助老助残轮椅室外自主导航行为设计与融合方法研究

发布时间：2020-06-13 04:05

【摘要】：为解决老龄人群和残障人士户外行动不便的问题,多功能轮椅的社会需求日益增长。多功能轮椅应具有户外出行时的自主路径规划和自主导航控制能力,因此相关的研究涉及控制系统的体系结构,多传感器信息融合,局部路径规划,全局路径规划,自动避障等多个方面的内容。本文针对助老助残轮椅室外自主导航问题,提出了融合基于百度地图的全局路径导航行为、基于视觉的局部路径导航行为和基于深度数据的避障行为的自主导航方法,在校园环境下对上述融合算法进行了测试,证明了上述方法有效性。本文主要内容包括:第一章:调查了智能轮椅国内外现状,介绍智能轮椅自主导航行为控制技术中所涉及到的关键技术,包括系统定位、信息融合、路径规划、避障问题等,介绍了本文的主要工作。第二章:介绍了智能轮椅自主导航系统,其中包括硬件框架设计和软件框架设计。以Arduino板为主控芯片,智能功率芯片BTS7960构成全桥电路,驱动直流电机,并设计了电机缓启动算法,使得轮椅行进过程中,运动控制系统控制轮椅以一种平滑、舒适的方式运动。建立了相关的系统模型,包括轮椅坐标系统模型和轮椅运动学模型。第三章:设计了基于百度地图的全局路径导航行为。利用北斗模块和电子罗盘确定智能轮椅在百度地图上的位置和姿态,计算与目标点的距离及方向角,完成全局导航行为设计,并规划了远程监视上位机,能够在远程实时观测轮椅的相关参数。第四章:设计了基于视觉的局部路径导航行为。利用中值滤波对道路图像预处理,Canny算子检测图像边缘,Hough变换提取直线,计算消失点、拟合出导航线,根据有无导航线,设计了有消失点和无消失点两种行人道跟随行为。通过对采集的深度数据进行处理,实现道路可通过度的计算,完成道路的避障行为设计。第五章:对行为竞争机制进行介绍,采用行为竞争机制对全局路径导航行为、局部路径导航行为和避障行为进行设计融合。提出了融合基于百度地图的全局路径导航行为、基于视觉的局部路径导航行为和基于深度数据的避障行为的自主导航方法,在校园环境下对上述行为融合后的算法进行测试,在直线和弯道上都证明了上述行为融合的有效性。第六章:主要是对于本文所做的研究内容进行总结,并对未来需要更加深入完成的研究进行了展望。
【图文】：

脑电波,电动轮,轮椅

这些语音命令目前还均为离散型，不能和用户真正对话，只能用来控制轮椅的方向和逡逑进退。另外该声控轮椅还配备了机械手臂，，用来抓取所需物品。逡逑北京信息科技大学研发了如图１－１所示的脑电波电动轮椅，看上去和科学家霍金使用逡逑的轮椅外观相似。操作者坐在轮椅上，头部戴上一个像章鱼一样的脑电波采集器，其通过逡逑

彩色图像,智能轮椅,处理器,外部信息

第二章智能轮椅导航控制方案设计逡逑２．１硬件框架设计逡逑本文采用的硬件框架如图２－丨所示。处理器是智能轮椅的控制中心，负贵采集、分析、逡逑处理传感器数据，输出控制信号控制驱动器驱动电机，控制智能轮椅室外自主导航及其壁逡逑障。其中ＧＰＳ负责定位，通过串口将采集的数据发送给处理器，处理器将数据进行处理得逡逑到经纬度。处理器像电子罗盘发出请求，电子罗盘返回数据给处理器，处理器获取朝向角。逡逑Ｋｉｎｅｃｔ摄像头负责获取彩色图像数据和深度信息，处理器对彩色图像数据进行处理获取道逡逑路车道线信息，对深度信息分析获得距离数据进行避障行为设计。电机驱动器根据处理器逡逑发来的信号对直流有刷电机进行驱动。逡逑ＳＩ逦逦邋逦逡逑全局定位导航系统邋．逦逦邋局部视觉导航系统逡逑ｍ逦（Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ邋Ｐｉ）逦￣串□，（图像处理系统）逡逑」牛邋Ａ逦＇逦逦逡逑Ｉ逦ｆ￣￣逦，逡逑传感器接口单元逦车体驱动控制器逡逑Ｉ邋Ｉ逦Ｌ邋Ｘ邋逦Ｘ逡逑■逦左逦右逡逑ＧＰＳ邋定逦电邋ｆ逦Ｉ逦＾逦＝逡逑位逦罗盘逦驱逦驱逡逑＿逦动动逦★逡逑器逦器逡逑■逦逦Ｖ逦
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH789

【相似文献】