本文關(guān)鍵詞：智能助老助殘輪椅爬樓姿態(tài)控制和室內(nèi)自主導(dǎo)航的研究

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【摘要】：隨著科技的發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)突飛猛進(jìn),機(jī)器人也越來(lái)越多地融入到人類(lèi)的工作、生活中,在各個(gè)領(lǐng)域均可以看到機(jī)器人的身影。近年來(lái),對(duì)于旨在更好服務(wù)人類(lèi)的服務(wù)型機(jī)器人的需求呈現(xiàn)著井噴的趨勢(shì)。在老齡化人口和肢體殘障等行動(dòng)不便人群數(shù)量遞增的今天,對(duì)于智能輪椅的需求也在逐步增加。傳統(tǒng)的輪椅均是用人力或電力驅(qū)動(dòng),只能在平地移動(dòng),在面臨城市化過(guò)程中出現(xiàn)的樓梯時(shí)往往力不從心。有諸多學(xué)者對(duì)爬樓機(jī)器進(jìn)行了研究,但是仍然存在兩個(gè)問(wèn)題。一方面,以爬樓機(jī)器本身為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和部件完成爬樓功能,沒(méi)有能夠?qū)ζ渲悄芑刂品绞阶錾钊胙芯?另一方面,設(shè)計(jì)成型的機(jī)器成本較高,復(fù)雜度較大,無(wú)法真正走入普通人群。本文提出智能輪椅的概念,將機(jī)器人技術(shù)中的智能控制引入到普通輪椅中,使普通輪椅也具備智能機(jī)器人的諸多優(yōu)良特性。為了解決實(shí)際的應(yīng)用需求,本文將焦點(diǎn)集中在智能輪椅爬樓和室內(nèi)自主導(dǎo)航兩個(gè)方面的“移動(dòng)”問(wèn)題上,主要包括以下內(nèi)容:第一,設(shè)計(jì)了可供研究和方便調(diào)試的智能輪椅底盤(pán),包含底盤(pán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分與電氣硬件結(jié)構(gòu)部分,并從總體上對(duì)其功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。第二,在爬樓時(shí)使用運(yùn)動(dòng)處理組件MPU6050、超聲波、紅外線等傳感器數(shù)據(jù),將其應(yīng)用在自適應(yīng)模糊PID姿態(tài)控制算法中,對(duì)智能輪椅的方向、相對(duì)位置、抗干擾能力等方面的功能進(jìn)行控制,并對(duì)算法進(jìn)行Simulink仿真實(shí)驗(yàn),在最后的實(shí)物試驗(yàn)中對(duì)算法做進(jìn)一步的驗(yàn)證,取得了較好的控制效果。第三,對(duì)基于語(yǔ)言和認(rèn)知地圖的室內(nèi)自主導(dǎo)航進(jìn)行研究分析,在上述地圖信息下,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位、向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃等功能,本文所提出的方法在增強(qiáng)定位效果、抗干擾等性能上都有較好的表現(xiàn)。第四,使用全局與局部相結(jié)合的方式,研究路徑規(guī)劃算法。將全局-局部的概念與拓?fù)鋵又械膮^(qū)域-位置節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián),在大范圍內(nèi)使用全局路徑規(guī)劃,小范圍內(nèi)使用“活動(dòng)窗口”動(dòng)態(tài)地根據(jù)障礙物實(shí)時(shí)調(diào)整其局部的路徑規(guī)劃,并對(duì)障礙物的運(yùn)動(dòng)做趨勢(shì)分析,使得在動(dòng)態(tài)避障和陌生環(huán)境下的導(dǎo)航能力有較大提高�；谏鲜鰞�(nèi)容,通過(guò)試驗(yàn)對(duì)智能輪椅底盤(pán)的上述研究進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的底盤(pán)符合預(yù)期結(jié)果,能完成預(yù)定目標(biāo),為后續(xù)的研究打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：智能輪椅 爬樓姿態(tài)控制 室內(nèi)自主導(dǎo)航 路徑規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;TH789
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題來(lái)源11
• 1.2 課題背景及意義11-13
• 1.3 爬樓輪椅機(jī)器人概述13-16
• 1.4 室內(nèi)自主導(dǎo)航技術(shù)概述16-18
• 1.5 論文研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排18-21
• 第2章 智能輪椅總體方案設(shè)計(jì)21-27
• 2.1 智能輪椅總體功能分析21-22
• 2.2 智能輪椅主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)22-24
• 2.3 系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 智能輪椅爬樓姿態(tài)控制27-51
• 3.1 姿態(tài)控制方案設(shè)計(jì)27-28
• 3.2 姿態(tài)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)28-35
• 3.2.1 控制系統(tǒng)硬件選擇28-30
• 3.2.2 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)30-35
• 3.3 姿態(tài)控制系統(tǒng)算法研究35-49
• 3.3.1 爬樓狀態(tài)不穩(wěn)定因素分析35-36
• 3.3.2 姿態(tài)解算分析36-42
• 3.3.3 模糊PID算法42-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 智能輪椅室內(nèi)自主導(dǎo)航51-67
• 4.1 室內(nèi)自主導(dǎo)航方案設(shè)計(jì)51
• 4.2 室內(nèi)定位系統(tǒng)51-62
• 4.2.1 定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53-55
• 4.2.2 地圖創(chuàng)建55-62
• 4.3 路徑規(guī)劃研究62-66
• 4.3.1 路徑規(guī)劃方案設(shè)計(jì)63-64
• 4.3.2 避障方法64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第5章 仿真與試驗(yàn)研究67-83
• 5.1 爬樓姿態(tài)仿真分析67-73
• 5.2 試驗(yàn)研究73-82
• 5.2.1 試驗(yàn)?zāi)康募皸l件73-74
• 5.2.2 試驗(yàn)過(guò)程及方法74-75
• 5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析75-82
• 5.3 本章小結(jié)82-83
• 第6章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 全文總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文89-91
• 致謝91

【相似文獻(xiàn)】

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2 記者 楊s，

本文編號(hào)：1033768