進入本世紀以來,我國人口老齡化程度不斷加深,殘疾人口、慢性病人數(shù)量都呈上升趨勢,對智能輪椅的需求量也在逐年增加。本文以智能輪椅為研究課題,將輪椅這個單一的移動工具擴展為可移動服務(wù)類機器人,并綜合利用多傳感器數(shù)據(jù)使智能輪椅機器人在室內(nèi)環(huán)境中擁有精準的環(huán)境感知能力,準確的定位與導(dǎo)航能力。相對于室外定位和導(dǎo)航,在室內(nèi)環(huán)境下缺乏精確的GPS等導(dǎo)航信號,且定位精度要求又比較高。同時室內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜,沒有在室外道路上常用的交通指示線及路沿等參照物輔助導(dǎo)航,給室內(nèi)定位與導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計帶來了不小的挑戰(zhàn)。本文從環(huán)境感知、室內(nèi)定位和路徑規(guī)劃這三個方面設(shè)計了智能輪椅機器人的環(huán)境感知和導(dǎo)航系統(tǒng),所用到的傳感器有激光雷達、雙目攝像機和超聲探頭。針對環(huán)境感知問題,本文采用多傳感器融合方法,設(shè)計和實現(xiàn)了一個使用較低成本傳感器的室內(nèi)三維環(huán)境感知系統(tǒng)。輪椅車從車體前部安裝的,激光雷達能夠獲取固定方向的點云圖,并與車體運動參數(shù)融合,對車體周邊激光可探測的三維環(huán)境進行高精度的重建;對車體周邊激光不可測環(huán)境,用超聲探頭進行低精度二維構(gòu)建;再結(jié)合雙目相機來進行特征識別。將這三者結(jié)合起來,形成對周邊環(huán)境可靠的感知。本文采用靜態(tài)地圖與動態(tài)地圖結(jié)合的方法來解決輪椅機器人自主定位問題。以房間門口為環(huán)境坐標系原點,使用占據(jù)柵格法完成靜態(tài)環(huán)境地圖的構(gòu)建;以輪椅車驅(qū)動輪軸心為原點構(gòu)建動態(tài)地圖。輪椅首先使用在門口采集到的圖像與模板圖像進行匹配,綜合匹配點數(shù)、錯誤率等參數(shù),確定輪椅當前所在的房間;然后探測室內(nèi)標記點位置,以標記點為參照物計算并修正輪椅自身在當前房間中的位置,并以輪椅自身行進的線速度、角速度確定目標方位。在完成輪椅機器人室內(nèi)路徑規(guī)劃時,對傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法A*算法進行了優(yōu)化,增加了轉(zhuǎn)彎時間的權(quán)重,通過對轉(zhuǎn)彎數(shù)量、路徑長度以及所用時間等參數(shù)的考察,驗證了該種優(yōu)化對于減少智能輪椅機器人行走距離和轉(zhuǎn)彎角度有效。在避障策略選擇上,對障礙物場景進行了分類預(yù)判,根據(jù)障礙物距離輪椅的距離劃分避障區(qū)和危險區(qū),使輪椅在不觸碰障礙物的情況下盡量縮短行進時間。在實驗環(huán)境下,本文所設(shè)計的輪椅機器人自主定位與導(dǎo)航系統(tǒng)能夠完成在室內(nèi)的自動行進,經(jīng)多次實驗,能夠達到與他人輔助手推輪椅相近的實驗效果。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH77;TP242
【部分圖文】：

之后便不再重復(fù)清掃，大大提高了單位時間的清掃面積（如圖 1.1 所示）。如果在清掃途中發(fā)現(xiàn)小孩或?qū)櫸飼r，該掃地機器人能夠及時減速并躲避，合理規(guī)劃路徑。圖1.1 面部控制機器人和戴森掃地機器人韓國 Yujin 公司在 2008 年開發(fā)的機器人 iRobiò[8]（如圖 1.2 所示），除了能像人類一樣在房間內(nèi)行走外，還能完成查看煤氣是否關(guān)閉、大門是否上鎖等安保工作，在陌生人闖入家中時拍攝照片并發(fā)給主人。在陪伴服務(wù)中，還可選擇唱歌、讀書等。圖1.2 智能機器人 iRobi

類一樣在房間內(nèi)行走外，還能完成查看煤氣是否關(guān)閉、大門是否上鎖等安保工作，在陌生人闖入家中時拍攝照片并發(fā)給主人。在陪伴服務(wù)中，還可選擇唱歌、讀書等。圖1.2 智能機器人 iRobi

游機器人（如圖 1.3 所示），能夠在旅游景點為游客提供關(guān)于該景點的具體介紹，景區(qū)服務(wù)介紹，景點信息的查詢、導(dǎo)航等服務(wù)。圖1.3 導(dǎo)游機器人 DY 和機器人可佳中科大機器人團隊研制出了一款名為 可佳ò[10]的智能仿人型服務(wù)類交互機器人（如圖 1.3 所示），具有較強的語音識別能力，并且進行人機對話，具有語言理解、語言知識獲取的功能。它可以通過閱讀家電的使用說明書完成對家電操作，比如自主使
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本文編號：2857693