文档介绍：南昌大学
硕士学位论文
智能轮椅多模态控制系统研究
姓名:牛凤英
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:张华
20090613
摘要
摘要
智能轮椅是智能机器人技术在服务机器人领域的一个重要应用,目的是帮
助老年人和残障人提高行动自由度,让他们能重新融入社会。伴随着路径规划
技术、语音识别技术、D饧际酢⑿畔⑷诤霞际醯雀呖萍嫉姆⒄梗忠喂δ
发生了根本性的变革,具有自主避障、语音控制中可避障、手动控制等功能。
本课题设计了智能轮椅多模态控制系统,所做工作如下:
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本课题在对智能轮椅的功能进行分析的基础上,对智能轮椅进行了模块化
设计,将其分为机械结构部分、人机交互部分、环境感知部分、语音控制中可
避障部分、自主避障部分、驱动部分。
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本课题在对轮椅语音控制模态和自主避障模态原理分析的基础上,针对语
音控制模态单独运行时出现的不安全现象,设计了语音控制中可避障模态。
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本课题在对超声波测距原理分析的基础上,采用超声波传感器作为环境感知
元件,设计了超声波发射电路和接收电路,并设计了多路超声波测距系统,同
时对测距误差进行了分析。
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本课题在对局部路径规划理论详细分析的基础上,设计了基于局部路径规划
理论的轮椅自主避障算法,该算法具有较高实时性和自适应性,完全满足轮椅
自主避障的需要。
最后,本课题对所做工作进行了总结和展望。
关键词:智能轮椅模块化避障语音控制手动控制
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课题意义
联合国发表报告指出:当二十一世纪上半叶到来时,全球人口将增加倍,
而老年人口将增加倍,老年人【靠谡甲苋丝诘谋壤仙ァR簿褪撬担
全世界人口老龄化进程正在加快,今后年内,岁以上的人口比例预计将会
翻一番。而我国是人口最多的国家,老龄化和残疾是我们不得不面对的重大问
题,据老龄委统计结果显示,目前我国岁以上的老年人已达到冢
总人口的%。而我均每黾彝ゾ陀幸桓霾屑踩。
另一项调查显示,年,我国岁以上老年人中有腿脚不便情况的人已接近
万。此外,根据中残联统计数据,目前我国肢体残疾人接近颍湎
肢残疾人为蜃笥摇
随着老年人和残疾人的日益增多,服务需求将会日益增加。助老/助残服务
机器人系列产品的研发有助于形成未来老年人和残疾人生活的新模式和新概
念,并解决人口老龄化带来的重大社会服务问题,以及年实现我国“人人享
有康复服务”的国家战略目标和社会协调发展提供技术支撑。智能轮椅是助老/
助残服务机器人系列产品中的一个重要研究领域。轮椅作为广大老弱病残人员
使用的辅助运动工具,随着人工智能和机器人技术的发展,智能轮椅【的研发也
必将成为一种趋势。研究并开发实用的智能轮椅具有非常重要的现实意义。
多模态智能轮椅
江西省焊接与自动化机器人重点实验室研究的多模态智能轮椅包括手柄控
制,语音控制中可避障控制,自主避障控制三种模态。各模态之间即可相互独
立,又可根据实际应用场合进行多模态融合。
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常规模态,智能轮椅相当于普通的电动轮椅。此模态有两种控制方式,手
柄控制和键盘控制。使用者即可通过手柄,也可通过小键盘操作输出四路模拟
电压,轮椅本身配有电机控制器,四路模拟电压通过电机控制器产生直流电机
信号来控制直流电机,通过对直流电机的开环控制控制轮椅的前进、后退、加
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速、减速、左转、右转、停止等运动控制。
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本课题智能轮椅是基于超声波传感器技术基础上的避障控制。由分布在轮
椅各个方向上的七组超声波传感器获得障碍物信息,由单片机根据获得的障碍
物信息做出相应的避障决策,使智能轮椅灵活避障。
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智能轮椅语音控制系统是属于一个拥有数个或十余个词的小词汇量的语音
识别控制系统,使用者先进行自身的语音训练,训练好的语音模型保存在存储
器中,当用户选择语音控制模态后,语音命令与存储器中的语音模型进行相似
度对比,从而实现语音识别。进而实现语音控制。如果语音控制过程中出现障
碍物,播放“前方有障碍物,