本發(fā)明屬于智能輪椅領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著老年化的進(jìn)程快步向前，對老年人和殘障人士的關(guān)心越來越獲得社會和政府的關(guān)注。作為上班族的子女，能放在老年人身上的時間很少；或由于經(jīng)濟(jì)條件的原因，社工的人數(shù)普遍不足，導(dǎo)致跟不上老年人和殘障人士的個性化服務(wù)需求。目前，輪椅不能依據(jù)人的需求提供實(shí)時地智能調(diào)控服務(wù)。

對于行動不便人士、老年人等需要長期依賴輪椅生活的人群而言，普通的輪椅能滿足大部分人群出行的需求，但是久坐輪椅容易帶來更多的危害，比如痤瘡、腰椎硬化等疾病，同時也不利于肢體殘疾人群的康復(fù)。通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前智能輪椅主要采用眼電、腦電、生物電、頭部運(yùn)動、嘴唇運(yùn)動、加速度計(jì)等手段實(shí)現(xiàn)輪椅的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、剎車等行駛功能。雖然能滿足部分無法用手操作輪椅的人群日常出行需求，但是無法解決久坐帶來的危害，同時不利于行動不便人士的康復(fù)。一些專利中設(shè)計(jì)的輪椅可以調(diào)節(jié)伸縮架等機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輪椅的平躺以及輔助使用者站立，但是基本上采用的都是手動調(diào)節(jié)，無法自主調(diào)節(jié)輪椅結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主動智能輔助輪椅使用者康復(fù)的目的。另外，還有很多專利設(shè)計(jì)了人體參數(shù)采集裝置，用于監(jiān)測輪椅使用者的生理信息，這種方案雖然可以監(jiān)測到使用者的生理信息，對異常信息進(jìn)行預(yù)警，提醒輪椅使用者改善坐姿、增加運(yùn)動等，但是依然需要使用者本人來處理，而對于無法運(yùn)動的患者來說，相當(dāng)困難，因此這類人群還需要看護(hù)人來處理，這樣不僅會增加社會和家庭的負(fù)擔(dān)，而且會給這類人群帶來心理上的壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置及方法，達(dá)到輔助輪椅使用者運(yùn)動的目的。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置，包括輪椅本體和輪椅控制機(jī)構(gòu)，其特征在于：還包括數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元包括人體狀態(tài)信息采集模塊、輪椅狀態(tài)信息采集模塊和指令輸入模塊；

所述的輪椅本體包括輪椅支撐架、固定在輪椅支撐架上的輪椅坐板、與輪椅坐板擺動連接的輪椅靠背、以及位于輪椅支撐架側(cè)向擺動連接的輪椅支撐腿；

所述的輪椅控制機(jī)構(gòu)包括控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；其中所述的數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與控制器連接，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括用于控制輪椅靠背相對輪椅坐板成90度到180度之間擺動的第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)，和用于控制輪椅支撐腿相對輪椅坐板成90度到180度之間擺動的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

按上述裝置，所述的第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括輪椅靠背與輪椅坐板之間的轉(zhuǎn)動軸、連接在輪椅靠背和輪椅支撐架之間的電缸、以及電缸驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

按上述裝置，所述的人體狀態(tài)信息采集模塊包括坐板壓力傳感器、靠背壓力傳感器和輪椅支撐腿壓力傳感器。

按上述裝置，所述的輪椅狀態(tài)信息采集模塊包括：輪椅支撐腿角度傳感器和靠背角度傳感器。

按上述裝置，所述的指令輸入模塊包括語音輸入模塊和鍵盤輸入模塊。

一種所述的結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置實(shí)現(xiàn)的智能調(diào)控方法，其特征在于：它包括：

參數(shù)設(shè)置，設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練時間閾值t0、輪椅任意狀態(tài)保持時間t2；

模式選擇：通過指令輸入選擇模式，所述的模式包括輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式和下肢訓(xùn)練模式；

當(dāng)選擇輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式時，對采集的人體狀態(tài)信息和輪椅狀態(tài)信息進(jìn)行處理，判斷人體和輪椅分別所處的狀態(tài)，分別記錄人體當(dāng)前狀態(tài)所保持的時間t3、和輪椅當(dāng)前狀態(tài)所保持的時間t4，當(dāng)t3≥t1或者t4≥t2時，發(fā)出提示指令，在收到輸入的確認(rèn)指令后輸出對應(yīng)的輪椅狀態(tài)調(diào)整指令，給所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

當(dāng)選擇下肢訓(xùn)練模式時，確認(rèn)輪椅支撐腿上是否有壓力信號，若無則提示，若有則按一定的頻率擺動輪椅支撐腿，直至達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練時間閾值t0，記錄當(dāng)前時刻對應(yīng)的人體狀態(tài)和輪椅狀態(tài)，退出下肢訓(xùn)練模式并返回模式選擇。

按上述方法，參數(shù)設(shè)置還包括設(shè)置輪椅使用者任意狀態(tài)保持的閾值時間t1；

所述的模式選擇步驟中，當(dāng)輪椅使用者在任意狀態(tài)保持的時間達(dá)到t1，則自動進(jìn)入輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式。

