智能电动轮椅

1/71.2."1 智能轮椅的国内外研究现状智能轮椅通常是在一台标准电动轮椅的基础上，增加一台电脑和一些传感器或者在一个移动机器人的基础上增加一个座椅进行构建。最早的相关研究开始于1986 年，轮椅通过视觉进行导航协助。之后 IBMT.J.WatsonResearchCenter 的Connell 和 Viola 将座椅放在一个移动机器人平台上，利用操纵杆、超声和红外传感器实现了机器人的行走和避障等导航功能。Jaffe 等负责的 smartwheelchair 项目利用两个超声波传感器测定人的头部运动位置，并以此实现了利用头部姿势控制轮椅的运动。经过 20 多年的开发，世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台，包括美国麻省理工大学的 Wheelesley,密西根大学的 NavChair，匹兹堡大学的 Haphaestus，SWCS(SmartWheelchairComponentSystem),加拿大的 TAO 项目，西班牙的 SIAMO,法国的 VAHM,德国乌尔姆大学的 MAid,不莱梅大学的 Rolland,FRIEDNSI 川系列，希腊的 SENARIO 等。我国开展智能轮椅的研究较晚，但是也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的智能轮椅平台，包括中科院自动化所的多模态交互智能轮椅、嵌入式智能轮椅，上海交通大学的多功能智能轮椅，中科院深圳先进技术研究院基于头部动作的智能轮椅等等。在控制系统结构方面，目前多数智能轮椅平台上采用的是主从式控制方式。上位机负责系统的整体控制，包括各功能子模块的协调，任务规划，系统管理以及人机交互等，同时完成运动控制量的计算、送到下位机，以完成对轮椅的运动控制。该种控制模式对硬件的要求较为简单，系统较容易构建，是系统验证期所采用的典型结构。目前上位机多采用普通 PC 机，由于信息的集中处理使得上位机的信息处理量大，负担很重，实时性较差，无法满足实际使用的需要。随着嵌入式技术的飞速发展，采用嵌入式控制系统构建智能轮椅平台逐渐引起研究者们的注意，中科院自动化所研制的嵌入式智能轮椅系统在该方面进行了尝试，系统采用 ARM+DSP+FPGA 的方式来分别构建智能轮椅的中央控制系统、传感器系统、视觉系统和运动控制系统，整个控制系统运行稳定，具有2/7实时性高、功耗低，续航时间长的特点，在控制模式方面，智能轮椅上普遍采用的是三种模式：自动模式、半自动模式、手动模式。在自动模式下，由使用者通过人机交互界面设定目标，智能轮椅通过自身获得的环境信息自主完成到目标点的路径规划和跟踪，比如到卧室，客厅等。该模式主要针对控制轮椅能力较弱的老年...