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基于超声波的智能轮椅避障的研究

王战雷  
【摘要】: 随着社会的发展,全世界人口老龄化正在加剧;由于交通事故的频繁发生,使得残障人也与日俱增,如何给这些行动不便的人提供性能优越的代步工具,提高他们的行动自由度,帮助他们重新融入社会日益受到人们的关注,因此将移动机器人技术应用到电动轮椅上的智能轮椅被提了出来。由于智能轮椅是一种为行动不便的人代步的服务型机器人,所以要以人为核心进行设计,因此安全避障是所有智能轮椅必备的功能,也是智能轮椅的核心组成部分。本课题正是为了实现此功能而提出的,本文所做的主要内容如下: 1.超声波避障系统的设计 本文在对智能轮椅的功能进行分析的基础上,对智能轮椅进行了模块化设计,将其分为机械结构部分、人机接口部分、控制模块部分、驱动部分和环境感知部分,其中着重对环境感知和避障系统进行了详细的阐述,在分析了众多传感器的优缺点后,本文采用超声波传感器作为环境感知元件,还设计了超声波传感器的接收和发射电路图及传感器的分布情况。 2.轮椅的运动学建模及安全避障的距离分析 本文在对轮椅运动特性进行分析的基础上,得到轮椅在行驶时左右轮之间的函数关系,并根据对轮椅的运动特性的分析,计算了轮椅在行驶时进行安全避障所需要的距离与速度的关系。 3.多超声波传感器的数据融合 本文对模糊控制和神经网络技术进行详细分析后,设计了基于模糊神经网络的多超声波传感器数据融合的过程,并采用动量梯度下降法对BP网络进行了优化。为了使运算简单易行,对超声波提出了简单、高效的分区算法,在对超声波距离数据模糊化后,对障碍物环境进行分类,采用优化的BP网络成功的进行了辨识,从而得到了安全避障所需的信息。


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