智行轮椅控制系统设计和图像识别技术研究

发布时间：2020-06-26 21:29

【摘要】：随着我国人口老龄化的到来,这导致行动不便的老年人和残疾人士数量的增多。轮椅作为残疾人士的一种辅助代步工具,将在很大程度上帮助残障人士实现生活自理,帮助他们提高行动自由度使其重新融入社会。利用科技创新制造出适合残障人士使用的智能化辅助轮椅,能够尽可能的满足他们在生产生活上的需求,这是帮助残疾人群体的一个重要研究方向。针对残疾人不方便长时间操纵轮椅等实际问题,本文设计一种基于图像处理与多传感器融合的智行轮椅控制系统,与普通轮椅相比,该轮椅添加摄像头模块和WIFI模块,可以将信息实时反馈至轮椅的控制系统,轮椅可以自主识别出道路两旁的人行横道标志牌、行人斑马线和交通信号灯,实现自动行驶,同时轮椅在行驶过程中对遇到的障碍物也可以实现自主避障。该轮椅有效的解决老年人、残疾人出行不便的问题。轮椅在日常道路上行驶,周围环境信息不断变化,在复杂的自然情况影响下,如何快速准确的识别出人行横道标志牌、行人斑马线、交通信号灯,是本文研究的重点与难点。为了克服不利条件的影响,本文主要对以下几方面进行研究:(1)轮椅控制系统硬件部分的设计。针对轮椅的行驶特点,确定轮椅的硬件结构。结合轮椅控制系统实时处理图像的要求,轮椅上添加摄像头模块,无线传输模块,电子罗盘模块,实现轮椅系统内信息的实时传输和轮椅朝向的定位显示,同时也完善轮椅的避障功能。本文又根据用户的实际需求和控制系统硬件部分的特点,进一步研究控制系统的软件设计,并对软件系统界面的功能区域进行介绍。(2)控制系统对采集到的图像进行分析处理,首先用直方图均衡化方法提高图像质量信息,然后通过实验分析比较几种滤波算法,运用中值滤波算法来消除图像中的椒盐噪声。(3)为了应对交通标志周围环境的多变性,同时提高图像算法的实时性和准确性,本文利用颜色空间转换,阈值分割,形态学分析,连通区域等算法对图像进行分割处理。然后结合人行横道标志牌、行人斑马线、交通信号灯区域的自身特点提取出目标特征区域。(4)针对交通标志牌受到破损,倾斜,光照不均等不利因素影响,本文采用金字塔式的多尺度形状匹配和交通标志自身特征相结合设计出识别人行横道标志牌、行人斑马线和交通信号灯的图像处理算法。该控制系统主要是采用图像处理软件Halcon10.0和C#语言混合编程完成图像处理算法的设计,通过实验数据验证算法具有很好的实时性和准确性。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TH789
【图文】：

图 2.2 智行轮椅硬件系统实物椅硬件控制系统主要是由单片机内核组成的开发板，轮椅车轮的 H 桥电机驱动，并采用 PWM 信号来控制车速，在一定范围内可从而控制轮椅的运动。轮椅结构中采用红外传感器来产生避障制。轮椅硬件设计中摄像头云台的转动是通过步进舵机来进行块来实现信息的无线传输，然后根据相应的指令使云台执行转动轮椅硬件部分控制流程图。电子罗盘模块WIFI模块 单片机系统电机指令传递视频信号摄像头模块TTL串口IO口TTL串口IO口

图 2.4 WIFI 模块中摄像头类型大致分为两大类：数字摄像头和模拟摄像进行采集，该模块的工作原理是将设备采集产生的模将转换成的数字信号储存到计算机内进行运用[24]。控制轮椅前方的图像信息并由 WIFI 模块传输到上位机，图的核心，摄像头获取的图像包含轮椅前方所有的环境响控制系统的检测速度和准确度，这是整个控制系统分采用脉冲宽度调制信号来控制舵机，实现摄像头云感器、电机、外壳、减速齿轮组和控制电路组成[25]。舵拟舵机，在实际运用中，系统硬件核心必须不断给模

【参考文献】

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本文编号：2730917