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智能轮椅驱动控制与避碰的研究

作　者: 王仁杰
导　师: 曾庆军
学　校: 江苏科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 智能轮椅 信息融合 模糊控制 避碰
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着社会文明的发展进步,保障和提高老年人以及残障人士等弱势群体的生活质量,已经越来越受到社会各界人士的普遍关注。手动轮椅和电动轮椅作为一种代步工具已经走进了千家万户,然而对于一部分自理能力比较差的老年人以及残障人士,一般的电动轮椅他们无法操作使用,因此一种操作更加方便、使用更加安全的新型智能轮椅被更多地关注与研究。首先,本文从实用的角度出发,设计了一种新型的智能轮椅。该设计以信息融合为理论基础,以DSP2407A为控制芯片,以智能信息处理器为多传感器信息处理器,提供了多种智能控制方式。为日后的研究奠定了基本的框架。此外,智能轮椅的基本外形图由AutoCAD给出。其次,详细地介绍了智能轮椅驱动控制系统硬、软件设计。采用电动机的专用控制芯片DSP2407A作为控制芯片,以智能轮椅的专用电机作为动力设备。设计制作了电机的驱动电路,搭建了一套完整的驱动控制系统。并在CCS2.2环境下进行软件编程,最终得到了较好的控制效果,电机的转向以及调速都可以轻松实现。接着,以AS-R移动机器人为硬件平台,从多传感器信息融合的角度出发,重点研究了两层信息融合方法在智能轮椅避碰中的应用。本文设计了一种新型的基于特征级—决策级的两层融合结构的智能轮椅避碰方案,其中特征级信息融合采用最大最小合成原理处理多传感器的不确定信息,决策级信息融合利用模糊控制器实现移动机器人的避碰决策控制。最后,对两层信息融合结构进行了Matlab仿真,取得了良好的效果,以及AS-R移动机器人的实物避碰实验,取得了初步的效果。本文所设计的智能轮椅外形结构与总体控制方案为以后的研究工作指明了方向;轮椅驱动控制器的设计使电动轮椅成为了可能,并为智能轮椅研究提供了一个移动平台;基于两层信息融合的智能轮椅避碰研究为轮椅走向智能化奠定了良好的理论基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章 绪论  12-18
  1.1 课题研究的背景及意义  12
  1.2 智能轮椅的发展现状  12-17
    1.2.1 国外智能轮椅的发展现状  12-14
    1.2.2 国内智能轮椅的发展现状  14
    1.2.3 智能轮椅的关键技术  14-17
  1.3 本文的主要研究内容及工作安排  17-18
第2章 智能轮椅的总体设计方案  18-22
  2.1 智能轮椅的总体结构  18-21
    2.1.1 控制结构设计  18-19
    2.1.2 外形结构设计  19-21
  2.2 智能轮椅的总体控制方案  21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 智能轮椅驱动与控制系统硬件设计  22-31
  3.1 驱动控制芯片介绍  22-26
    3.1.1 控制芯片 TMS320LF2407A 介绍  22-24
    3.1.2 驱动芯片IR2130 介绍  24-26
  3.2 主控电路设计  26-30
    3.2.1 直流电机驱动电路模块设计  26-28
    3.2.2 直流电机调速电路模块设计  28
    3.2.3 操作杆电路模块设计  28-29
    3.2.4 电源电路模块设计  29-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章 智能轮椅驱动与控制系统软件设计  31-40
  4.1 软件开发环境介绍  31
  4.2 软件各模块的详细介绍  31-36
    4.2.1 初始化模块  31-34
    4.2.2 电机控制模块  34-35
    4.2.3 A/D 中断服务子程序模块  35-36
  4.3 程序总体整合与调试  36
  4.4 实验结果与分析  36-38
  4.5 本章小结  38-40
第5章 智能轮椅避碰系统  40-57
  5.1 AS-R 机器人整体结构  40-45
    5.1.1 AS-R 机器人声纳传感器  42-43
    5.1.2 声纳传感器工作原理  43-44
    5.1.3 声纳传感器测距误差分析  44-45
  5.2 AS-R 机器人红外传感器  45-49
    5.2.1 PSD 红外传感器分布图  45-46
    5.2.2 PSD 红外传感器工作原理  46-48
    5.2.3 PSD 红外传感器测距误差分析  48-49
  5.3 AS-R 机器人视觉系统  49
  5.4 智能轮椅避碰策略  49-56
    5.4.1 第一层融合模块  50-53
    5.4.2 第二层融合模块  53-56
  5.5 本章小结  56-57
第6章 智能轮椅的避碰仿真及初步实物实验  57-72
  6.1 智能轮椅的运动学模型  57-60
  6.2 智能轮椅避碰仿真  60-70
    6.2.1 仿真语言Matlab 简介  60-61
    6.2.2 智能轮椅运动学模型  61-62
    6.2.3 模糊控制器设计  62-67
    6.2.4 系统仿真模型图的构建  67
    6.2.5 避碰仿真  67-70
  6.3 广茂达AS-R 机器人避碰实验  70-71
  6.4 本章小节  71-72
结论与展望  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  77-78
致谢  78-79
详细摘要  79-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人 > 智能机器人
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