，用户对着该麦克风吹气，此时应执行对应的触发事项，例如当控制轮椅前进的麦克风接收到的吹气信号足够强时，驱动对应的直流马达动作，控制轮椅前进。

该控制方法，获取用户吹气到麦克风所感应转换得到的吹气量，并根据各个麦克风所感应转换得到的吹气量加以识别，以驱动对应的直流马达动作，进而控制轮椅行动，该控制方法简单且易于实现。

实施例二：

实施例二在实施例一的基础上，还增加以下内容：

所述吹气量为对所述麦克风的吹气信号进行滤波整形获得的标准TTL准位的断续感应脉冲信号数量。

具体地，将麦克风所感应的吹气信号转化为TTL脉冲信号数量，以利后续控制器的判别与处理。

优选地，所述触发条件包括长吹触发下限和短吹触发下限；

所述长吹触发下限包括用户长吹麦克风情况下，所述断续感应脉冲信号中连续脉冲数量的下限值；

所述短吹触发下限包括用户短吹麦克风情况下，所述断续感应脉冲信号中连续脉冲数量的下限值；

所述长吹触发下限大于短吹触发下限。

具体地，如果用户的对着麦克风长吹气时，接收到经感应转换后的连续脉冲数量较大，短吹气时，接收到经感应转换后的连续脉冲数量较小。所以长吹触发下限大于短吹触发下限。该方法可以通过长吹气和短吹气来分别控制轮椅执行不同的动作。

优选地，所述触发事项包括动作触发事项、微调触发事项和停止触发事项；

所述当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

当所述吹气量达到所述长吹触发下限时，执行该麦克风对应的动作触发事项，包括控制瘫痪者辅助吹控轮椅前进、后退、左转或右转；

具体地，该方法在判断出用户的对着麦克风长吹气时，控制瘫痪者辅助吹控轮椅前进、后退、左转或右转。当吹气量达到长吹触发下限时，说明用户对着该麦克风长吹气。例如用户对着控制轮椅前进的麦克风长吹气时，控制轮椅前进。如果对着控制轮椅左转的麦克风长吹气时，控制轮椅左转。

当在轮椅移动状态下，所述吹气量小于所述长吹触发下限、且达到所述短吹触发下限时，执行该麦克风对应的停止触发事项，控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止。

当在轮椅停止状态下，瘫痪者辅助吹控轮椅左转或右转的麦克风所获得的吹气量达到所述短吹触发下限时，执行该麦克风对应的微调触发事项，以微调瘫痪者辅助吹控轮椅左偏或右偏的转向角度。

具体地，该方法在轮椅行进或后退中判断出用户对着任一麦克风短吹气时，控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止行动。或是在轮椅停止状态下，短吹气至代表左转或右转的麦克风，以微调轮椅左偏或右偏的转向角度。该步骤可以当检测到任意一个麦克风短吹气时，依据轮椅目前状态，控制轮椅停止，或微调轮椅左右偏转的角度。所述吹气量中连续脉冲数量小于所述长吹触发下限、且达到所述短吹触发下限时，说明用户对着麦克风短吹气。例如：假设长吹触发下限为100，短吹触发下限为50，当吹气量中连续脉冲数量大于100时，用户长吹气。当吹气量中连续脉冲数量小于100、大于50时，用户短吹气。

该方法通过用户长吹气和短吹气来控制直流马达执行不同的操作，控制方法简单灵活。

本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

实施例三：

实施例三在其他实施例的基础上，增加以下内容：

参见图2，所述当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

S11：当检测到麦克风的吹气信号经感应转换后存在标准TTL准位脉冲时，判断计数器是否启动；

具体地，该方法对吹气量中存在TTL脉冲进行计数。

S12：如果计数器已启动，计数器的计数增加1；

S13：如果计数器未启动，启动计数器计数，设置计数器为1；

具体地，当检测到吹气量存在一个标准TTL准位脉冲时，如果是第一个脉冲，启动计数器开始计数，否则计数器增加1。当用户对着麦克风吹气时，吹气信号转换成TTL脉冲信号后，计数器能够实时对TTL脉冲信号的脉冲数计数，用于判断用户是否吹气以及吹气的持续时间。

