智能轮椅控制及人机接口技术研究

来源 :中国科学院自动化研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:toveyhzh
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随着社会老龄化问题的日益突出,为老年人和残疾人提供生活自理能力是整个社会不得不认真面对并努力解决的一个重要问题。智能轮椅作为一种安全、智能的代步工具,受到了各国研究者的重视。本文对智能轮椅的控制系统及其人机接口技术进行了研究。主要研究内容及结果如下:   ⑴针对以PC机为中央控制器的中央集中控制系统信息处理负担重、实时性差的缺点,研制开发了基于DSP的嵌入式智能轮椅控制系统。系统分为主控系统和传感器系统。主控系统负责系统状态的检测和设置,人机接口信息和传感器信息的融合及运动策略的规划;传感器系统则负责传感器信息的获取及预处理。主控系统和传感器系统通过串行通讯的方式通讯。整个系统具有功耗低,实时性高等特点。   ⑵研究了智能轮椅避障及在狭窄区域中的导航策略。在避障情况下,主要分析了在直行和后退转弯过程中使用者的行使意图,并根据不同的情况进行相应的轨迹规划和修正。在狭窄区域情况下,针对门型和走廊型两种情况的转弯路径分别进行了几何分析,并通过反馈线性化的方法实现了路径跟踪。通过仿真和实验验证了导航策略的有效性。   ⑶研究了基于头部动作的智能轮椅运动控制。采用自行研制的项圈作为人机接口,通过检测头部运动引起的项圈内弯曲传感器形变达到判断头部运动的目的。针对弯曲传感器特性的非线性特点,采用LMBP网络对传感器进行特性逼近。对于采集到的弯曲传感器信息,则通过模糊积分的信息融合方法对其进行信息融合以判断头部的动作,并进而转化为驱动指令。实验结果证明了该方式的可行性。   ⑷研究了基于手势的智能轮椅运动控制。以数据手套作为人机接口,通过定义9种简单的手势来控制轮椅在各个方向上的运动。利用径向基函数网络学习能力强、逼近能力强的特点来进行静态手势识别。针对径向基函数网络中基函数中心点难以确定的特点,提出采用进化规划的方法来自主确定。实验结果证明经过训练的径向基网络对手势的识别效果较好,同时利用手势达到了实时控制轮椅运动的目的。   最后,总结了全文的研究成果,并进一步展望了下一步开展的工作。
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