CN106974780A - 基于差分航姿的智能轮椅控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。本发明操作简单，控制方便，可实现轮椅的智能控制，大大降低了应用成本，可广泛应用于轮椅行业中。

Description

基于差分航姿的智能轮椅控制方法

技术领域

本发明涉及智能轮椅控制领域，特别是涉及基于差分航姿的智能轮椅控制方法。

背景技术

根据全国第二次残疾抽样调查的结果表明，我国大陆地区肢体残障人士近3000万，每年由于外伤或疾病导致的肢体运动功能障碍新增患者约200万人。随着我国逐渐进入老龄化社会，肢体运动失能、半失能的老年人数日益增多，肢体残障人士得到了社会的广泛关注。如何利用外部设备改善他们的生活质量，成了当前康复医疗领域研究的热点。轮椅是肢体残障人士的常用装置,却往往需要使用者或陪护人的体力参与，电动轮椅较好地解决了体力参与问题，但它的控制依然离不开使用者或陪护人的陪护，在劳动力成本日趋高涨的时代日显短板。

随着科技的进步，从人体运动的主体出发，通过开发假肢、助行器、轮椅等康复辅助器具，以替代患者缺失的运动功能。摆脱操纵杆、按键等传统人机接口的束缚，通过语音、形体语言等人类习惯和自然的方式与康复辅具进行沟通，使其提供智能的主动服务，已成为当前人机交互的一个重要研究领域。智能轮椅的研究始于1986年，陆续开发了多种智能轮椅系统，如美国麻省理工学院的Wheelesley、德国乌尔姆大学开发的Maid等。我国对于智能轮椅的研究虽然较晚，但中国科学院自动化所、上海交通大学和华南理工大学李远清教授团队等也相继研发出自主知识产权的智能轮椅控制装置。近年来，生物电信号已被用于判断使用者的行动意图，进而控制轮椅的相应运动。其中，肌电信号发源于神经肌肉系统运动单位的生物电活动，反映了神经、肌肉的功能状态，其中蕴含了丰富的肢体动作模式信息，被用来控制假肢、机器人和电动轮椅等。但基于肌电信号识别的智能轮椅控制，其处理识别过程较为繁琐，耗时较长，响应时间较长。另外，目前技术虽然也提出了基于控制杆、眼部图像处理、重心位置、语音识别、头势识别、脑电波及面部表情等多种技术的智能轮椅控制方法，技术与算法也日趋成熟，但存在操作过于复杂，或结构过于复杂，或控制不够人性化，特别是成本偏高，影响智能轮椅的实际应用与推广。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供基于差分航姿的智能轮椅控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：

实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；

对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；

将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；

对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。

进一步，所述航姿包括加速度、角速度、航向角、俯仰角和滚转角。

进一步，所述对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制的步骤，其具体为：

对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的角速度和俯仰角，并根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获得的头部动作与预设动作路径进行匹配，从而在获得的头部动作与预设动作路径相匹配时，开启或者关闭对轮椅的智能控制。

进一步，所述预设动作路径被配置为：使用者的头部动作为1秒内点头两次；所述根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作的步骤中，当检测到获取的角速度和俯仰角在1秒内两次大于对应的预设阈值时，判断该使用者的头部动作为1秒内点头两次。

进一步，所述当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令的步骤，其具体为：

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的俯仰角，并根据获取的俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获取的头部动作与预设指令库进行匹配后，获得该头部动作对应的轮椅智能控制指令。

进一步，所述预设指令库被配置为：

当使用者的头部动作为前倾动作时，对应的控制指令为控制轮椅前进；

当使用者的头部动作为后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅后退；

当使用者的头部动作为快速后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅刹车；

当使用者的头部动作为在左右两侧进行移动时，对应的控制指令为对轮椅两轮的驱动信号进行相应的变化。

进一步，所述对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制的步骤，其具体为：

对实时采集的轮椅航姿进行解析后，获得轮椅的加速度、角速度和俯仰角，并在判断轮椅的加速度大于预设加速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的角速度大于预设角速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第一预设角度阈值时，控制轮椅进行减速；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第二预设角度阈值时，控制轮椅进行减速并进行告警；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第三预设角度阈值时，控制轮椅停止运动。

