多功能智能轮椅的研究

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由于世界老龄化的趋势越来越快,老年人的生活质量问题逐渐进入大众的视野。作为辅助性工具的智能轮椅也受到了国内外广泛的关注和研究。智能轮椅作为轮式移动机器人的一种,融合了多个领域的研究技术,例如,导航避障技术、人机交互技术等。作为老年人,残疾人的辅助使用工具,智能轮椅必须有着更加安全可靠的控制系统,以及更加便捷、多样的操作方式。本文采用了多种方法来实现智能轮椅的运动控制系统、导航避障系统以及人机交互接口控制系统。本文使用了基于3样条轨迹规划的算法来进行避障。根据3样条规划出来的轨迹具有3阶几何连续的特点,能够保证轮椅在运动过程中的光滑和平稳。为了实现智能轮椅的视觉跟踪、导航功能,本文提出了结合基于Kinect摄像头的视觉跟踪和导航避障的算法,并取得了一定的效果。为了提高智能轮椅操作方式的多样性,本文设计了两种控制方式:基于运动想象的脑机控制方式和基于语音识别的控制方式。在基于运动想象的脑电控制接口中,本文使用了共空间模式(CSP)算法来提取脑电信号的特征,结合支持向量机(SVM)对特征进行分类,达到对人的脑电信号进行识别,响应人的“思维”对轮椅进行控制的目的。在语音识别的控制接口中,本文提出了结合语音检测技术和Google Speech语音识别引擎的方法。语音检测技术对人说话的开始和停止进行实时的检测,将有效地语音数据上传给识别引擎进行识别。将得到的识别结果与预先设定的控制指令进行对比,最后达到控制轮椅的目的。基于以上功能要求,本文改装了一台电动轮椅,设计出一台智能轮椅样机,并在智能轮椅上进行大量的验证实验,包括轮椅的避障实验、视觉跟踪导航实验、脑电控制实验,语音控制实验等。实验结果表明本文采用的理论算法以及提出的方法都具有一定的效果,本文设计的智能轮椅具有一定的可行性和实用性。
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