本文關(guān)鍵詞：基于激光和視覺信息融合的智能輪椅避障及運(yùn)動控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會對老齡化人口以及殘障群體關(guān)注度的提高,輪椅的需求不斷增長,促使其智能化、自主化水平不斷提升,并逐漸成為智能服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。鑒于智能輪椅的應(yīng)用背景,在研究中需優(yōu)先考慮輪椅的安全性與穩(wěn)定性,并依據(jù)不同智能輪椅平臺的自身特點(diǎn),有針對性的設(shè)計(jì)避障策略。本文使用的是自主研發(fā)的全向智能輪椅平臺,在此平臺基礎(chǔ)上深入研究了智能輪椅避障方法,同時(shí)對其運(yùn)動控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。首先,針對激光傳感器獲取環(huán)境信息少、層面單一的缺點(diǎn),引入了基于單目視覺的障礙物測量策略,并結(jié)合背景差法和幀差法對障礙物進(jìn)行檢測;為了實(shí)現(xiàn)兩種傳感器信息更深層次的融合,提出了基于激光傳感器和視覺傳感器的多信息融合避障策略;在上述工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于模糊PID控制方法的全向智能輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng),顯著提升了智能輪椅平臺運(yùn)行的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。主要研究工作有以下幾個(gè)方面:1)基于單目視覺的障礙物檢測方法基于背景差法的物體檢測對圖像背景的約束條件較多,并且在光照變化等環(huán)境因素的影響下系統(tǒng)魯棒性較差。針對上述問題,本文提出背景差法與幀差法相融合的障礙物檢測方法,利用背景差法實(shí)現(xiàn)對障礙物的檢測識別,并用幀差法進(jìn)行背景更替。該方法可有效消除光照等因素的干擾,實(shí)現(xiàn)對障礙物的精準(zhǔn)檢測。2)基于激光傳感器和單目視覺傳感器的多信息融合避障算法為了彌補(bǔ)激光傳感器對于環(huán)境中低矮障礙物信息的缺失,引入單目視覺傳感器對環(huán)境信息進(jìn)行完善�；谪惾~斯理論,實(shí)現(xiàn)激光傳感器與單目視覺傳感器的信息融合,增強(qiáng)系統(tǒng)對環(huán)境中的障礙物信息的理解與感知。該算法消除了單一傳感器對避障系統(tǒng)的限制,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的魯棒性。3)基于模糊PID方法的全向智能輪椅運(yùn)動控制全向智能輪椅對避障信號的響應(yīng)速度需求較高,針對這一特點(diǎn),提出了基于專家系統(tǒng)與模糊PID融合的速度控制方法。利用專家的經(jīng)驗(yàn)建立知識庫與模糊控制規(guī)則,根據(jù)用戶期望運(yùn)動結(jié)果對智能輪椅的速度進(jìn)行控制并決策。將專家系統(tǒng)的決策結(jié)果與智能輪椅實(shí)際運(yùn)動速度輸入模糊PID控制器,利用設(shè)計(jì)的模糊控制規(guī)則對PID的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線的自整定,實(shí)現(xiàn)智能輪椅速度的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的控制,提升系統(tǒng)的動態(tài)性能并且降低系統(tǒng)的超調(diào)量。實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的基于激光傳感器與視覺傳感器信息融合避障方法可以有效甄別障礙物信息,提供有效的避障指令,達(dá)到期望的避障效果。模糊PID控制器則可精準(zhǔn)執(zhí)行避障指令,系統(tǒng)響應(yīng)速度與精度均在合理范圍內(nèi)。在智能輪椅自主導(dǎo)航避障方面具有一定的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：全向智能輪椅 單目視覺障礙物檢測 信息融合 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH789;TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 智能輪椅國內(nèi)外研究概況11-14
• 1.2.1 國外發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展概況13-14
• 1.3 智能輪椅關(guān)鍵技術(shù)分析14-18
• 1.3.1 導(dǎo)航系統(tǒng)與復(fù)數(shù)傳感器信息融合14-15
• 1.3.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)15-16
• 1.3.3 人機(jī)交互接口16-18
• 1.4 論文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排18-19
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容18
• 1.4.2 論文結(jié)構(gòu)安排18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 第2章 智能輪椅開發(fā)平臺與控制軟件設(shè)計(jì)20-26
• 2.1 智能輪椅開發(fā)平臺20-25
• 2.1.1 硬件平臺構(gòu)成20-21
• 2.1.2 激光傳感器21-22
• 2.1.3 單目視覺傳感器22-23
• 2.1.4 麥克納姆全向輪23-25
• 2.2 軟件開發(fā)平臺介紹25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于激光和單目視覺信息融合技術(shù)的避障策略研究26-52
• 3.1 背景差法和幀差法互補(bǔ)的障礙物檢測方法26-32
• 3.1.1 背景差法障礙物目標(biāo)檢測26-28
• 3.1.2 幀差法背景更新方法28-30
• 3.1.3 基于單目視覺的障礙物距離探知30-32
• 3.2 基于激光雷達(dá)和單目視覺信息融合的障礙物檢測算法32-35
• 3.2.1 激光傳感器不確定性分析32
• 3.2.2 視覺傳感器不確定性分析32-33
• 3.2.3 數(shù)據(jù)信息融合的基本原理33-34
• 3.2.4 基于激光雷達(dá)和單目視覺信息融合的障礙物檢測34-35
• 3.3 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避障算法35-43
• 3.3.1 基于模糊邏輯的避障算法35-36
• 3.3.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)36-38
• 3.3.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法38-41
• 3.3.4 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避障方法41-43
• 3.4 改進(jìn)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障算法43-51
• 3.4.1 改進(jìn)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)44-49
• 3.4.2 改進(jìn)模糊控制器的參數(shù)調(diào)整方法49-50
• 3.4.3 訓(xùn)練結(jié)果50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 全方向智能輪椅的運(yùn)動控制方法52-60
• 4.1 智能速度控制器設(shè)計(jì)52-54
• 4.1.1 智能控制理論52-53
• 4.1.2 基于專家系統(tǒng)與模糊PID結(jié)合速度控制方法53-54
• 4.2 基于模糊PID的速度控制54-59
• 4.2.1 模糊PID控制器54-55
• 4.2.2 模糊PID的參數(shù)自整定55-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-64
• 5.1 人機(jī)交互系統(tǒng)60
• 5.2 基于激光和視覺傳感器信息融合的輪椅避障實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-63
• 5.2.1 基于超聲波傳感器的智能輪椅避障61-62
• 5.2.2 基于激光傳感器和視覺傳感器信息融合的智能輪椅避障62-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-72
• 致謝72