进一步，所述将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪的步骤，具体包括：

读取轮椅航姿的航向角，同时读取头部航姿的航向角后，将两者进行差分运算；

将读取的头部的航向角作为目标值，并将轮椅的航向角作为当前值，基于PID控制算法，实现对轮椅的闭环控制；

在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制。

进一步，所述在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制的步骤，其具体为：

在闭环控制过程中，当目标值小于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行左转运动，实现对轮椅方向的控制；

或，

在闭环控制过程中，当目标值大于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行右转运动，实现对轮椅方向的控制。

本发明的有益效果是：本发明的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。本发明操作简单，控制方便，可实现轮椅的智能控制，大大降低了应用成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的基于差分航姿的智能轮椅控制方法的一具体实施例中的控制过程的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：

实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；

对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；

将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；

对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。

进一步作为优选的实施方式，所述航姿包括加速度、角速度、航向角、俯仰角和滚转角。

进一步作为优选的实施方式，所述对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制的步骤，其具体为：

对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的角速度和俯仰角，并根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获得的头部动作与预设动作路径进行匹配，从而在获得的头部动作与预设动作路径相匹配时，开启或者关闭对轮椅的智能控制。

进一步作为优选的实施方式，所述预设动作路径被配置为：使用者的头部动作为1秒内点头两次；所述根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作的步骤中，当检测到获取的角速度和俯仰角在1秒内两次大于对应的预设阈值时，判断该使用者的头部动作为1秒内点头两次。

进一步作为优选的实施方式，所述当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令的步骤，其具体为：

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的俯仰角，并根据获取的俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获取的头部动作与预设指令库进行匹配后，获得该头部动作对应的轮椅智能控制指令。

进一步作为优选的实施方式，所述预设指令库被配置为：

当使用者的头部动作为前倾动作时，对应的控制指令为控制轮椅前进；

当使用者的头部动作为后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅后退；

当使用者的头部动作为快速后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅刹车；

当使用者的头部动作为在左右两侧进行移动时，对应的控制指令为对轮椅两轮的驱动信号进行相应的变化。

进一步作为优选的实施方式，所述对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制的步骤，其具体为：

对实时采集的轮椅航姿进行解析后，获得轮椅的加速度、角速度和俯仰角，并在判断轮椅的加速度大于预设加速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的角速度大于预设角速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第一预设角度阈值时，控制轮椅进行减速；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第二预设角度阈值时，控制轮椅进行减速并进行告警；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第三预设角度阈值时，控制轮椅停止运动。

进一步作为优选的实施方式，所述将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪的步骤，具体包括：

读取轮椅航姿的航向角，同时读取头部航姿的航向角后，将两者进行差分运算；

将读取的头部的航向角作为目标值，并将轮椅的航向角作为当前值，基于PID控制算法，实现对轮椅的闭环控制；

在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制。

进一步作为优选的实施方式，所述在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制的步骤，其具体为：

在闭环控制过程中，当目标值小于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行左转运动，实现对轮椅方向的控制；

或，

在闭环控制过程中，当目标值大于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行右转运动，实现对轮椅方向的控制。

以下结合具体实施例对本发明做详细说明。

基于差分航姿的智能轮椅控制方法，包括步骤：

实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；采集轮椅和使用者头部的航姿时，采用灵敏稳定的九轴惯性导航传感器，包含三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，利用惯性导航技术，将九轴惯性导航传感器测得的加速度、角速度和地磁场信息数据融合可解算出使用者在三维空间的航向、姿态和动作参数；采用九轴惯性导航传感器进行航姿采集时，使用者头部和轮椅的初始朝向是一致的，即，轮椅的初始航姿跟使用者头部的初始航姿的朝向是一致的；

对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；

将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；头部方向指视线朝向的方向；

对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。

本实施例中，航姿包括加速度、角速度、航向角、俯仰角和滚转角。以下简单说明航向角、俯仰角和滚转角的获取过程。航姿即是飞行器机体坐标(X_bY_bZ_b)与地理坐标之间的方位关系。定义载体分别绕z、y、x轴转动的角度θ和γ，为航向角、俯仰角、滚转角。要解算得到航姿数据，必须利用相互正交的三轴陀螺仪不断快速测量角速度，然后不断利用姿态更新算法，解算得到最新的航姿。

首先，四元数姿态更新微分方程如下式：

其中I为单位矩阵，q为四元数，q(n)表示当前值，q(n+1)表示更新后的值，Δθ表示从n到n+1时间内机体坐标系的转角增加量，包括Δθ_x、Δθ_y和Δθ_z三轴分量，且有：其中 则四元数姿态更新微分方程可以用矩阵计算过程表示：

