智能轮椅的控制系统研究

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人口老龄化已经是一个不可忽视的现状,智能轮椅的出现提高了老年人和残障人士的行动自由度,其研究具有良好的应用前景和社会价值。本论文在深入分析智能轮椅的发展现状和关键技术后,建立了智能轮椅的分布式控制平台,以达到轮椅行走、起坐、康复、助行四个功能模式的实现,同时基于传感器对智能轮椅进行避障控制和仿真。本论文分析了智能轮椅的本体机械结构。针对智能轮椅的设计要求,提出了智能轮椅的分布式控制方案,确定主控制模块+编码器信号采集模块+手操盒控制模块的控制体系,各模块的控制器均选用高性能的AT90CAN128处理器,主控制模块主要负责控制策略运算、超声波的发射与接收处理以及伺服电机的驱动等功能,编码器采集模块用于对增量式旋转编码器的信号采集与处理,手操盒模块可实现手操杆控制、按键模式选择、语音报警提示以及电量检测等功能。三个控制模块之间采用CAN协议进行通讯,有效地实现了智能轮椅在工作模式下的运动控制。通过对智能轮椅四个工作模式下的原理分析,完成其控制算法和软件的设计,轮椅模式和起坐模式采用开环控制,其中轮椅加减速运动过程采用斜坡给定,康复模式采用PI控制器,助行模式采用基于双曲柄助行机构的步态规划模型PI控制器。智能轮椅的避障模块由7个超声波传感器和2个光电传感器构成的。7个超声波传感器用于探测轮椅周边空间的环境信息,并利用模糊算法得到障碍物方向和位置的模糊关系,根据轮椅行走策略,制定出智能轮椅42条模糊控制规则,实现轮椅的安全避障。2个光电传感器分别探测轮椅后方和路面障碍物,当遇到障碍物时停止轮椅运动。利用C#进行智能轮椅行走路径的仿真分析。
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