轮椅与机器人

老年人瘫痪,失去自理能力,给看护人员增加了负担.但是,即使老年人下肢不灵活,也必须给他们尽可能多的外出机会,以便改变他们的精神状态.这方面的辅助工具有轮椅和步行辅助装置.最简单的辅助装置,有我们常见的手杖,也有高价的电动轮椅.当然,这些辅助装置不仅是为老年人设计的,也是下肢残疾者广泛采用的必不可少的装置.     

智能轮椅研究现状及发展趋势

本文对智能轮椅近年来国内外研究工作进行了分析和总结,并讨论了智能轮椅研究中的关键技术,最后简要分析了未来的研究发展趋势。     

自动行走的轮椅

当前,残疾人广泛地使用着在市场上能买到的电动轮椅.要娴熟地开动这种轮椅并非易事,何况有些肢体残疾人根本无法用手动的方式开动轮椅,即使用操纵杆也不行.最近对轮椅的自动行走开展了大量的研究,试图开发出一种“智能”轮椅,这样让残疾人也能安享快乐人生.这里介绍一种能自测方位和躲避障碍的自动轮椅.     

基于人工智能的智能轮椅设计

常见的轮椅解决了运动功能障碍者代步的基本功能，但难以满足年老体弱者和残障人士的独立操作、康复训练等要求。为此，设计基于人工智能的智能轮椅，该轮椅选用ARM Cortex-M3作为主控器芯片，实现个性化功能扩展。NLP-5X语音识别模块实现了操作者与轮椅控制系统的语音交互，提升了轮椅的操控性；激光雷达避障算法解决了轮椅在行驶中自动避障的难题；姿态调整模块通过压力传感器精准调整轮椅结构，满足了下肢康复训练的需求。智能轮椅提高了轮椅的安全性、智能性和多功能性，为下一代轮椅的设计提供了一定的参考。     

基于物联网的智能轮椅设计与研究

现在5G网络已经慢慢走进了人们的生活,而且5G的发展和普遍使用给人们的生活带来了很大的便利.现在老旧的轮椅已不能满足人们实际需求,利用"互联网+智能轮椅"模式和互联网原则,为残疾人提供便利.综合利用电子驾驶设备设计的轮椅系统、GPS位置跟踪系统、数学模型分析、语音识别系统、大数据分析和挖掘、传感系统、可穿戴设备等,将通过5G网络连接到基础设施.从物联网在智能轮椅中应用的重要性、控制系统整体结构、智能轮椅控制系统软件设计几个方面进行了研究,希望对于促进物联网的智能轮椅设计有所帮助,为有需要的人们提供方便.     

基于STM32下肢康复轮椅测试平台控制系统研究

随着老龄化程度加深以及摔倒骨折和脑卒中等原因导致的下肢功能障碍者越来越多,对下肢康复轮椅的研究也越来越广泛,但目前对下肢康复轮椅测试平台的研究仍较少。本文设计了一种下肢康复轮椅测试平台控制系统,以STM32F103系列单片机为控制核心,采用模块化设计思想,对通讯模块、电机驱动模块、传感器信号采集模块等进行软硬件设计,采用传感器技术实时控制假人模拟患者基于多姿态轮椅进行康复训练过程中的角度和压力,验证了该控制系统的可靠性。     

智能轮椅避障测距控制系统

介绍了一种智能轮椅避障测距系统,给出了多路测距系统的结构和超声波传感器的分布,设计了避障测距与控制程序,并进行了自主避障与相关实验.实验结果表明:系统测量误差小,可以应用于智能轮椅避障系统中.     

脑控智能轮椅控制系统

为身体高度瘫痪的残疾人士能够自由移动,提出了一种基于脑机接口实验平台BCI2000的自发想象控制轮椅的新方法。该控制系统主要由Emotiv脑电采集装置、一台笔记本电脑、一个单片机控制器组成,对采集的信号进行时频特征分析,并利用改进的感知器算法对信号进行分类。利用提示被试者想象左右手运动的脑电信号特征,实现对轮椅的左转和右转的控制,对今后进一步研究轮椅的精确控制系统具有重要的指导意义。     

新式适老化轮椅助力装置的设计与应用研究

我国当前人口步入老龄化,在老龄化方面呈现出快速发展的趋势。基于此,造成的老年人出行问题成为当前的重点问题,为了满足老年人出行需求,保障出行的安全性,本文针对轮椅进行结构优化,利用辅助装置提升轮椅的安全性。通过结构改造,利用科学技术实现轮椅的无障碍移动,为老年人群体出行提供便利。     

基于模糊神经网络的智能轮椅导航系统

智能轮椅将移动机器人的技术应用于电动轮椅，帮助老年和残障人士提高行动自由度。本文针对轮椅的运动特性，提出一种简单、高效的分区算法对轮椅传感器所获得的数据进行初步融合，并将障碍物距离信息模糊化，采用BP神经网络对障碍物环境进行分类。利用L-M优化算法进行模式识别。轮椅运动的动态仿真结果表明，该算法具有较好的实时性和可靠性，同时也适用于其它移动机器人的导航系统。     

基于时频域的卷积神经网络运动想象脑电信号识别方法

针对目前运动想象脑电（EEG）信号识别率较低的问题，考虑到脑电信号蕴含着丰富的时频信息，提出一种基于时频域的卷积神经网络（CNN）运动想象脑电信号识别方法。首先，利用短时傅里叶变换（STFT）对脑电信号的相关频带进行预处理，并将多个电极的时频图组合构造出一种二维时频图；然后，针对二维时频图的时频特性，通过一维卷积的方法设计了一种新颖的CNN结构；最后，通过支持向量机（SVM）对CNN提取的特征进行分类。基于BCI数据集的实验结果表明，所提方法的平均识别率为86.5%，优于其他传统运动想象脑电信号识别方法；同时将该方法应用在智能轮椅上，验证了其有效性。     