按上述方法，所述的輪椅狀態(tài)包括坐直、靠背及腿部支撐、平躺三種。

按上述方法，所述的人體狀態(tài)包括左傾，前傾，右傾，靠背，平躺，坐直六種。

本發(fā)明的有益效果為：通過采集人體狀態(tài)和輪椅狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)輪椅狀態(tài)的調(diào)整，提高輪椅使用者的坐姿舒適度，降低了對看護(hù)人員的依賴，達(dá)到輔助輪椅使用者運(yùn)動的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例控制對象輪椅的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的硬件框圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的方法流程圖。

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的人體狀態(tài)傳感器布局圖。

圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的人體狀態(tài)判斷方法流程圖。

圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的輪椅狀態(tài)判斷方法流程圖。

圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的輪椅默認(rèn)調(diào)整模式框圖。

圖中：1-輪椅靠背，2-輪椅坐板，3-輪椅支撐腿，4-踏板，5-第一轉(zhuǎn)軸，6-第二轉(zhuǎn)軸，7-扶手，8-第一電缸，9-第二電缸，10-輪椅支撐架，11-車輪，12-靠背壓力傳感器，13-第一坐板壓力傳感器，14-第二坐板壓力傳感器，15-第三坐板壓力傳感器，16-第四坐板壓力傳感器，17-左踏板壓力傳感器，18-右踏板壓力傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置，包括輪椅本體、輪椅控制機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元包括人體狀態(tài)信息采集模塊、輪椅狀態(tài)信息采集模塊和指令輸入模塊，指令輸入模塊可以包括語音輸入模塊和鍵盤輸入模塊。另外，還可以增加藍(lán)牙通訊模塊和外部接口模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)的交互。

所述的輪椅本體包括輪椅支撐架10、固定在輪椅支撐架10上的輪椅坐板2、與輪椅坐板2擺動連接的輪椅靠背1、以及位于輪椅支撐架10側(cè)向擺動連接的輪椅支撐腿3，輪椅支撐腿3的底部還可以設(shè)置踏板4；車輪11通過軸承連接在輪椅支撐架10上，輪椅靠背1的兩側(cè)還可以設(shè)置扶手7。

所述的輪椅控制機(jī)構(gòu)包括控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；其中所述的數(shù)據(jù)采集單元的輸出端與控制器連接，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括用于控制輪椅靠背1相對輪椅坐板2成90度到180度之間擺動的第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)，和用于控制輪椅支撐腿3相對輪椅坐板2成90度到180度之間擺動的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括輪椅靠背1與輪椅坐板2之間的第一轉(zhuǎn)動軸5、連接在輪椅靠背1和輪椅支撐架10之間的第一電缸8、以及電缸驅(qū)動機(jī)構(gòu)。第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括輪椅坐板2與輪椅支撐腿3之間的第二轉(zhuǎn)動軸6、連接在輪椅支撐腿3和輪椅支撐架10之間的第二電缸9。

如圖4所示，所述的人體狀態(tài)信息采集模塊包括坐板壓力傳感器13-16、靠背壓力傳感器12、輪椅支撐腿壓力傳感器17-19。坐板壓力傳感器包括4個均布在坐板上的第一坐板壓力傳感器13、第二坐板壓力傳感器14、第三坐板壓力傳感器15和第四坐板壓力傳感器16，所采集的壓力值分別對應(yīng)為f1、f2、f3、f4；靠背壓力傳感器12設(shè)置在靠背的中間，采集的壓力值為f；輪椅支撐腿壓力傳感器包括設(shè)置在踏板4上的左踏板壓力傳感器17和右踏板壓力傳感器18，采集的壓力值分別對應(yīng)為為f5、f6。

輪椅狀態(tài)信息采集模塊包括：輪椅支撐腿角度傳感器和靠背角度傳感器。輪椅支撐腿3與輪椅支撐架10初始狀態(tài)為相互垂直，設(shè)此時輪椅支撐腿角度傳感器采集的角度αn為0度，輪椅支撐腿3與輪椅支撐架10在同一直線上時αn為90度。輪椅靠背1與輪椅坐板2初始狀態(tài)為相互垂直，設(shè)此時靠背角度傳感器采集的角度αm為0度，輪椅靠背1與輪椅坐板2在同一直線上時αm為90度。

一種所述的結(jié)構(gòu)可調(diào)輪椅的智能調(diào)控裝置實(shí)現(xiàn)的智能調(diào)控方法，如圖3所示，它包括：

參數(shù)設(shè)置，設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練時間閾值t0、輪椅使用者任意狀態(tài)保持的閾值時間t1、輪椅任意狀態(tài)保持時間t2；以上參數(shù)可根據(jù)輪椅使用者的身體狀態(tài)、訓(xùn)練承受能力等，由護(hù)理人員進(jìn)行設(shè)置。

