可自主开门的智能轮椅制造技术

本发明专利技术涉及一种可自主开门的智能轮椅，包括智能轮椅本体、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头、机械抓手以及机械臂控制器，其中，所述多自由度机械臂安装在智能轮椅本体的侧方，多自由度机械臂的末端安装有多轴力/力矩传感器，所述机械抓手固接在多轴力/力矩传感器上，所述摄像头安装在机械臂的末端并位于机械抓手的上方，所述机械臂控制器分别与智能轮椅本体的控制系统、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头和机械抓手相连接。本发明专利技术简单快速，克服了传统固定基座的机械臂操作空间的限制，不能打开宽度较大的门的缺点，给行动不便者带来很大的便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能轮椅领域和机械臂控制领域，具体是一种能够完成开门任务的可自主开门的智能轮椅。
技术介绍
轮椅是行动不便、肢体伤残人群的重要代步工具，随着人口老龄化的加快，这种辅助工具已经越来越重要，但是随着人越来越多地涉及到对物品或工具的操作，如拿取水杯，开关门窗，传统的轮椅已经无法满足需求。而且许多操作对象往往是受限运动机构（如门、抽屉、开关等），并且由于移动定位、目标识别的不确定性，这类机构的运动模型往往是不确定的，甚至是未知的，加上家居环境的特殊性，这就使得设计一种能够开门的轮椅有很大的难度。传统的机构和方法均不能很好地完成智能轮椅成功开门的任务。首先，操作机械臂开门具有很多不确定性，这种不确定性可以分为两种类型，第一种不确定性与门模型的动力学相关，例如门的惯性，门合页的力特性等；第二种不确定性与门模型的运动学相关，例如开门的方式（转动还是平动），门的尺寸等。因此，基于以上提到的机械臂开门的很多特点，目前应用比较多的开门方法主要有三种，第一种是基于路径规划的开门策略，其特点是能准确快速的控制机械臂开门并且不需要额外传感器；第二种是基于自适应力/力矩速度控制的开门策略，其特点是不需要预先知道门的模型，能适应很多不同类型的门模型；第三种是利用特殊机械结构或者手抓来进行开门，这种开门方法简单有效，但是不能适应不同种类的门，而且需要额外辅助设备或传感器。由于考虑到成本因素，很多开门的方法基本上都采用特殊的机械结构来实现开门。该方法在针对特殊的门的时候比较有效，但是当处于家居环境不适合安装特殊执行机构时，或者门的类型不一致，需要一种通用性的开门方法的时候，这种方法就不能很好的发挥作用。尤其是在一种特殊条件下，对门的位置以及尺寸都未知的情况下，这种方法都不能有效的完成任务。
技术实现思路
针对现有技术的以上问题，本专利技术的目的在于提供一种能够完成开门任务的可自主开门的智能轮椅及其自主开门方法，结合智能轮椅的灵活性以及机械臂的可操作性，解决现有技术中存在的上述问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种可自主开门的智能轮椅，包括智能轮椅本体、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头、机械抓手以及机械臂控制器，其中，所述多自由度机械臂安装在智能轮椅本体的侧方，多自由度机械臂的末端安装有多轴力/力矩传感器，所述机械抓手固接在多轴力/力矩传感器上，所述摄像头安装在机械臂的末端并位于机械抓手的上方，所述机械臂控制器分别与智能轮椅本体的控制系统、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头和机械抓手相连接；所述摄像头获取门把手的准确位置，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据位置信息控制多自由度机械臂和机械抓手运动，所述力/力矩传感器获得多自由度机械臂末端的受力信息，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据受力信息规划开门的轨迹后反馈至多自由度机械臂执行开门动作；所述机械臂控制器与控制系统之间信息共享。优选地，所述机械臂控制器采用速度控制策略，根据多轴力/力矩传感器反馈的多自由度机械臂末端所受的力/力矩信息，计算多自由度机械臂末端的运动速度，再结合智能轮椅本体运动从而带动机械臂基座运动的运动速度，得到多自由度机械臂末端相对于智能轮椅本体的运动速度，通过雅可比矩阵J将多自由度机械臂末端相对于智能轮椅本体的运动速度转换为多自由度机械臂的关节运动速度，进而精确控制多自由度机械臂运动。优选地，所述机械臂控制器对多自由度机械臂的运动进行控制，所述控制系统对智能轮椅本体的运动进行控制，所述机械臂控制器利用多自由度机械臂与智能轮椅本体的位置关系，对多自由度机械臂的运动进行补偿，进而避免智能轮椅本体的运动对多自由度机械臂末端的运动控制造成影响。优选地，所述多自由度机械臂带动机械抓手在三维空间内运动。优选地，所述机械臂控制器采用单板控制器或者工控机。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：l、本专利技术利用机械臂控制器和控制系统分别对多自由度机械臂和智能轮椅本体的运动进行控制，并通过两者之间的坐标信息对多自由度机械臂的运动速度进行补偿，协调多自由度机械臂和智能轮椅本体的运动，使得智能轮椅本体的运动不会对多自由度机械臂末端的运动控制造成影响，实现智能轮椅本体与多自由度机械臂协作进行开门的目的。2、利用多自由度机械臂末端相对于机械臂基座的运动速度，通过雅可比矩阵J将多自由度机械臂末端相对于机械臂基座的运动速度转换为多自由度机械臂的关节运动速度，实现精确控制多自由度机械臂的目的。