S14：当检测到麦克风的吹气信号经感应转换后存在停止计数信号时，停止计数器计数，设置计数器的数值为所述吹气量，并对所述计数器进行清零；所述停止计数信号为在设定的时间内持续保持高电平或低电平；

具体地，当用户没有对着麦克风吹气时，麦克风输出的信号经感应转换后保持为高电平或低电平。所以当检测到吹气量中存在持续的高电平或低电平超过预定的时间时，认为用户停止吹气，此时停止计数，计数器的数据即为吹气量，计数器的数值越大，说明用户吹气时间越长。计数器的数值越小，说明用户吹气时间越短。

S15：当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项。

该方法通过计数器来记录用户吹气的时间长短，算法简单。

本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

实施例四：

实施例四在其他实施例的基础上，增加以下内容：

参见图3，该方法在所述按照所述触发事项驱动对应的直流马达动作之后，还包括：

S21：获取超声波传感器的输出信号；所述超声波传感器设置于所述瘫痪者辅助吹控轮椅上；

具体地，超声波传感器用于检测瘫痪者辅助吹控轮椅周遭是否存在障碍物，或瘫痪者辅助吹控轮椅当前所在地面高低落差过大。

S22：当超声波传感器的输出信号满足预设的障碍物条件或高低落差条件时，判断瘫痪者辅助吹控轮椅周遭存在障碍物，或瘫痪者辅助吹控轮椅当前所在地面高低落差过大；

S23：生成警示信号。

具体地，如果超声波检测到瘫痪者辅助吹控轮椅周遭存在障碍物，或瘫痪者辅助吹控轮椅当前所在地面高低落差过大时，生成警示信号，控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止目前的移动，提醒用户注意或进行预警。此时，不管用户对着任何一麦克风吹气，都不驱动轮椅往障碍物或高低落差大的方向移动。

优选地，所述生成警示信号具体包括：

控制设置在瘫痪者辅助吹控轮椅的蜂鸣器或喇叭启动，发出警示信号。

具体地，当瘫痪者辅助吹控轮椅周边存在障碍物，或瘫痪者辅助吹控轮椅当前所在地面高低落差过大时，可以通过蜂鸣器或喇叭提醒用户注意，并控制瘫痪者辅助吹控轮椅停止目前的移动。

所述当所述吹气量达到预设的触发条件时，执行该麦克风对应的触发事项具体包括：

获取所有麦克风的吹气量，识别出最大吹气量所属的麦克风；

判断该最大的吹气量是否达到预设的触发条件，如果是，执行该麦克风对应的触发事项。

具体地，如果设有多个麦克风，当吹气时，彼此邻近的麦克风也容易感应到吹气信号。因此该方法还进行吹气最大量判别算法的处理，用于降低多麦克风吹气辨识的干扰，进而正确判定感应吹气麦克风的位置。在进行一次吹气判断时，获取所有麦克风的吹气量，并识别出最大吹气量所属的麦克风，其他麦克风都认为是邻近的受干扰的麦克风，软件处理时将不予理会。参见图4，首先判断各个麦克风的吹气信号经感应转换后是否存在标准TTL准位脉冲，如果存在，各个麦克风分别对其脉冲数量进行计数，例如用户想要吹控制轮椅左转的麦克风A，但是与该麦克风A邻近的麦克风B、麦克风C都收到吹气信号时，麦克风A、麦克风B和麦克风C分别启动对应的计数器计数。当所有的麦克风都不再检测到有吹气信号输入后，从各麦克风所对应的计数器中找出其计数值最大的麦克风，例如：用户对着麦克风A吹气，麦克风A感应到的吹气信号应该是最强的，转换后的吹气量应该是最大的，邻近的麦克风转换后的吹气量均小于麦克风A的吹气量。

该方法避免了由于吹气而造成邻近麦克风的误感应，降低多麦克风吹气辨识的干扰。

本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。