【摘要】：為解決老齡人群和殘障人士戶外行動(dòng)不便的問(wèn)題,多功能輪椅的社會(huì)需求日益增長(zhǎng)。多功能輪椅應(yīng)具有戶外出行時(shí)的自主路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航控制能力,因此相關(guān)的研究涉及控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),多傳感器信息融合,局部路徑規(guī)劃,全局路徑規(guī)劃,自動(dòng)避障等多個(gè)方面的內(nèi)容。本文針對(duì)助老助殘輪椅室外自主導(dǎo)航問(wèn)題,提出了融合基于百度地圖的全局路徑導(dǎo)航行為、基于視覺(jué)的局部路徑導(dǎo)航行為和基于深度數(shù)據(jù)的避障行為的自主導(dǎo)航方法,在校園環(huán)境下對(duì)上述融合算法進(jìn)行了測(cè)試,證明了上述方法有效性。本文主要內(nèi)容包括:第一章:調(diào)查了智能輪椅國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,介紹智能輪椅自主導(dǎo)航行為控制技術(shù)中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù),包括系統(tǒng)定位、信息融合、路徑規(guī)劃、避障問(wèn)題等,介紹了本文的主要工作。第二章:介紹了智能輪椅自主導(dǎo)航系統(tǒng),其中包括硬件框架設(shè)計(jì)和軟件框架設(shè)計(jì)。以Arduino板為主控芯片,智能功率芯片BTS7960構(gòu)成全橋電路,驅(qū)動(dòng)直流電機(jī),并設(shè)計(jì)了電機(jī)緩啟動(dòng)算法,使得輪椅行進(jìn)過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制輪椅以一種平滑、舒適的方式運(yùn)動(dòng)。建立了相關(guān)的系統(tǒng)模型,包括輪椅坐標(biāo)系統(tǒng)模型和輪椅運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。第三章:設(shè)計(jì)了基于百度地圖的全局路徑導(dǎo)航行為。利用北斗模塊和電子羅盤確定智能輪椅在百度地圖上的位置和姿態(tài),計(jì)算與目標(biāo)點(diǎn)的距離及方向角,完成全局導(dǎo)航行為設(shè)計(jì),并規(guī)劃了遠(yuǎn)程監(jiān)視上位機(jī),能夠在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀測(cè)輪椅的相關(guān)參數(shù)。第四章:設(shè)計(jì)了基于視覺(jué)的局部路徑導(dǎo)航行為。利用中值濾波對(duì)道路圖像預(yù)處理,Canny算子檢測(cè)圖像邊緣,Hough變換提取直線,計(jì)算消失點(diǎn)、擬合出導(dǎo)航線,根據(jù)有無(wú)導(dǎo)航線,設(shè)計(jì)了有消失點(diǎn)和無(wú)消失點(diǎn)兩種行人道跟隨行為。通過(guò)對(duì)采集的深度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)道路可通過(guò)度的計(jì)算,完成道路的避障行為設(shè)計(jì)。第五章:對(duì)行為競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制進(jìn)行介紹,采用行為競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制對(duì)全局路徑導(dǎo)航行為、局部路徑導(dǎo)航行為和避障行為進(jìn)行設(shè)計(jì)融合。提出了融合基于百度地圖的全局路徑導(dǎo)航行為、基于視覺(jué)的局部路徑導(dǎo)航行為和基于深度數(shù)據(jù)的避障行為的自主導(dǎo)航方法,在校園環(huán)境下對(duì)上述行為融合后的算法進(jìn)行測(cè)試,在直線和彎道上都證明了上述行為融合的有效性。第六章:主要是對(duì)于本文所做的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總結(jié),并對(duì)未來(lái)需要更加深入完成的研究進(jìn)行了展望。
【圖文】：

這些語(yǔ)音命令目前還均為離散型，不能和用戶真正對(duì)話，只能用來(lái)控制輪椅的方向和逡逑進(jìn)退。另外該聲控輪椅還配備了機(jī)械手臂，，用來(lái)抓取所需物品。逡逑北京信息科技大學(xué)研發(fā)了如圖１－１所示的腦電波電動(dòng)輪椅，看上去和科學(xué)家霍金使用逡逑的輪椅外觀相似。操作者坐在輪椅上，頭部戴上一個(gè)像章魚(yú)一樣的腦電波采集器，其通過(guò)逡逑

第二章智能輪椅導(dǎo)航控制方案設(shè)計(jì)逡逑２．１硬件框架設(shè)計(jì)逡逑本文采用的硬件框架如圖２－丨所示。處理器是智能輪椅的控制中心，負(fù)貴采集、分析、逡逑處理傳感器數(shù)據(jù)，輸出控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制智能輪椅室外自主導(dǎo)航及其壁逡逑障。其中ＧＰＳ負(fù)責(zé)定位，通過(guò)串口將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，處理器將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得逡逑到經(jīng)緯度。處理器像電子羅盤發(fā)出請(qǐng)求，電子羅盤返回?cái)?shù)據(jù)給處理器，處理器獲取朝向角。逡逑Ｋｉｎｅｃｔ攝像頭負(fù)責(zé)獲取彩色圖像數(shù)據(jù)和深度信息，處理器對(duì)彩色圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲取道逡逑路車道線信息，對(duì)深度信息分析獲得距離數(shù)據(jù)進(jìn)行避障行為設(shè)計(jì)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)處理器逡逑發(fā)來(lái)的信號(hào)對(duì)直流有刷電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。逡逑ＳＩ邐邐邋邐逡逑全局定位導(dǎo)航系統(tǒng)邋．邐邐邋局部視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)逡逑ｍ邐（Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ邋Ｐｉ）邐￣串□，（圖像處理系統(tǒng)）逡逑」牛邋Ａ邐＇邐邐逡逑Ｉ邐ｆ￣￣邐，逡逑傳感器接口單元邐車體驅(qū)動(dòng)控制器逡逑Ｉ邋Ｉ邐Ｌ邋Ｘ邋邐Ｘ逡逑■邐左邐右逡逑ＧＰＳ邋定邐電邋ｆ邐Ｉ邐＾邐＝逡逑位邐羅盤邐驅(qū)邐驅(qū)逡逑＿邐動(dòng)動(dòng)邐★逡逑器邐器逡逑■邐邐Ｖ邐
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH789

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