智能轮椅控制系统综述

《智能轮椅控制系统综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、智能轮椅控制系统综述战仁奎1，吴伟1，程桂娟2，于成龙1（1.沈阳工业大学电气工程学院运动控制研究所110870；2.沈阳自动控制研究设计院110016；）摘要：智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅，融合多种领域的研究，包括机器人视觉、机器人导航和定位、模式识别、多传感器融合及用户接口等，涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术。本文将对智能轮椅控制系统的国内外研究现状进行总结，还对控制系统关键技术进行分析，并简单叙述未来的发展趋势。关键词：智能轮椅；导航；定位；人机接口；0引言联合国发表报告指出

2、，在21世纪上半叶，老年人口将增加2.3倍，老年人口占总人口的比例将达到20%，全世界人口老龄化进程正在加快。按照国际标准，沈阳市在上世纪90年代已经步入老龄化社会。近年的统计资料表明，沈阳市全市常住总人口760万，其中，老年人口约123万，比重为15.8%，并且人口老龄化有日益加剧的趋势。由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，他们存在不同程度的能力丧失，如行走、视力、动手及语言等。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度，让他们能加[1]入到健全人的生活中去，重新

3、融入社会，目前许多国家对智能轮椅进行了研究。1智能轮椅控制系统国内外研究现状1.1国外研究现状世界上最早研究智能轮椅要追溯到1986年的英国，随后许多国家都投入重金研究智能轮椅，如法国VAHM项目、美国麻省理工学院Wheelesley项目、西班牙SIAMO项目、德国乌尔姆大学MAID项目等等。由于各个实验室的目标及研究方法不同，每一种智能轮椅要解[2]决的问题和实现的能力不同。智能轮椅初期的研究赋予的功能一般都是较低级控制，如简单的行进、速度控制及避障等。随着机器人控制技术的发展，移动机器人技术大量

4、应用于轮椅，智能轮椅在现实的基础上，具有更好的适应性、自主性、交互性。麻省理工学院的智能轮椅WHEELESLEY，见图1，具有两种工作模式，手动模式和半自动模式。它装有红外传感器和超声波传感器用来检测环境，装有笔记本电脑用于人机交互。系统有两种级别的控制：智能轮椅系统提供低级控制，负责沿所规划路线导航和处理紧急情况；用户和轮椅之间的人机界面则提供高级控制。西班牙SIAMO项目是根据用户的残障程度及特殊需求建造多功能系统。为达到要求，特别研究了系统的模块化和灵活性，设计了分布式构架，也着重开发了人机界

5、面，使用户更易于控制轮椅。项目初期成果是一个轮椅原型，包括运动和驾驶控制(低级控制)、基于语音的人机界面、操纵杆、由超声波和红外传感器组成的感知系统(高级控制)，轮椅可以探测障碍及突兀不平地带。随着项目的发展，整个系统包括一个完整的环境感知及综合子系统、一1个高级决策导航与控制子系统和人机界面三个部分，人机交互界面有五种方式：呼吸驱动、用户独有语音识别、头部运动、眼部生物电及智能操作杆，大大增加了用户与轮椅交互的方式，使轮椅的功能更为丰富。图1Wheelesley希腊FoundationforRes

6、earch&TechnologyHellas开发了已商业化的智能轮椅MEYRA，由笔记本电脑控制，用户可通过操纵杆直接控制或通过与轮椅串接的电脑间接控制该轮椅，神经全景摄像头具有360°视野范围。计算机系统由一个笔记本电脑和5个通过CAN总线连接的微处理器组成，笔记本电脑处理视觉信息并通过合适的软件接口与用户进行通信，一个微处理器用来在轮椅控制单元和笔记本之间通过串行接口通信，三个用来接收、处理声呐传感器数据，最后一个用来接收、处理里程计数据。1.2国内研究现状我国智能轮椅研究起步较晚，在机构的复杂

7、性和灵活性上和国外相比有一定差距，但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，有代表性的有中国科学院自[3]动化所、上海交通大学和台湾中正大学等。图2中科院智能轮椅图3重庆邮电大学智能轮椅中国科学院自动化研究所研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅，并研制出我国第一台多模态交互式智能轮椅样机，如图2。此项研究高度重视了智能轮椅人机控制界面的设计，在轮椅的设计中综合运用模式识别有关图像处理、计算机视觉和语音识别等最新成果，使人能通过语音控制轮椅自由行走，轮椅可

8、以实现简单的人机对话功能。2010年8月11日-16日，在上海世博会重庆周期间，应中国残疾人联合会邀请，由重庆邮电大学研发的“智能轮椅”专程在生命阳光馆进行了现场展示，见图3。该“智能轮椅”基于多模人机接口技术，采用3G无线网络技术，具有自动控制、远程交互、实时监控和导航定位等众多智能化功能，通过人机交互，用手势、头姿、语音、腕姿等方式控制轮椅移动，就可轻松完成操作，使生活更加方便和快捷。22智能轮椅控制系统研究2.1导航系统导航系统要解决的问题：一是轮椅空间位置、方