3、本专利技术同时考虑利用摄像头采集障碍物信息及多自由度机械臂操作空间约束信息，并与智能轮椅本体的控制系统共享，保证整个开门过程中智能轮椅本体及多自由度机械臂不与门发生碰撞，提高安全性能。4、本专利技术解决了在家居环境中乘坐轮椅之人的开门问题；克服了传统固定基座的机械臂操作空间的限制，不能打开宽度较大的门的缺点；给行动不便者带来很大的便利，具有行动精准、安全可靠、方便操作等特点。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图。图中：l为机械臂控制器，2为智能轮椅本体，3位多自由度机械臂，4位多轴力/力矩传感器，5位机械抓手，6为摄像头。具体实施方式本实施例提供了一种可自主开门的智能轮椅，包括智能轮椅本体、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头、机械抓手以及机械臂控制器，其中，所述多自由度机械臂安装在智能轮椅本体的侧方，多自由度机械臂的末端安装有多轴力/力矩传感器，所述机械抓手固接在多轴力/力矩传感器上，所述摄像头安装在机械臂的末端并位于机械抓手的上方，所述机械臂控制器分别与智能轮椅本体的控制系统、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头和机械抓手相连接；所述摄像头获取门把手的准确位置，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据位置信息控制多自由度机械臂和机械抓手运动，所述力/力矩传感器获得多自由度机械臂末端的受力信息，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据受力信息规划开门的轨迹后反馈至多自由度机械臂执行开门动作；所述机械臂控制器与控制系统之间信息共享。进一步地，所述机械臂控制器采用速度控制策略，根据多轴力/力矩传感器反馈的多自由度机械臂末端所受的力/力矩信息，计算多自由度机械臂末端的运功速度，再结合智能轮椅本体运动从而带动机械臂基座运动的运动速度，得到多自由度机械臂末端相对于智能轮椅本体的运动速度，通过雅可比矩阵J将多自由度机械臂末端相对于智能轮椅本体的运动速度转换为多自由度机械臂的关节运动速度，进而精确控制多自由度机械臂运动。进一步地，所述机械臂控制器对多自由度机械臂的运动进行控制，所述控制系统对智能轮椅本体的运动进行控制，所述机械臂控制器利用多自由度机械臂与智能轮椅本体的位置关系，对多自由度机械臂的运动进行补偿，进而避免智能轮椅本体的运动对多自由度机械臂末端的运动控制造成影响。进一步地，所述多自由度机械臂带动机械抓手在三维空间内运动。进一步地，所述机械臂控制器采用单板控制器或者工控机。本实施例提供的可自主开门的智能轮椅，简单快速，与固定基座的机械臂开门方法相比有很多优点，克服了传统固定基座的机械臂操作空间的限制，不能打开宽度较大的门的缺点，能够给行动不便者带来很大的便利。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可自主开门的智能轮椅，其特征在于：包括智能轮椅本体、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头、机械抓手以及机械臂控制器，其中，所述多自由度机械臂安装在智能轮椅本体的侧方，多自由度机械臂的末端安装有多轴力/力矩传感器，所述机械抓手固接在多轴力/力矩传感器上，所述摄像头安装在机械臂的末端并位于机械抓手的上方，所述机械臂控制器分别与智能轮椅本体的控制系统、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头和机械抓手相连接；所述摄像头获取门把手的准确位置，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据位置信息控制多自由度机械臂和机械抓手运动；所述力/力矩传感器获得多自由度机械臂末端的受力信息，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据受力信息规划开门的轨迹后反馈至多自由度机械臂执行开门动作；所述机械臂控制器与智能轮椅本体的控制系统之间信息共享。

【技术特征摘要】
1.一种可自主开门的智能轮椅，其特征在于：包括智能轮椅本体、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头、机械抓手以及机械臂控制器，其中，所述多自由度机械臂安装在智能轮椅本体的侧方，多自由度机械臂的末端安装有多轴力/力矩传感器，所述机械抓手固接在多轴力/力矩传感器上，所述摄像头安装在机械臂的末端并位于机械抓手的上方，所述机械臂控制器分别与智能轮椅本体的控制系统、多自由度机械臂、多轴力/力矩传感器、摄像头和机械抓手相连接；所述摄像头获取门把手的准确位置，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据位置信息控制多自由度机械臂和机械抓手运动；所述力/力矩传感器获得多自由度机械臂末端的受力信息，并传输至机械臂控制器，机械臂控制器根据受力信息规划开门的轨迹后反馈至多自由度机械臂执行开门动作；所述机械臂控制器与智能轮椅本体的控制系统之间信息共享。2.根据权利要求l所述的可自主开门的智能轮椅，其特征在于：所述机械臂控制器根据多...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵蓝昊，
申请(专利权)人：赵蓝昊，
类型：发明
国别省市：辽宁;21