【摘要】：伴隨著中國人口老齡化程度的加快,以及各種因疾病、交通事故等導(dǎo)致的肢體傷殘人數(shù)的增加,老年人及下肢殘疾人士的醫(yī)療和護(hù)理問題給家庭和社會都帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。本文設(shè)計的智能輪椅床作為室內(nèi)助老助殘型服務(wù)機(jī)器人,機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要由輪椅移動平臺、變形平臺、床基平臺和控制平板組成。其中輪椅移動平臺由四個麥克納姆輪獨(dú)立驅(qū)動,能實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)全向運(yùn)動;變形平臺能通過電動推桿實(shí)時調(diào)節(jié)椅背等多關(guān)節(jié)位姿;床基平臺能通過與輪椅單元的對接為用戶提供寬敞的護(hù)理床平臺,避免出現(xiàn)用戶的肢體轉(zhuǎn)移問題。控制系統(tǒng)上,本文設(shè)計開發(fā)了一套基于TCP/IP協(xié)議Socket通信的上下位機(jī)通訊架構(gòu)。通過多線程架構(gòu)的建立,下位機(jī)固高控制器能實(shí)現(xiàn)與控制平板、床基Wido單片機(jī)的實(shí)時Socket通信,以及與輪椅Mega單片機(jī)的RS232通信;上位機(jī)采用遠(yuǎn)程平板和車載平板兩個控制終端,利用互斥對象實(shí)現(xiàn)兩線程的同步,并通過增設(shè)優(yōu)先級判別環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)兩平板的控制權(quán)切換,搭建起交叉冗余的控制系統(tǒng)。此外,本文基于WinForm設(shè)計開發(fā)了一套完整的控制終端軟件及界面。功能實(shí)現(xiàn)上,本文設(shè)計的系統(tǒng)除具有運(yùn)動控制、輪椅手動/自動變形、障礙檢測等功能,還針對輪椅單元的返回對接問題,設(shè)計了基于多傳感器信息融合的自主返回算法。通過超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)輪椅單元在Y向的定位。在X方向的定位上,利用NEC協(xié)議來實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射編碼及分區(qū),用作X方向輔助定位;基于人工路標(biāo)匹配法,通過對床基對接面上Y向“突變點(diǎn)”的識別來實(shí)現(xiàn)X方向的精確定位,并通過初步定位和精確定位兩個過程的配合簡化返回路徑,實(shí)現(xiàn)輪椅單元的局部自主返回充電功能。同時利用打滑補(bǔ)償算法減少因打滑現(xiàn)象造成的對輪椅單元運(yùn)動精度的影響,改善自主返回、對接效果。
【圖文】：

圖 1-1 VAHM 智能輪椅Fig.1-1 VAHM Intelligent Wheelchair麻省理工學(xué)院于 1992 年開發(fā)出了半自主的智能輪椅 Wheelesly[7]。主要包括 2 部分：輪椅系統(tǒng)及人機(jī)界面，其中輪椅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方避障，人機(jī)界面用于指令輸入進(jìn)行高級控制。Wheelesly 通過 4 個、12 個紅外傳感器和 2 個編碼器來構(gòu)建環(huán)境感知系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)航。智能輪椅設(shè)置了菜單、操縱桿和用戶界面 3 種控制方式。在菜器人根據(jù)菜單命令行進(jìn)；在操縱桿模式下，輪椅用戶通過操控旋桿動方向從而進(jìn)行避障；而在用戶界面模式下，用戶使用鷹眼系統(tǒng)，睛運(yùn)動來控制輪椅。

圖 1-1 VAHM 智能輪椅Fig.1-1 VAHM Intelligent Wheelchair美國麻省理工學(xué)院于 1992 年開發(fā)出了半自主的智能輪椅 Wheelesly[7]。該輪椅機(jī)器人主要包括 2 部分：輪椅系統(tǒng)及人機(jī)界面，其中輪椅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方向控制和行走避障，，人機(jī)界面用于指令輸入進(jìn)行高級控制。Wheelesly 通過 4 個超聲波傳感器、12 個紅外傳感器和 2 個編碼器來構(gòu)建環(huán)境感知系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的局部自主導(dǎo)航。智能輪椅設(shè)置了菜單、操縱桿和用戶界面 3 種控制方式。在菜單模式下，機(jī)器人根據(jù)菜單命令行進(jìn)；在操縱桿模式下，輪椅用戶通過操控旋桿來控制輪椅運(yùn)動方向從而進(jìn)行避障；而在用戶界面模式下，用戶使用鷹眼系統(tǒng)，即能只通過眼睛運(yùn)動來控制輪椅。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH789

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李建新;李嘉羽;;城市空巢老人生活質(zhì)量研究[J];人口學(xué)刊;2012年03期

2 封丹;;第六次人口普查顯示:中國人口老齡化趨勢加快[J];科技智囊;2011年06期

3 張毅;張姣;羅元;;基于手勢跟蹤的智能輪椅控制系統(tǒng)[J];重慶郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年06期

4 劉振宇;姜楠;張令濤;;基于人工路標(biāo)和立體視覺的移動機(jī)器人自定位[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2010年09期

5 朱磊磊;陳軍;;輪式移動機(jī)器人研究綜述[J];機(jī)床與液壓;2009年08期

6 孫波;李文鋒;李斌;楊小鑄;;基于無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式機(jī)器人控制系統(tǒng)[J];微計算機(jī)信息;2008年26期

7 廖曉輝;沈大中;王東署;;智能輪椅的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)分析[J];制造業(yè)自動化;2008年04期

8 魯濤;原魁;朱海兵;;智能輪椅研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用;2008年02期

9 陳淑艷;陳文家;;履帶式移動機(jī)器人研究綜述[J];機(jī)電工程;2007年12期

10 張建英;趙志萍;劉暾;;基于人工勢場法的機(jī)器人路徑規(guī)劃[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年08期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊源鑫;輪式全向移動物流平臺的運(yùn)動學(xué)建模與軌跡跟蹤控制[D];北京印刷學(xué)院;2017年

2 徐德成;基于人工路標(biāo)的移動機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[D];東南大學(xué);2016年

3 張星;基于麥克納姆輪的全向AGV運(yùn)動控制技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2016年

4 朱艷杰;基于麥克納姆輪全向車設(shè)計與性能研究[D];燕山大學(xué);2016年

5 劉釗;基于多傳感器信息融合的智能輪椅避障及運(yùn)動控制研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

6 雷雙雙;多功能智能輪椅的研究[D];華南理工大學(xué);2014年

7 代玉興;一種新型多功能護(hù)理輪椅床的設(shè)計與研究[D];天津科技大學(xué);2014年

8 閆婉;新型移動機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與研究[D];上海交通大學(xué);2011年

9 焦平平;多機(jī)器人通信與編隊(duì)問題研究[D];北京交通大學(xué);2008年

10 曾翔;面向助老助殘的智能輪椅開發(fā)[D];上海交通大學(xué);2007年

本文編號：2699474