[发明专利]基于5G技术的轮椅自动驾驶控制方法及自动驾驶轮椅

权利要求书

1.一种基于5G技术的轮椅自动驾驶控制方法，其特征在于：包括如下步骤，

1）定位控制，包括：室外定位和室内定位，

1.1)室外定位的方法为：利用5G模组接入移动互联网、并获取室外地图信息，利用卫星导航接收器进行卫星定位、并获取轮椅当前位置坐标，利用电子罗盘进行方向定位、并获取轮椅当前姿态方位角；

1.2）室内定位的方法为：在室内布设至少4个5G微基站，其中一个5G微基站安装在电梯出入口处，其余5G微基站分散安装在室内，利用5G模组接入移动互联网、并获取室内地图信息，利用5G模组与电梯出入口处的5G微基站无线通信、并确定轮椅所在楼层，利用5G模组与所在楼层的至少3个5G微基站无线通信，并确定轮椅当前位置坐标，利用电子罗盘进行方向定位、并获取轮椅姿态方位角；

其中，利用 5G 模组与电梯出入口处的 5G 微基站无线通信、并确定轮椅所在楼层，利用 5G 模组与所在楼层的至少 3 个 5G 微基站无线通信，并确定轮椅当前位置坐标包括：

a)当轮椅进入 5G 微基站的覆盖区域内时，5G 模组与 5G 微基站进行无线通信，5G微基站向 5G 模组发送位置识别信号，位置识别信号内容包含：楼栋编号、楼层编号、伪距信号和位置坐标信号；

b)5G 模组根据接收到的信号的强度值选择距离最近的5G 微基站判定为电梯出入口处的 5G 微基站，根据该电梯出入口处的 5G 微基站发出的位置识别信号中的楼栋编号和楼层编号确定当前所在楼栋和楼层；

c)5G 模组根据楼层编号，选择含有相同楼层编号的位置识别信号为有用信号，根据被选择的位置识别信号中的伪距信号和位置坐标信号，并基于 RSSI 极大似然估计定位算法计算轮椅当前位置坐标，并采用最小二乘法进行优化求解，求解方法为：

定义三个5G微基站的位置坐标分别为（X₁，Y₁），（X₂，Y₂），（X₂，Y₂），5G模组的位置坐标为（X，Y），三个5G微基站与5G模组的距离分别为d₁、d₂、d₃ ，

建立以下方程组：

用上述的前n-1个方程依次减去第n个方程，可以得到如下的矩阵表示形式：

AX=Y；

其中：

采用最小二乘求解，可以得到X=(A^T A)^-1A^TY ，X 便是5G模组的坐标计算值；

d) 5G模组通过5G网络接入移动互联网并获取室内地图信息，室内地图信息为预先上传至云数据库的地图数据，5G模组访问云数据库读取室内地图信息，并根据位置识别信号中的楼栋编号和楼层编号下载相应的室内地图信息；

2）路径导航控制，包括：

2.1）输入目的地，并解析目的地的位置坐标

2.2）将步骤1）确定的轮椅当前位置坐标作为起点，输入的目的地作为终点，利用蚂蚁算法进行路径规划，输出最优导航路径；

3）避障导航控制，包括：

3.1）利用激光雷达和人体红外线进行障碍检测，激光雷达和人体红外均检测到的物体定义为动态障碍物，激光雷达检测到、人体红外线未检测到的物体定义为静态障碍物，激光雷达还用于障碍物测量和防撞；

3.2）如果是静态障碍物，则根据激光雷达测量到的障碍物距离及方位，用人工势场法对障碍物则产生斥力，得出无碰撞的引力引导下的最优避障路径；所述方位包括正前方、左前方和右前方；

3.3）如果是动态障碍物，则根据线性降速至停止；当动态障碍物消失，则线性提速至额定转速；当激光雷达测量到动态障碍物距离1米以内时，则将动态障碍物转认定为静态障碍物，操作3.2步骤；

4）转向控制，包括：

4.1）将步骤2.2的最优导航路径或者步骤3.2的最优避障路径，与轮椅位置坐标、姿态方位角进行比对，得到横向偏差和航向角偏差，将两个偏差输入到自适应模糊PID控制器，控制器通过模糊自适应PID算法计算输出期望转角，横向偏差的计算方法，包括：

a)在最优导航路径上取A、B两点，A、B两点连线为路径参考线，轮椅当前位置为D点；

b)由卫星导航接收器接收D点的经纬度，确定D点位置，

c) 横向偏差e等于D点到路径参考线 AB的垂线段距离；

航向角偏差的计算方法，包括：

a)在最优导航路径上去A、B两点，A、B两点连线为路径参考线，轮椅当前位置为D点；

b)由卫星导航接收器接收A、B点的经纬度，计算出路径参考线AB与中央子午线正北方的第一夹角θ₁ ；

c)电子罗盘的姿态方位角计算出当前行进方向与中央子午线正北方的第二夹角θ₂ ；

d)航向角偏差θ_e等于第一夹角θ₁ 和第二夹角θ₂ 相减得到的值；

4.2）转向执行机构将期望转角执行为实际转角；

4.3）实时检测转向执行机构的实际转角，并作为自适应模糊PID控制器的反馈，实时校正期望转角，控制轮椅行驶至目的地。