[发明专利]可自主开门的智能轮椅及其自主开门方法

权利要求书

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1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。

3.根据权利要求1或2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。

4.根据权利要求1所述的可自主开门的智能轮椅，其特征在于，所述多自由度机械臂带动机械抓手在三维空间内运动。

5.根据权利要求1所述的可自主开门的智能轮椅，其特征在于，所述机械臂控制器采用单板控制器或者工控机。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的可自主开门的智能轮椅的自主开门方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，机械臂控制器通过安装在多自由度机械臂末端的摄像头获取门把手的准确位置；

步骤2，机械臂控制器根据门把手的位置信息，控制多自由度机械臂末端运动到门把手处，并控制闭合机械抓手抓取门把手；

步骤3，机械臂控制器通过多自由度机械臂末端的多轴力/力矩传感器获取多自由度机械臂末端受力数据进而判断开门方向，并规划开门的轨迹，控制多自由度机械臂末端向打开门的方向运动；

步骤4，当多自由度机械臂末端与智能轮椅本体之间距离小于设定阈值时，控制系统控制智能轮椅移动，同时，机械臂控制器根据智能轮椅本体的运动调整多自由度机械臂末端运动速度及方向；

步骤5，当门打开到设定角度时，机械臂控制器控制打开机械抓手；同时，机械臂控制器根据摄像头反馈的障碍物位置信息，规划一条无碰撞的路径，并控制多自由度机械臂将关节位置运动至初始状态。

7.根据权利要求6所述的可自主开门的智能轮椅的自主开门方法，其特征在于，所述步骤4中，在智能轮椅本体的运动过程中，机械臂控制器利用摄像头同时采集障碍物位置信息，并通过关节运动位置计算获取多自由度机械臂的操作空间约束信息，然后共享至智能轮椅本体的控制系统，进而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。