室内智能轮椅控制系统研究

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随着科技的发展和进步,人类的活动范围不断扩展,但是残障人士和老年人的自由活动能力依然受限制。在国家号召创建和谐社会,关爱弱势群体的背景下,提出将移动机器人技术应用于普通电动轮椅平台,研发智能轮椅,为广大老年人和残疾人提供高智能化性能的代步工具,提高这一弱势群体的自由度及与社会的融合度。既然该智能轮椅的服务对象是人,并且最好能够普及大众,则智能轮椅安全性、实用性、低成本性及批量化生产是需要重点考虑的因素。因此本文在对智能轮椅控制系统进行模块化分解的基础上,着重研究其安全避障系统,具体工作如下:1.确定智能轮椅的基本控制结构,采用“单片机+PC104”两层控制,将智能轮椅分为机械结构、电源模块、驱动、避障、运动控制、人机交互六个部分,分模块进行研究和设计。2.完成电源模块设计、结合操作手柄控制原理完成操作手柄信号采集与控制,将操作手柄的操作信号分为控制轮椅前进、后退、左转、右转4种运动状态,在不同的状态下对应不同的电机控制。3.着重描述智能轮椅环境感知模块——超声波避障模块的软硬件设计,为避免超声波传感器测距的局限性,本文分别用3个和8个超声波传感器进行实验。4.基于本文智能轮椅的应用场合和服务对象进行电机选型,并结合无刷直流电机的基本结构和工作原理确定轮椅的电机控制结构,用AT89S52产生PWM信号通过BLD-300B无刷直流驱动器控制电机转速。5.对室内智能轮椅进行运动学分析,抽象出简易数学模型,得出轮椅左右后轮之间速度的函数关系,证明差动调速控制轮椅运动的可行性;另外面对不同方向的障碍物分析轮椅安全距离的设定原则,为避障系统的设计提供理论依据,也为多传感器数据融合算法做铺垫。6.将多传感器数据融合算法应用于室内智能轮椅避障系统,分别提出基于模糊控制技术的避障系统及基于模糊神经网络多超声波传感器数据融合算法,结合实际驾驶操作经验制定模糊规则指导智能轮椅避障,在Matlab中进行仿真,结果表明两种算法对于静态障碍物均有良好的避障效果,为智能轮椅路径规划及动态避障等后续研究工作打下基础。
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