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1 青云;;德國開發(fā)出電動智能輪椅[J];知識就是力量;2007年09期

2 周偉;謝存禧;;基于單片機(jī)的多功能智能輪椅的模塊化設(shè)計(jì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2010年03期

3 王麗軍;王景川;陳衛(wèi)東;;動態(tài)環(huán)境下智能輪椅的路徑規(guī)劃與導(dǎo)航[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2010年11期

4 侯九霄;馮志超;石九龍;席松濤;;基于偏心距可調(diào)偏心輪的智能輪椅[J];物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);2012年08期

5 盛劍波;智能輪椅[J];家用電器科技;1996年02期

6 李雪蓮;;老年智能輪椅設(shè)計(jì)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2014年04期

7 董曉倩,黃素平;智能輪椅導(dǎo)航定位研究現(xiàn)狀及趨勢[J];沿海企業(yè)與科技;2005年08期

8 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

9 梁靜坤;;無線供能技術(shù)在智能輪椅供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2010年02期

10 ;國外信息之窗[J];醫(yī)療保健器具;1996年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 戰(zhàn)仁奎;吳偉;程桂娟;于成龍;;智能輪椅控制系統(tǒng)綜述[A];第九屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊）[C];2012年

2 王景川;陳衛(wèi)東;;基于多傳感器的智能輪椅設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第七分冊）[南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)（增刊）][C];2009年

3 羅元;楊楊;張毅;黎勝暉;陳凱;;智能輪椅嵌入式手勢控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2013年中國智能自動化學(xué)術(shù)會議論文集（第五分冊）[C];2013年

4 董曉倩;黃軍輝;黃素平;;一種智能輪椅的靜態(tài)路徑規(guī)劃方法[A];教育部中南地區(qū)高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課教學(xué)研究會第二十屆學(xué)術(shù)年會會議論文集（下冊）[C];2010年

5 張毅;祝翔;羅元;;基于SVM多分類技術(shù)的肌電輔助腦電智能輪椅控制系統(tǒng)[A];2013年中國智能自動化學(xué)術(shù)會議論文集（第五分冊）[C];2013年

6 王佳鳳;吳偉;胡巖;程桂娟;;基于四元數(shù)算法的智能輪椅MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研究[A];第九屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊）[C];2012年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 柴野;高智能輪椅問世[N];光明日報(bào);2003年

2 記者 楊s，

本文編號：287363