智能轮椅多模态控制系统研究

论文摘要

智能轮椅是智能机器人技术在服务机器人领域的一个重要应用,目的是帮助老年人和残障人提高行动自由度,让他们能重新融入社会。伴随着路径规划技术、语音识别技术、SPI模拟技术、信息融合技术等高科技的发展,轮椅功能发生了根本性的变革,具有自主避障、语音控制中可避障、手动控制等功能。本课题设计了智能轮椅多模态控制系统,所做工作如下:1.智能轮椅多模态控制系统模块化设计本课题在对智能轮椅的功能进行分析的基础上,对智能轮椅进行了模块化设计,将其分为机械结构部分、人机交互部分、环境感知部分、语音控制中可避障部分、自主避障部分、驱动部分。2.轮椅语音控制中可避障模态的设计本课题在对轮椅语音控制模态和自主避障模态原理分析的基础上,针对语音控制模态单独运行时出现的不安全现象,设计了语音控制中可避障模态。3.轮椅测距系统设计本课题在对超声波测距原理分析的基础上,采用超声波传感器作为环境感知元件,设计了超声波发射电路和接收电路,并设计了多路超声波测距系统,同时对测距误差进行了分析。4.轮椅自主避障算法设计本课题在对局部路径规划理论详细分析的基础上,设计了基于局部路径规划理论的轮椅自主避障算法,该算法具有较高实时性和自适应性,完全满足轮椅自主避障的需要。最后,本课题对所做工作进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 多模态智能轮椅
• 1.3 国内外智能轮椅研究现状
• 1.3.1 国外智能轮椅研究现状
• 1.3.2 国内智能轮椅研究现状
• 1.4 本课题研究内容
• 1.5 本课题创新点
• 第2章 智能轮椅多模态控制系统的设计
• 2.1 智能轮椅的模块划分
• 2.1.1 机械构造模块
• 2.1.2 人机交互模块
• 2.1.3 控制模块
• 2.1.4 环境感知和避障模块
• 2.1.5 语音控制中避障模块设计
• 2.1.6 驱动模块
• 2.2 手动控制系统设计
• 2.2.1 外围硬件电路设计
• 2.2.2 手动控制系统软件设计
• 2.2.3 实验
• 2.3 本章小节
• 第3章 轮椅多模态控制关键技术
• 3.1 移动机器人路径规划理论
• 3.2 信息融合技术
• 3.2.1 信息融合的特点
• 3.2.2 信息融合的层次问题
• 3.3 语音识别技术
• 3.3.1 语音识别系统分类
• 3.3.2 语音识别的方法及分析
• 3.4 小节
• 第4章 语音控制中可避障系统设计
• 4.1 轮椅语音控制系统
• 4.2 刹车装置
• 4.3 语音控制可避障决策模型
• 4.4 语音控制可避障控制系统
• 4.5 实验
• 4.6 小节
• 第5章 轮椅自主避障系统硬件设计
• 5.1 多路测距系统的总体测距方案
• 5.2 单通道超声波测距系统的设计
• 5.2.1 超声波发射电路设计
• 5.2.2 超声波接收电路设计
• 5.3 多通道超声波测距系统的设计
• 5.4 变压电路系统
• 5.5 超声波传感器的分布
• 5.6 电路板的制作
• 5.7 小节
• 第6章 轮椅自主避障算法研究
• 6.1 避障方法概述
• 6.2 基于传感器的机器人外部环境信息的采集
• 6.3 坐标系的建立
• 6.4 环境建模
• 6.4.1 障碍物的分类
• 6.4.2 障碍物的分离
• 6.5 避障控制算法设计
• 6.5.1 路径规划理论
• 6.5.2 基于路径规划的避障算法
• 6.5.3 左转优先的前进避障策略
• 6.5.4 避开左右方逼近的墙面及设定左右安全距离
• 6.5.5 后退避障策略
• 6.5.6 坑洞类障碍物避障策略
• 6.6 超声波测距
• 6.6.1 超声波测距系统
• 6.6.2 测距误差分析
• 6.7 小节
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果