**一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法**
**技术领域**
本发明属于智能服务机器人技术领域，具体涉及一种融合仿生运动控制与深度学习算法的可自主爬楼轮椅式机器人系统，特别适用于无障碍环境缺失场景下的残障人士垂直移动需求和盲人外出需求。
**背景技术**
现有四足机器人在算法、驱动技术、平衡技术、学习能力等方面已经取得很大进步，传统电动轮椅给残障人士带来方便，但存在以下结构化缺陷：
1. **移动能力局限**：传统电动轮椅依赖斜坡道，在无电梯建筑中无法实现垂直移动；
2. **人机适配缺陷**：四足机器人承载系统缺乏人体工学设计，无法满足残障人士连续使用需求；
3. **设施依赖问题**：现有爬楼装置需预装导轨系统，导致部署成本高昂；
4. **感知交互不足**：传统设备缺乏多模态环境感知能力，无法满足视障人士自主导航需求。
**发明目的**
本发明的目的是克服现有四足机器人和电动轮椅对于残障人士使用上的不便，公开一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法。通过准确定位，机器人能够将盲人或其他残障人士送至指定位置，极大地方便了残障人士的出行。同时，该发明减少了对盲道等基础设施的依赖，节省了大量建设成本。
**发明内容**
本发明的技术方案为：
一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法，硬件包括底盘、座椅、前后基座、驱动组件、采集环境信息组件、计算控制单元、电源组件、带显示屏的人机对话组件、操作手柄等。软件包括环境信息采集、对比、分析、计算，发出执行指令，收集信息反馈。现有技术已经取得很大进展。
**底盘**
所述底盘由两根大梁和2—3根连接大梁的横梁组成。大梁和横梁内部有通道，用于安装控制线缆。
**座椅**
所述座椅由坐板、靠背、左右扶手、脚踏板等组成。坐板固定在横梁上。左右扶手固定在大梁上，内部为空心结构，安装计算控制单元。扶手外侧设有可打开的盖板，便于检查和维修。靠背和脚踏板安装在大梁上，配备电动装置，可调节角度。
**前后基座**
所述前后基座包括两个前基座和一个后基座，分别固定在大梁的前端和后端，用于安装驱动腿足。
**驱动组件**
所述驱动组件由四个腿足组成，前后各两个，安装在前后基座上。腿足由配备高精度伺服电机的四自由度机械腿驱动，集成自锁式行星轮组，具备三种运动模式：
1. **轮式滚动行进模式**：用于在平整道路上行进；
2. **步态攀爬行进模式**：用于上楼梯和道路上台阶；
3. **安全驻车模式**：用于保证使用者驻车安全。
**采集环境信息组件**
所述采集环境信息组件由分布在不同位置的激光雷达、全景相机、超声波传感器、防碰撞传感器、摄像头、接收及发送信号天线等组成，用于采集轮椅周围及交通路口红绿灯环境信息，接收和发送5G导航信号。其中至少一个激光雷达和摄像头主控方向对准交通路口红绿灯方向，至少一个激光雷达和摄像头及全息相机主控方向对准前方，至少一个摄像头安装在大梁下方，主控方向对准轮椅式机器人的下方，确保准确把握地面全景信息。
**计算控制单元**
所述计算控制单元由微电脑、存储器、安装支架、散热器、控制器等组成，安装在两个扶手内部，用于计算、分析、对比、存储数据，并发出指令。外壳兼作左右扶手，可通过配重使两个扶手平衡。
**电源组件**
所述电源组件由电池组、充电器、充电插口、连接线等组成，通过卡槽固定在坐板下方。
**带显示屏的人机对话组件**
所述带显示屏的人机对话组件可进行人机对话，发出指令，通过插件与计算控制单元连接。根据使用者的不同需求，可选择盲人按键或常规按键，安装在右手或左手扶手上。
**操作手柄**
所述操作手柄方便在非自动控制情况下操作。
**附图说明**
图1是本发明的立体示意图。
图中：1、大梁a；2、大梁b；3、横梁；4、坐板；5、靠背；6、扶手a；7、扶手b；8、脚踏板；9、盖板；10、前基座a；11、前基座b；12、后基座；13、前腿足a；14、前腿足b；15、后腿足a；16、后腿足b；17、激光雷达；18、全息相机；19、超声波传感器；20、防碰传感器；21、摄像头；22、计算控制单元；23、电源组件；24、带显示屏的人机对话组件；25、操作手柄。
**具体实施例**
本发明一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法，如图1所示，包括大梁a1和大梁b2，用2—3个横梁3将两个大梁固定在一起。在横梁上安装坐板4，在大梁上安装靠背5、扶手a6、扶手b7和脚踏板8。扶手外侧设有盖板9。前基座a10和前基座b11分别固定在大梁a1和大梁b2的前端，后基座12固定在大梁a1和大梁b2的后端。前腿足a13和前腿足b14分别安装在前基座a10和前基座b11上，后腿足a15和后腿足b16安装在后基座12上。激光雷达17、全息相机18、超声波传感器19、防碰传感器20、摄像头21安装在大梁a1和大梁b2上。计算控制单元22安装在两个扶手内部，电源组件23固定在坐板下方，带显示屏的人机对话组件24和操作手柄25安装在扶手上。
**出行模态**
1. **盲人出行模态（导航模态）**：
使用者通过人机对话组件与机器人交互，机器人根据环境信息自动选择行进模式，避开障碍物并遵守交通信号灯，最终将使用者送至目的地。
2. **常人出行模态**：
使用者可通过导航模态、操作手柄或人机对话组件操作机器人出行。到达目的地后，机器人可存储位置信息，便于下次快速到达。
