一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质

本发明涉及辅助性移动设备，特别涉及一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、电动轮椅的普及满足了广大腿脚不便人群的出行需求，这种轮椅能够应对大部分室内外场景，然而面对一些需要越过台阶等障碍物的情况，轮椅就显得比较被动。虽然大型商场等一部分功能场所已经在设计时考虑了无障碍通道的修建，但现实生活中依然有很多地方没有相应的无障碍通道。这时，一款具有自主越障功能的轮椅显得尤为重要。

2、一般为了能够越过更高的障碍，一些商家采用了更大的轮毂电机，这虽然会提高轮椅越障的高度，然而轮毂电机尺寸增大的同时会带来一些其他的问题。比如，1）使轮椅重量增加，导致轮椅更加笨重，更难携带和操控；2）轮毂电机尺寸的增大会影响轮椅的重心和稳定性，尤其在转弯和突然变向时，过高的重心会让轮椅发生侧翻或前后倾倒；3）大尺寸的轮毂电机会降低轮椅的机动性能，如在狭窄空间或者需频繁转弯的环境中更难操作。

3、也有一些基于履带式或者行星轮式等的越障轮椅，然而这种轮椅仅仅在一些特殊场景下比普通轮椅性能要好些。但在日常使用中，轮椅是在水泥路面或者一些其他结构化路面上工作，这时这些特种轮椅的优势就没那么明显，同时这些特种轮椅为了完成越障功能，通常其结构设计的极其复杂，成本高，而且对于越障，这些特种轮椅也只能越过特定高度内的障碍，不能随着障碍物高度的变化灵活提高越障高度，尤其是对于一些较高台阶的跨越，显得有些无力，这种结构相对复杂且该复杂结构只实现了单一的越障功能、越障高度有限的轮椅很难实际推广和应用。

技术实现思路

1、为了实现本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种电动轮椅的自主越障控制方法，包括以下步骤：

2、获取轮椅底盘前方与障碍物的距离，记为第一距离；

3、若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令，则进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动；

4、控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方；

5、控制轮椅继续往前运动，实时更新所述第一距离，直至所述第一距离达到进入越障程序阈值时，控制轮椅停止运动；

6、控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合；

7、控制所述前脚踏板伸长，直至所述第一距离发生突变时，控制所述前脚踏板停止伸长；

8、驱动后轮往前运动，并根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间后停止运动，以使前轮达到障碍物上表面；

9、控制座椅旋转第二预设角度后停止，然后控制所述前脚踏板伸长，同时监测底盘的俯仰角度；

10、若底盘的俯仰角度达到预设角度范围，则控制所述前脚踏板停止伸长，驱动前轮往前运动，并实时获取底盘后方与地面的距离，记为第二距离；

11、若所述第二距离发生突变，则控制前轮停止运动，控制所述前脚踏板收缩到收起状态；

12、控制所述座椅反方向旋转所述第二预设角度，实现自主越障。

13、进一步地，在所述控制前脚踏板旋转第一预设角度，以使所述前脚踏板绕到障碍物上方步骤之后还包括以下步骤：

14、获取底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，记为第三距离；

15、判断所述第三距离是否达到越障极限阈值；

16、若所述第三距离达到越障极限阈值，则退出自主越障流程；

17、若所述第三距离未达到越障极限阈值，则继续执行所述控制轮椅继续往前运动步骤。

18、进一步地，所述控制前脚踏板旋转第一预设角度包括以下步骤：

19、控制所述前脚踏板逆时针转动第一预设角度。

20、进一步地，所述控制所述前脚踏板转动直至所述前脚踏板底部与障碍物上表面贴合包括以下步骤：

21、控制所述前脚踏板顺时针转动；

22、若所述前脚踏板与所述前脚踏板下方的支撑轮之间的压力数据瞬时升高超过阈值，或所述前脚踏板顺时针转动角度达到第一预设角度，或，控制所述前脚踏板的旋转机构中电机的电流值超过阈值，则控制所述前脚踏板停止转动。

23、进一步地，所述第一距离发生突变的判断包括以下步骤：

24、判断所述第一距离是否超过前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

25、若所述第一距离超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制所述前脚踏板停止伸长；

26、若所述第一距离未超过所述前轮抬起高度阈值，或所述第一距离在单位时间内变化量未超过预设值，则控制所述前脚踏板继续伸长。

27、进一步地，所述根据后轮驱动速度控制后轮运动设定时间包括以下步骤：

28、获取前轮距离障碍物上表面的预设距离；

29、通过所述预设距离与所述后轮驱动速度计算后轮运动时间。

30、进一步地，所述第二距离发生突变的判断包括以下步骤：

31、判断所述第二距离是否达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量是否超过预设值；

32、若所述第二距离达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量超过预设值，则控制前轮停止运动；

