發(fā)布時間：2020-06-06 09:18

【摘要】：伴隨著中國人口老齡化程度的加快,以及各種因疾病、交通事故等導致的肢體傷殘人數的增加,老年人及下肢殘疾人士的醫(yī)療和護理問題給家庭和社會都帶來了巨大的負擔。本文設計的智能輪椅床作為室內助老助殘型服務機器人,機械結構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立驅動,能實現平面內全向運動;變形平臺能通過電動推桿實時調節(jié)椅背等多關節(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理床平臺,避免出現用戶的肢體轉移問題�？刂葡到y上,本文設計開發(fā)了一套基于TCP/IP協議Socket通信的上下位機通訊架構。通過多線程架構的建立,下位機固高控制器能實現與控制平板、床基Wido單片機的實時Socket通信,以及與輪椅Mega單片機的RS232通信;上位機采用遠程平板和車載平板兩個控制終端,利用互斥對象實現兩線程的同步,并通過增設優(yōu)先級判別環(huán)節(jié)實現兩平板的控制權切換,搭建起交叉冗余的控制系統。此外,本文基于WinForm設計開發(fā)了一套完整的控制終端軟件及界面。功能實現上,本文設計的系統除具有運動控制、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現輪椅單元在Y向的定位。在X方向的定位上,利用NEC協議來實現紅外發(fā)射編碼及分區(qū),用作X方向輔助定位;基于人工路標匹配法,通過對床基對接面上Y向“突變點”的識別來實現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,實現輪椅單元的局部自主返回充電功能。同時利用打滑補償算法減少因打滑現象造成的對輪椅單元運動精度的影響,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：輪椅系統及人機界面，其中輪椅系統實現運動方避障，人機界面用于指令輸入進行高級控制。Wheelesly 通過 4 個、12 個紅外傳感器和 2 個編碼器來構建環(huán)境感知系統，能實現室內航。智能輪椅設置了菜單、操縱桿和用戶界面 3 種控制方式。在菜器人根據菜單命令行進；在操縱桿模式下，輪椅用戶通過操控旋桿動方向從而進行避障；而在用戶界面模式下，用戶使用鷹眼系統，睛運動來控制輪椅。

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

【參考文獻】

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本文編號：2699474