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**一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法**
**技术领域**
本发明属于智能服务机器人技术领域，具体涉及一种融合仿生运动控制与深度学习算法的可自主爬楼轮椅式机器人系统，特别适用于无障碍环境缺失场景下的残障人士垂直移动需求和盲人外出需求。
**背景技术**
现有四足机器人在算法、驱动技术、平衡技术、学习能力等方面已经取得很大进步，传统电动轮椅给残障人士带来方便，但存在以下结构化缺陷：
1. **移动能力局限**：传统电动轮椅依赖斜坡道，在无电梯建筑中无法实现垂直移动；
2. **人机适配缺陷**：四足机器人承载系统缺乏人体工学设计，无法满足残障人士连续使用需求；
3. **设施依赖问题**：现有爬楼装置需预装导轨系统，导致部署成本高昂；
4. **感知交互不足**：传统设备缺乏多模态环境感知能力，无法满足视障人士自主导航需求。
**发明目的**
本发明的目的是克服现有四足机器人和电动轮椅对于残障人士使用上的不便，公开一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法。通过准确定位，机器人能够将盲人或其他残障人士送至指定位置，极大地方便了残障人士的出行。同时，该发明减少了对盲道等基础设施的依赖，节省了大量建设成本。
**发明内容**
本发明的技术方案为：
一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法，硬件包括底盘、座椅、前后基座、驱动组件、采集环境信息组件、计算控制单元、电源组件、带显示屏的人机对话组件、操作手柄等。软件包括环境信息采集、对比、分析、计算，发出执行指令，收集信息反馈。现有技术已经取得很大进展。
**底盘**
所述底盘由两根大梁和2—3根连接大梁的横梁组成。大梁和横梁内部有通道，用于安装控制线缆。
**座椅**
所述座椅由坐板、靠背、左右扶手、脚踏板等组成。坐板固定在横梁上。左右扶手固定在大梁上，内部为空心结构，安装计算控制单元。扶手外侧设有可打开的盖板，便于检查和维修。靠背和脚踏板安装在大梁上，配备电动装置，可调节角度。
**前后基座**
所述前后基座包括两个前基座和一个后基座，分别固定在大梁的前端和后端，用于安装驱动腿足。
**驱动组件**
所述驱动组件由四个腿足组成，前后各两个，安装在前后基座上。腿足由配备高精度伺服电机的四自由度机械腿驱动，集成自锁式行星轮组，具备三种运动模式：
1. **轮式滚动行进模式**：用于在平整道路上行进；
2. **步态攀爬行进模式**：用于上楼梯和道路上台阶；
3. **安全驻车模式**：用于保证使用者驻车安全。
**采集环境信息组件**
所述采集环境信息组件由分布在不同位置的激光雷达、全景相机、超声波传感器、防碰撞传感器、摄像头、接收及发送信号天线等组成，用于采集轮椅周围及交通路口红绿灯环境信息，接收和发送5G导航信号。其中至少一个激光雷达和摄像头主控方向对准交通路口红绿灯方向，至少一个激光雷达和摄像头及全息相机主控方向对准前方，至少一个摄像头安装在大梁下方，主控方向对准轮椅式机器人的下方，确保准确把握地面全景信息。
**计算控制单元**
所述计算控制单元由微电脑、存储器、安装支架、散热器、控制器等组成，安装在两个扶手内部，用于计算、分析、对比、存储数据，并发出指令。外壳兼作左右扶手，可通过配重使两个扶手平衡。
**电源组件**
所述电源组件由电池组、充电器、充电插口、连接线等组成，通过卡槽固定在坐板下方。
**带显示屏的人机对话组件**
所述带显示屏的人机对话组件可进行人机对话，发出指令，通过插件与计算控制单元连接。根据使用者的不同需求，可选择盲人按键或常规按键，安装在右手或左手扶手上。
**操作手柄**
所述操作手柄方便在非自动控制情况下操作。
**附图说明**
图1是本发明的立体示意图。
图中：1、大梁a；2、大梁b；3、横梁；4、坐板；5、靠背；6、扶手a；7、扶手b；8、脚踏板；9、盖板；10、前基座a；11、前基座b；12、后基座；13、前腿足a；14、前腿足b；15、后腿足a；16、后腿足b；17、激光雷达；18、全息相机；19、超声波传感器；20、防碰传感器；21、摄像头；22、计算控制单元；23、电源组件；24、带显示屏的人机对话组件；25、操作手柄。
**具体实施例**
本发明一种基于人工智能的可自主爬楼轮椅式机器人及其多模态控制方法，如图1所示，包括大梁a1和大梁b2，用2—3个横梁3将两个大梁固定在一起。在横梁上安装坐板4，在大梁上安装靠背5、扶手a6、扶手b7和脚踏板8。扶手外侧设有盖板9。前基座a10和前基座b11分别固定在大梁a1和大梁b2的前端，后基座12固定在大梁a1和大梁b2的后端。前腿足a13和前腿足b14分别安装在前基座a10和前基座b11上，后腿足a15和后腿足b16安装在后基座12上。激光雷达17、全息相机18、超声波传感器19、防碰传感器20、摄像头21安装在大梁a1和大梁b2上。计算控制单元22安装在两个扶手内部，电源组件23固定在坐板下方，带显示屏的人机对话组件24和操作手柄25安装在扶手上。
**出行模态**
1. **盲人出行模态（导航模态）**：
使用者通过人机对话组件与机器人交互，机器人根据环境信息自动选择行进模式，避开障碍物并遵守交通信号灯，最终将使用者送至目的地。
2. **常人出行模态**：
使用者可通过导航模态、操作手柄或人机对话组件操作机器人出行。到达目的地后，机器人可存储位置信息，便于下次快速到达。