欧拉姿态矩阵与四元数姿态矩阵存在的关系是：

从该姿态矩阵提取获得航向角俯仰角θ、滚转角γ如下：

θ＝-arcsin(T₁₃)

具体如何根据三轴陀螺仪测量的数据计算获得包含航向角俯仰角θ、滚转角γ的姿态，是现有技术中比较成熟的内容，可以参照现有技术相关计算过程。

本实施例中，所述对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制的步骤，其具体为：

对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的角速度和俯仰角，并根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获得的头部动作与预设动作路径进行匹配，从而在获得的头部动作与预设动作路径相匹配时，开启或者关闭对轮椅的智能控制。

本实施例根据预先设定的预设动作路径，来触发开启或者关闭对轮椅的智能控制，即在需要的实时，使用者通过特定的动作来触发实现对轮椅的智能控制，不需控制时，则关闭。这样可以避免误操作，而且可以减少算法的计算量。

优选的，本实施例中，预设动作路径被配置为：使用者的头部动作为1秒内点头两次；所述根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作的步骤中，当检测到获取的角速度和俯仰角在1秒内两次大于对应的预设阈值时，判断该使用者的头部动作为1秒内点头两次。

本实施例中，所述当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令的步骤，其具体为：

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的俯仰角，并根据获取的俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获取的头部动作与预设指令库进行匹配后，获得该头部动作对应的轮椅智能控制指令。

其中，预设指令库被配置为：

当使用者的头部动作为前倾动作时，对应的控制指令为控制轮椅前进；

当使用者的头部动作为后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅后退；

当使用者的头部动作为快速后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅刹车；

当使用者的头部动作为在左右两侧进行移动时，对应的控制指令为对轮椅两轮的驱动信号进行相应的变化。

为了安全性考虑，对轮椅的加速度进行监控，避免轮椅加速过快，同时，对轮椅的俯仰角进行监控，实现对轮椅上下坡的速度的控制。所述对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制的步骤，其具体为：

对实时采集的轮椅航姿进行解析后，获得轮椅的加速度、角速度和俯仰角，并在判断轮椅的加速度大于预设加速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的角速度大于预设角速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第一预设角度阈值时，控制轮椅进行减速；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第二预设角度阈值时，控制轮椅进行减速并进行告警；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第三预设角度阈值时，控制轮椅停止运动。

本实施例中，第一预设角度阈值优选为3度，第二预设角度阈值优选为5度，第三预设角度阈值优选为7度。

图1展示了对轮椅实现智能控制的一具体案例，其中，1秒内俯仰角、角速度超过阈值两次，即表示1秒内有两次点头动作，从而开启或关闭后续的控制过程。当第一次检测到1秒内有两次点头动作时，开启轮椅的智能控制，并在检测到第二次1秒内有两次点头动作时，关闭对轮椅的智能控制。通过本控制方法，可以实现使用者自己对轮椅的智能控制，简单便捷，操作方便。

本实施例中，所述将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪的步骤，具体包括：

读取轮椅航姿的航向角，同时读取头部航姿的航向角后，将两者进行差分运算；

将读取的头部的航向角作为目标值，并将轮椅的航向角作为当前值，基于PID控制算法，实现对轮椅的闭环控制；

在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制。

PID控制算法主要是根据当前值、目标值进行闭环控制，控制过程中，根据计算出的PID控制输出值进行逐步调节控制，其具体原理本方案不再赘述。

具体的，所述在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制的步骤，其具体为：

在闭环控制过程中，当目标值小于当前值时，表示头部相对于轮椅主体左转，计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，实现左轮相对于当前速度减速，输出的两路控制信号经两电机驱动器后分别控制轮椅的左主动轮和右主动轮，控制轮椅方向跟随头部方向进行左转运动，实现对轮椅方向的控制，从而使轮椅使用者的头部的航向角与轮椅的航向角保持平行，从而轮椅能够准确快速地对头部方向进行同步跟踪，实现轮椅与人的视线相互平行；