33、若所述第二距离未达到后轮高度阈值，或所述第二距离在单位时间内变化量未超过预设值，则驱动前轮继续往前运动。

34、进一步地，在所述若所述第一距离达到越障阈值且接收到前进指令之后还包括以下步骤：

35、控制轮椅往前运动预设距离，并在轮椅往前运动的过程中实时更新所述第一距离；其中，所述预设距离小于所述越障阈值与所述进入越障程序阈值的差值；

36、若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量小于预设变化量，则调整所述前脚踏板，以使所述前脚踏板不遮挡测距传感器；

37、若在轮椅往前运动的过程中所述第一距离在单位时间内的变化量不小于预设变化量，则继续执行所述进入自主越障程序流程，控制轮椅停止运动步骤。

38、本发明的第二目的是提供一种电动轮椅，应用上述的方法，包括底盘模块、座椅以及前脚踏板、惯性传感器、第一前测距传感器、后测距传感器、第一转动机构、第二转动机构、伸缩模块，所述底盘模块包括多个独立驱动的轮毂电机、底盘、用于驱动轮毂电机的轮毂电机驱动器以及主控芯片块，所述座椅与所述底盘转动连接，所述前脚踏板与所述座椅转动连接，所述第一前测距传感器、所述后测距传感器、所述伸缩模块安装在所述底盘上；

39、所述第一转动机构用于带动所述座椅旋转；

40、所述伸缩模块用于带动所述前脚踏板伸缩运动；

41、所述第二转动机构用于带动所述前脚踏板旋转；

42、所述惯性传感器用于测量轮椅倾斜角度；

43、所述第一前测距传感器用于测量底盘前方与障碍物的距离；

44、所述后测距传感器用于测量底盘后方与地面的距离；

45、所述主控芯片用于根据底盘前方与障碍物的距离、底盘后方与地面的距离、轮椅倾斜角度控制所述第一转动机构、所述伸缩模块、所述第二转动机构、所述轮毂电机驱动器，以实现轮椅自主越障。

46、进一步地，所述第一转动机构包括电机、齿轮组，所述电机与所述主控芯片通信连接，所述齿轮组与所述底盘的支撑架、所述座椅连接，所述电机通过所述齿轮组带动所述座椅旋转。

47、进一步地，所述伸缩模块包括丝杆模组、滑台、推杆芯棒，所述丝杆模组末端电机将转动转换成所述滑台的直线往复运动，所述滑台带动所述前脚踏板实现伸缩功能；

48、所述推杆芯棒用于定位、导向以及承受侧向载荷；

49、所述第二转动机构包括电机、齿轮箱，所述第二转动机构中的电机将动力输出给所述齿轮箱以带动所述丝杆模组端部的轴绕轴心转动，从而带动所述前脚踏板旋转。

50、进一步地，还包括运动控制模块、显示模块，所述运动控制模块用于控制轮椅的运动，所述显示模块用于显示轮椅运行数据以及开启自主越障功能。

51、进一步地，还包括支撑轮，所述支撑轮安装在所述前脚踏板的下方；

52、还包括第二前测距传感器，所述第二前测距传感器与所述主控芯片通信连接，所述第二前测距传感器用于检测所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离，所述主控芯片根据所述底盘的支撑架上预设位置与障碍物的距离判断障碍物高度是否超过轮椅越障极限。

53、本发明的第三目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现上述的方法。

54、本发明的第四目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现上述的方法。

55、与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

56、本发明提供一种电动轮椅及其自主越障控制方法、设备及存储介质，能够越过较高障碍物，该轮椅采用常规级大小的轮毂电机，通过前脚踏板可旋转可升降的结构来支撑前轮越过障碍，座椅可通过旋转在前轮越障完成后支撑后轮抬起，完成后轮的越障。本发明能够保证采用较小尺寸的轮毂电机的同时能越过较高障碍，避免了因重心过高导致发生翻车的问题，同时该电动轮椅结构不仅能用于越障，其前脚踏板的可旋转可升降功能能够适应不同身高及腿长的人群使用。座椅的全方位旋转能够让使用者在任意方向上下轮椅，而无需移动轮椅本身，也可以方便地与周围人员或者环境交流和互动以及进行日常活动，例如桌上取餐、开门拿取物品等场景，无需移动整个轮椅，提高了使用者的舒适度和自主性。

57、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。