电动轮椅车控制器软件系统的算法设计

电机驱动控制系统是电动轮椅车的重要组成部分。为了实现电动轮椅车动力足、稳定性高和加减速柔顺等目标,文章设计了一种专用于电动轮椅车的驱动控制系统。该系统的硬件部分包含了控制模块、电机驱动模块和硬件驱动模块三大模块;软件部分包含了永磁电机FOC算法、摇杆映射算法和轮椅运动控制算法五大核心算法。     

基于模糊控制的嵌入式智能轮椅控制研究

设计了一种新的智能轮椅,该轮椅的控制器应用了嵌入式技术和模糊控制技术,运用了先进的传感设备,使之能够感知环境信息,具有实时避障功能.时智能轮椅的避障过程进行了仿真,得到比较好的控制效果,并证明用模糊控制策略实现实时避障功能的可行性.     

智能轮椅上的机械手运动学分析及轨迹规划*

装备了机械手臂的智能轮椅在助老、助残、辅助康复等方面都有重要的研究价值。对装备于智能轮椅的四自由度机械手臂运动学分析以及轨迹规划进行了研究,为机械手臂自主抓取建立了数学模型和理论依据,运用D-H法建立了机器人的运动学方程。提出了基于目标函数的最小功率法,在逆解存在多组解的情况下,选取节约能量的一组解,从而节约了能量。通过仿真实验验证了算法的有效性,为以后的轨迹优化、无碰撞轨迹规划建立基础。     

智能轮椅导航系统的仿真与实验

提出了一种在动态环境下可以自主导航的智能轮椅系统。首先,介绍了一个基于模块化设计的移动机器人仿真平台。然后,结合仿真平台以及机器人在实际导航中遇到的问题,建立动态环境下智能轮椅的导航系统。本系统将全局规划和局部行为以及重规划结合在一起,通过激光雷达探测周围环境的变化,并根据环境变化的程度选择一种能够适应环境变化的导航方法。最后,实验结果表明,采用所提出的方法可以使智能轮椅成功得抵达目的地。     

中科院自动化所展示 教育娱乐机器人等新成果

10月18日，中国科学院自动化研究所在自动化大楼举办知识创新工程成就展，并向公众普及该所最新的科研成果。     

VRML技术结合全方位运动轮椅的应用实践探索

协同虚拟现实技术具有广泛的应用背景,文中以全方位轮椅为应用对象,探讨虚拟现实技术的应用.结合Mecanum轮、连续切换轮、锥滚轮这三种全向轮的运动原理与排布方式,分析了轮椅的运动学关系.在轮椅三维Pro/E模型的基础上,利用虚拟现实建模语言（VRML）对全方位轮椅进行实时定制和仿真,通过操作定制控制台可以实现零件颜色的改变和轮椅部件的替换.运动仿真控制台可以实现轮椅的直走、横走、斜走以及原地打转等运动方式的仿真.这样用户能参与到轮椅的定制设计中,得到符合自己要求的轮椅,同时对全方位轮椅的特殊运动功能有了更加深刻和形象的认识.     

多功能智能轮椅

本项目主体为一款搭载了机械手的腿残(瘫)人专用多功能智能轮椅。它通过驱动装置、超声波传感器、光电传感器、无线通信模块等借助arduino开源平台控制相关电机和舵机,以遥控和自动两种模式实现"床椅转换"、"行走"、"机械手控制"以及自动"识别交通指示灯"、自动"驱障和清障"、自动"报警"等功能。除此外,本项创意设计内容还包括附带的以Arduino UNO模块为核心处理器的遥控器和智能交通灯。笔者在此进行了详细分析,以便于提供可参考性的依据。     

基于耳蜗基底膜特性的语音特征提取方法及在智能轮椅上的应用

从人耳听觉特性出发,对能模拟耳蜗基底膜滤波特性的伽马通滤波器组进行了研究、修正,并以修正的滤波器组为基础,提出了一种基于耳蜗基底膜特性的GT-ERBCC(equivalent rectangular bandwidth cepstrum coeffi-cient based on GammaTone filters)语音特征提取方法。该方法能准确地表征出语音信号的特征,降低语音识别系统的难度,并将该方法应用于智能轮椅人机交互实验中。结果表明,基于耳蜗基底膜特性的特征提取方法能有效提高语音识别系统的识别率。     

一种导盲轮椅智慧控制系统设计及测试

针对盲人或残障人士出行难的热点问题，设计一种智能控制系统，为轮椅添加一双智慧“眼睛”，提高轮椅自动控制能力，方便其独立出行。导盲轮椅智慧控制系统的核心模块由硬件和软件两部分构成，硬件主要包括STM32F104单片机、避障模块、循迹模块和动力牵引模块等；软件主要包括电机驱动、避障系统和C语言程序等。通过模拟测试，控制模型在设定通道上，通过红外接收、GPS定位等传感器模块，将采集的路况信息传递到控制中心，由其判断和驱动轮椅自动完成了前进、倒退、转向和停止等运动，同时模型具有人行道循迹、红绿灯识别报警、自动避障和APP远程控制等功能。相比较已有的智能拐杖和导航手环等导盲产品，该控制系统功能更全面、使用更安全，为设计、制造新一代智慧导盲轮椅提供了技术基础。