或，

在闭环控制过程中，当目标值大于当前值时，表示头部相对于轮椅主体右转，计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，实现左轮相对于当前速度加速，输出的两路控制信号经两电机驱动器后分别控制左主动轮和右主动轮，实现轮椅右转，控制轮椅方向跟随头部方向进行右转运动，实现对轮椅方向的控制，使轮椅使用者的头部的航向角与轮椅的航向角保持平行，从而轮椅能够准确快速地对头部方向进行同步跟踪，实现轮椅与人的视线相互平行。

本发明采用人体头部航姿来控制轮椅的运动，根据头部的动作来控制轮椅的前进、后退、加减速等操作，通过预设动作路径来开启对轮椅的智能控制或关闭对轮椅的智能控制，而且为了为实现轮椅与人的视线相平行的人性化控制效果，基于检测到的用户头部和轮椅航姿进行差分式运算来实现PID控制，较好地解决了方位误差和应用时需校准的不便，操作简单，控制方便，而且只需要设置相应的传感器和控制器即可，无需人员陪同，可实现智能控制，大大降低了应用成本。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，包括步骤：

实时采集轮椅的航姿以及轮椅使用者的头部的航姿；

对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制；

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令；

将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪；

对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制。

2.根据权利要求1所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述航姿包括加速度、角速度、航向角、俯仰角和滚转角。

3.根据权利要求1所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设动作路径进行匹配后开启或者关闭对轮椅的智能控制的步骤，其具体为：

对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的角速度和俯仰角，并根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获得的头部动作与预设动作路径进行匹配，从而在获得的头部动作与预设动作路径相匹配时，开启或者关闭对轮椅的智能控制。

4.根据权利要求3所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述预设动作路径被配置为：使用者的头部动作为1秒内点头两次；所述根据获取的角速度和俯仰角解析获得使用者的头部动作的步骤中，当检测到获取的角速度和俯仰角在1秒内两次大于对应的预设阈值时，判断该使用者的头部动作为1秒内点头两次。

5.根据权利要求1所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析，并与预设指令库进行匹配后获得对应的轮椅智能控制指令的步骤，其具体为：

当开启对轮椅的智能控制过程时，对实时采集的头部航姿进行解析后，获得使用者头部的俯仰角，并根据获取的俯仰角解析获得使用者的头部动作，进而将获取的头部动作与预设指令库进行匹配后，获得该头部动作对应的轮椅智能控制指令。

6.根据权利要求5所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述预设指令库被配置为：

当使用者的头部动作为前倾动作时，对应的控制指令为控制轮椅前进； 当使用者的头部动作为后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅后退；

当使用者的头部动作为快速后仰动作时，对应的控制指令为控制轮椅刹车；

当使用者的头部动作为在左右两侧进行移动时，对应的控制指令为对轮椅两轮的驱动信号进行相应的变化。

7.根据权利要求1所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述对实时采集的轮椅航姿进行解析，并在判断符合预设条件时，对轮椅执行相应的运动控制的步骤，其具体为：

对实时采集的轮椅航姿进行解析后，获得轮椅的加速度、角速度和俯仰角，并在判断轮椅的加速度大于预设加速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的角速度大于预设角速度阈值时，控制轮椅停止运动；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第一预设角度阈值时，控制轮椅进行减速；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第二预设角度阈值时，控制轮椅进行减速并进行告警；

或，

在判断轮椅的俯仰角大于第三预设角度阈值时，控制轮椅停止运动。

8.根据权利要求1所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述将轮椅航姿与头部航姿进行差分运算后，结合PID控制算法，控制轮椅实现与头部方向的同步跟踪的步骤，具体包括：

读取轮椅航姿的航向角，同时读取头部航姿的航向角后，将两者进行差分运算；

将读取的头部的航向角作为目标值，并将轮椅的航向角作为当前值，基于PID控制算法，实现对轮椅的闭环控制；

在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制。

9.根据权利要求8所述的基于差分航姿的智能轮椅控制方法，其特征在于，所述在闭环控制过程中，计算相应的对轮椅左主动轮的第一控制信号和对右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行运动，实现对轮椅方向的控制的步骤，其具体为：

在闭环控制过程中，当目标值小于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行左转运动，实现对轮椅方向的控制；

或，

在闭环控制过程中，当目标值大于当前值时，计算当前值与PID控制输出值之和值作为对轮椅左主动轮的第一控制信号，并计算当前值与PID控制输出值之差值作为对轮椅右主动轮的第二控制信号，控制轮椅方向跟随头部方向进行右转运动，实现对轮椅方向的控制。