无障碍智能轮椅.ppt

;;发展史;·近代 约在18世纪，出现接近现代造型设计的轮椅。由两个大大的木质前轮与后面单一小轮，中间配上一张有着扶手的椅子所组成。;　　现代由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。很多场合尤其是室外比如银行门前，购物中心门前等都或多或少有几级台阶，而对于室内仍有很多地方没有电梯，对于那些乘坐轮椅的残疾人，他们仍然有很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各种因素的影响，这些措施起到的作用仍然非常有限。 解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。;　轮式机构： 轮式机构轮椅广泛地应用于国外的一些爬楼机器人，其体积小，结构简单，控制方便，能够实现平衡，快速移动，能量效率高，采用差动传动时转向半径小，转向灵活，在平地行走时有绝对的优势，但遇到台阶，楼梯等障碍物是就显得力不从心。;辅助式机构 　　 辅助式机构主要是指通过给普通轮椅加装辅助机构使其具有爬楼功能。目前此方面的主要研究成果为在普通轮椅的两侧各加一套由平行四边形机构组成的爬楼梯执行机构，四腿与轮椅原有的四个轮形成两套支撑系统，通过四边形机构的运动，两套支撑系统轮番着地，并将另一套支撑系统支撑托起送到上（或下）一个台阶。由于这种轮椅是以普通轮椅为基础改造而成的，所以结构简单，价格低。;; 像普通轮椅一样在平地上前进；如果遇到崎岖的路面，沙土或斜坡，它就进入四轮驱动状态，靠四个轮子行走。; 直立模式，只靠一地后轮接触地面，就像中国武术里的“金鸡独立”。; 两对后轮交替爬到上一级台阶上。配备了一套计算机传感器和陀螺仪，具备较强的自我平衡功能，使用智能手柄操作。;;　　 智能轮椅的导航技术主要来源于机器人技术，由于智能轮椅是以人为中心的控制系统， 其导航又有特殊性。 除了需要解决导航过程中轮椅运行空间环境模型建立， 轮椅的定位以及路径规划等问题，还更应关注导航中的安全性以及与使用者的交互性。 环境感知轮椅进行环境感知的主要手段。因此，为了尽可能准确地获取环境信息， 智能轮椅上都配备了多种传感器。包括内部或外部编码器，超声波传感器(SENARIO，Rolland，NavChair），红外传感器（RobChair，Wheelesley，SIAMO），激光测距仪（MAid），碰撞传感器（Wheelesley），摄像头（SIAMO，FRIEND，SENARIO）等等。;;　　 智能轮椅的全自主导航主要是解决“go-to-goal” 的问题。 使用者通过人机界面给出目标点， 由轮椅完成路径规划和路径跟踪。 其导航技术主要采用自主移动机器人的相关技术。 导航的方法很多， 包括基于路标导航、 基于地图导航、 基于传感器导航和基于视觉导航等。 导航系统通常是由其中一种或几种方式结合起来构成。 导航系统通过各种传感器检测环境信息， 建立环境模型， 确定轮椅的位置和方向， 然后规划出安全有效的运动路径， 并自主实现路径跟踪在运动过程中， 系统需要与使用者进行实时交互， 根据目标点的变更实时调整运动路径。;　　　半自主导航，也称为分享导航(sharednaviga-tion)，主要是解决“where he/she wants to g o”的问题，是智能轮椅导航研究中的重点。目前智能轮椅半自主导航主要关注于解决意图理解(Imp-licit communication)和安全避障(safeob stacle- avoidance)的问题。 　　意图理解是指当轮椅处于环境较为复杂的情况下，根据自身的环境探测以及使用者的操纵指令给出合理的行动规划， 或者通过人机交互的方式来给出几种选择以供使用者参考。不莱梅大学的Rolland系统采用了“暗示”的方法自动地从一种模式转换到另一种模式， 而不需要使用者的干预。 当使用者的指向不是障碍物时， 轮椅会试图绕过它。 但是该方法过于灵活， 当稍微有些偏差时， 轮椅都将试图躲避障碍物，而不是按照使用者的想法来接近它。 NavChair上也采用了类似的方法， 但是对使用者的想法和意图考虑得较少。 SENARIO上给出的解决方案是当使用者操纵轮椅趋近于障碍物时， 系统给出警报并以最小的速度趋向目标；当达到警戒距离时， 系统将强行停止轮椅运动， 并通过人机界面提示使用者改变控制命令。 ;; ·系统框架 本系统主要包括脑电信号采集、放大、滤波、去噪、特征提取与特征分类以及控制实现和仿真训练等部分。其中，脑电信号的采集、放大和滤波通过Emotiv 传感器完成。Emotiv