[发明专利]一种可自主导航的脑电控制电动轮椅

权利要求书

1.一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，包括电动轮椅(1)，其特征在于，所述电动轮椅(1)上安装有支架(2)，电动轮椅(1)以支架(2)为物理支撑和信号线布设对象，分别安装有PC端(3)、脑电帽(4)、激光测距仪(5)和深度相机(6)，所述电动轮椅(1)安装有编码器和控制器(7)，所述编码器能够将位移信息转换成电信号，所述控制器(7)能够控制电动轮椅(1)的运动，所述编码器、脑电帽(4)、激光测距仪(5)、深度相机(6)和控制器(7)分别连接至PC端(3)，所述PC端(3)用于执行包括如下步骤的处理程序：

步骤一、利用深度相机(6)，采用SLAM算法得到完整的地图信息，为操作者提供待选目的地；

步骤二、分析操作者佩戴的脑电帽(4)采集的脑电信号，得到目标地点，根据地图信息进行路径规划；

步骤三、结合地图信息、激光测距仪(5)及编码器的信息，通过控制器(7)控制电动轮椅(1)进行自主导航和避障，直至到达目标地点；

步骤四、在步骤三中，持续分析脑电帽(3)的脑电信号，得到操作者的动作意图，根据动作意图结合地图信息、激光测距仪(5)及编码器的信息，通过控制器(7)控制调整电动轮椅(1)运动。

2.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述操作者的动作意图包括前进、后退、左转、右转和停止，所述控制器(7)设置有与操作者的动作意图相对应的按钮。

3.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述PC端(3)根据激光测距仪(5)和深度相机(6)的信息，采用ICP算法确定电动轮椅(1)的位姿。

4.根据权利要求3所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述ICP算法包括如下步骤：

步骤一、预处理：剔除无效的数据点，删除孤立点，对点集进行中值滤波，得到合适的参考点集X和对比点集P；

步骤二、确定对应点对集：首先针对对比点集P中每个点pi，在参考点集X中搜索最近点，生成点对，其次为每一个点对分配权重，D为两点之间距离，MaxDist为激光测距仪(5)最大有效距离，最后，针对参考点集X中每个点，如果其对应的点对数量大于1，则只保留权重最大的点对，删除其他点对，生成一一对应的对应点对集；

步骤三、计算旋转变换矩阵R和平移矩阵t；

步骤四、计算误差E(R,t)，如果误差大于阈值，则根据R和t将对比点集P矫正为与参考点集X同一坐标系下P＝RP+t，转到步骤二，重复迭代；如果误差小于阈值，则迭代结束，得到足够准确的旋转变换矩阵R和平移矩阵t。

5.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述自主导航和避障策略为：

激光测距仪(5)发现障碍物时与系统的安全距离作比较，当电动轮椅(1)与障碍物的距离达到或小于安全距离时，PC端(3)根据编码器数据向控制器(7)发出命令，使控制器(7)调整电动轮椅(1)的速度及转动一定角度，使电动轮椅(1)继续前进到合适的距离处，再回到原设的规划路径上。

6.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述PC端(3)采用K-means聚类算法对深度相机(6)采集到的数据进行聚类分析，包括如下步骤：

步骤一、选定簇个数k；

步骤二、计算各个样本点到k个“簇中心”的距离；

步骤三、根据新划分的簇，更新“簇中心”；

步骤四、重复步骤二、步骤三过程，直至“簇中心”没有移动。

7.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述激光测距仪(5)产生的数据的滤波处理采用均值滤波法。

8.根据权利要求1所述的一种可自主导航的脑电控制电动轮椅，其特征在于，所述SLAM算法步骤包括前端数据处理、后端数据处理、回环检查和地图融合。