基于ARM的智能轮椅避障系统的研究

论文摘要

日趋严重的老龄化社会问题和残疾人比重的增加,使得老年人和残疾人的日常生活自理成为目前不得不面对的重大社会问题。随着科技的发展,先进代步工具的出现正在逐步地改善着他们的生活质量,电动轮椅是就是其中重要的一种。由于老年人和残疾人的特殊情况,对电动轮椅的智能化控制提出了更高的要求。智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅,它的自动化程度有了很大的提高,很好的满足了老年人和残疾人的使用。本文以天津市应用基础及前沿技术研究计划重点项目为背景,做了基于ARM的智能轮椅避障系统的研究。该避障系统由超声波、红外发光管、电子罗盘、光电编码器等传感器完成环境信息的采集,并通过CAN总线实时的向ARM发送这些信息,ARM经过分析处理,做出控制决策,将控制命令发给DSP,最后由DSP完成对轮椅车的运动控制。ARM的触摸屏不仅具有手动控制方式,还具有自动控制方式。在手动控制方式下,能够通过触摸屏实现智能轮椅的前进、后退、左转、右转、停止等动作,控制界面中能够实时显示轮椅车周围的障碍物信息以及轮椅车正方向与地磁北极的夹角；在自动控制模式下,能够实现避障、过门、沿墙行走、室内漫游、点到点等智能行为,其中点到点功能需要事先完成环境信息的采集,ARM将这些信息存储在CF卡中,如果要完成指定路径,只需要将对应的文件打开,轮椅车会自动执行控制命令,直到到达指定位置。这些智能行为完全从实用性出发,很大的弥补了残疾人手动操作不便的缺陷,具有很好的稳定性和灵活性。本控制系统操作简单、方便、成本低,具有实用性、新颖性、先进性,是一种可靠性较高的避障控制系统,已在实际中成功运用。由于采用模块化的设计方案,具有很好的互联性,技术在继续开发后,能够运用于其他服务机器人,具有显著的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 2 智能轮椅总体设计方案
• 2.1 避障系统主控模块AT91SAM9263
• 2.1.1 智能轮椅整体设计
• 2.1.2 主控模块的硬件环境
• 2.1.3 主控模块在WINCE操作系统下的软件开发
• 2.2 探测传感器的种类和在轮椅车上的分布
• 2.3 避障系统的CAN总线通讯技术
• 2.3.1 CAN总线的传输特性
• 2.3.2 多节点的CAN总线网络的设计
• 2.3.3 避障系统各模块间的通讯协议
• 3 智能轮椅探测模块对环境信息的感知
• 3.1 超声波模块的信息采集
• 3.1.1 超声波模块的硬件设计
• 3.1.2 超声波模块的软件设计
• 3.2 红外发光传感器的信息采集
• 3.3 电子罗盘探测仪的方位信息采集
• 3.4 光电编码器的位移信息采集
• 4 智能轮椅避障系统的研究
• 4.1 模糊控制在智能轮椅避障系统中的应用
• 4.1.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.2 避障模糊控制器的设计
• 4.2 过门行为软件设计
• 4.3 避障行为软件设计
• 4.4 室内漫游软件设计
• 4.5 沿墙行走行为软件设计
• 4.6 点到点行为软件设计
• 5 实验结果及控制效果分析
• 5.1 测距及数据采集结果
• 5.2 基于ARM的主控模块控制界面
• 5.2.1 手动模式控制效果
• 5.2.2 自动模式控制效果
• 5.3 智能轮椅车的整体调试
• 5.4 智能轮椅控制运行结果
• 6 结论
• 7 展望
• 8 参考文献
• 9 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 10 致谢