面向復(fù)雜環(huán)境的智能輪椅仿真及導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、移動性受限已經(jīng)成為人類功能受限的首要因素。輪椅,包括電動輪和智能輪椅,是當(dāng)前提高受限人群的獨立移動性的最主要途徑。研制具有更高自主性和安全性的智能輪椅是當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點。
　　如何對移動受限人群進(jìn)行適當(dāng)?shù)鸟{駛訓(xùn)練,并判斷其否具備駕駛輪椅的必需技能;如何降低智能輪椅算法設(shè)計的實驗成本,縮短開發(fā)周期,是在實際輪椅相關(guān)工作中遇到的主要困難之一。
　　針對這些困難,本文設(shè)計實現(xiàn)了智能輪椅開放仿真平臺。通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析,明確了

2、包括模型層、抽象層和接口層在內(nèi)的仿真平臺結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,本文依次對各層進(jìn)行討論,并基于Gazebo和ROS實現(xiàn)了該仿真平臺。該仿真平臺可用于算法開發(fā)和駕駛訓(xùn)練。由于當(dāng)前并不存在電動輪椅訓(xùn)練以及測試標(biāo)準(zhǔn),本文根據(jù)日常生活中的輪椅駕駛需求制定了訓(xùn)練以及測試的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)可在實際輪椅和仿真平臺上進(jìn)行實現(xiàn),進(jìn)而構(gòu)成了駕駛訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練任務(wù)提高用戶駕駛技能,并通過測試任務(wù)判斷用戶是否具備相應(yīng)的駕駛技能。
　　針對智能輪椅的導(dǎo)

3、航控制,本文首先定義輪椅導(dǎo)航控制中的指標(biāo),即服從性、安全性以及舒適性,然后,采用常見的遞階控制對輪椅的控制指令進(jìn)行優(yōu)化。該控制系統(tǒng)的中的兩個部分——局部路徑規(guī)劃和環(huán)境地圖創(chuàng)建是實現(xiàn)輪椅在復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)航的關(guān)鍵,本文分別提出了一種基于采樣的智能輪椅局部路徑規(guī)劃方法和基于分層匹配的增量式同步定位與地圖創(chuàng)建(SLAM)方法?；诓蓸拥闹悄茌喴尉植柯窂揭?guī)劃方法直接將的導(dǎo)航控制指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo),并依次通過速度空間采樣、運動學(xué)仿真以及評價等三個步驟找到

4、最優(yōu)控制量。該方法能夠在保證輪椅完成移動任務(wù)的前提下,有效提高用戶乘坐輪椅時的安全性和舒適性?；诜謱悠ヅ涞脑隽渴絊LAM方法將SLAM問題簡化為數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和最小二乘的圖優(yōu)化兩個部分:首先通過分層ICP匹配解決數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(Fisher信息量描述其不確定性),再采用增量QR分解對位姿圖進(jìn)行優(yōu)化。該方法有效避免了匹配時的局部極小,能夠建立一致的地圖。同時,該方法算法復(fù)雜度較低,可以滿足室內(nèi)外的實時應(yīng)用。
　　最后,本文通過實驗驗證了仿真平