模式選擇：所述的模式包括輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式和下肢訓(xùn)練模式；通常是通過指令輸入選擇模式；若長時間沒有進(jìn)行指令輸入，例如當(dāng)輪椅使用者在任意狀態(tài)保持的時間達(dá)到t1，也可以自動進(jìn)入輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式；還可以根據(jù)往常的訓(xùn)練記錄，或者護(hù)理人員對訓(xùn)練時間進(jìn)行預(yù)約，到達(dá)預(yù)約的時間即進(jìn)行下肢訓(xùn)練模式。

當(dāng)選擇輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式時，對采集的人體狀態(tài)信息和輪椅狀態(tài)信息進(jìn)行處理，判斷人體和輪椅分別所處的狀態(tài)，分別記錄人體當(dāng)前狀態(tài)所保持的時間t3、和輪椅當(dāng)前狀態(tài)所保持的時間t4，當(dāng)t3≥t1或者t4≥t2時，發(fā)出提示指令，在收到輸入的確認(rèn)指令后輸出對應(yīng)的輪椅狀態(tài)調(diào)整指令，給所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)整到位后，返回模式選擇。

人體狀態(tài)判斷的具體方法如圖5所示：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，壓電傳感器進(jìn)行濾波，a/d轉(zhuǎn)換，計(jì)算各壓力值。記p1＝f1-f2；p2＝f2-f3；p3＝f3-f4；p4＝f4-f1，fm(m∈n*)為判斷人體狀態(tài)的閾值，所述的人體狀態(tài)包括左傾，前傾，右傾，靠背，平躺，坐直六種。確保安全，需要把腿放在踏板4上，則f5、f6均需要大于零。當(dāng)人體左、右傾時，人體此時沒有靠在后背，此時靠背力f的值為零；前傾時，因?yàn)閒1，f2值變大，p4大于一定的閾值f5,p2的閾值大于f6；靠背時，因?yàn)閒3，f4值變大，p4閾值分別為-f5,且p2的閾值-f6,其中負(fù)號表示符號；坐直時，坐墊四個力對稱承受近似相同，且后背壓力為零。平躺時，此時靠背力f的最小閾值為f7。

輪椅狀態(tài)判斷的具體方法如圖6所示，對角度傳感器進(jìn)行濾波，a/d轉(zhuǎn)換，計(jì)算角度傳感器αm,αn值大小。輪椅的狀態(tài)包括：坐直、靠背及腿部支撐、平躺三種。當(dāng)αm＝αn＝90°，表示的直坐狀態(tài)；0°＜αm＝αn＜90°時，輪椅表示的狀態(tài)時靠背傾斜，此時人體可以自動選擇輪椅靠背與腿部支撐的角度大?。沪羗＝αn＝0°且靠背壓力值f≥f7時，表示的是平躺狀態(tài)。

若長時間沒有進(jìn)行指令輸入，自動進(jìn)入輪椅人體狀態(tài)調(diào)整模式，或者發(fā)出提示指令后長時間沒有收到確認(rèn)指令，則根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)整順序進(jìn)行自動輪換調(diào)整，如圖7所示，在輪椅進(jìn)行調(diào)整時，當(dāng)輪椅使用者沒有確認(rèn)調(diào)整哪一種情況時，默認(rèn)的調(diào)整對應(yīng)方式為坐直→靠背→平躺→靠背→坐直。

當(dāng)選擇下肢訓(xùn)練模式時，確認(rèn)輪椅支撐腿3上是否有壓力信號，本實(shí)施例中確認(rèn)踏板4上有沒有壓力信號，即判斷腿是否準(zhǔn)確的放置好，若無則提示，若有則開始下肢訓(xùn)練，即按一定的頻率擺動輪椅支撐腿，擺動頻率可以自行設(shè)置，直至達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練時間閾值t0，記錄當(dāng)前時刻對應(yīng)的人體狀態(tài)和輪椅狀態(tài)，可以為以后的訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)參考，退出下肢訓(xùn)練模式并返回模式選擇。

本發(fā)明可采用市場上已有的結(jié)構(gòu)可調(diào)的輪椅，避免了輪椅的重新設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期。面向不同的輪椅使用者，任意選擇人體信息采集處理模塊和輪椅狀態(tài)信息采集處理模塊，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，同時有助于降低產(chǎn)品的價格。結(jié)合使用者身體狀態(tài)和健康康復(fù)訓(xùn)練要求，自主規(guī)劃設(shè)計(jì)輪椅的狀態(tài)模式，實(shí)現(xiàn)輪椅狀態(tài)的自動調(diào)整，提高輪椅使用者的坐姿舒適度，降低了對看護(hù)人員的依賴，有利于增強(qiáng)輪椅使用者的自理能力和信心。監(jiān)測輪椅狀態(tài)和人體狀態(tài)，語音提示糾正不良坐姿,并根據(jù)用戶歷史記錄，根據(jù)某種人體狀態(tài)，推薦輪椅狀態(tài)，預(yù)防久坐帶來不良的影響。根據(jù)輪椅使用者設(shè)置輪椅調(diào)整時間，狀態(tài)保持時間，腿部下肢訓(xùn)練時間，可以自適應(yīng)根據(jù)需求自動的調(diào)整輪椅。

以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。