床椅一体化智能车研究设计.pdf

摘要

摘要

2020602.

年第七次全国人口普查数据显示，中国岁及以上老年人口数量达到

64亿，同时我国从事护理工作的专业看护人员严重不足。为了帮助瘫痪人员、年

老体弱人员实现行动自主，提升生活质量，本文设计了一种床椅一体化智能车。

该床椅一体化智能车主要用于医院、家庭等室内环境，能够通过电推杆的伸缩带

动机构进行位姿变换，实现轮椅-床的形态转换。在轮椅形态下，床椅一体化智能

车能够完成同步建图、路径规划、自主导航、移动避障等功能，搭载使用者安全

到达目的地。本文具体工作内容包括以下几点：

（1）床椅一体化智能车的机构设计与分析。根据功能设计要求，对床椅一体

化智能车进行位姿变换的部分机构进行运动学分析、动力学仿真，验证位姿变换

的舒适性与安全性。对部分机构进行静力学分析和稳定性分析，验证其安全性。

（2）控制系统设计。对床椅一体化智能车的电路模块进行设计，包括：电源

降压模块、电推杆控制模块、床椅分离模块和语音交互模块。根据ROS系统特点，

对ROS节点进行设计，实现同步建图、路径规划和避障导航等功能。对下位机电

推杆控制系统进行设计，包括固定控制模式和独立调节模式的控制逻辑设计；对

交互系统进行设计，包括数据包设计、语音交互和上位机交互界面的设计。

3ORB-SLAM2

（）采用深度相机建图。对算法进行优化，在原算法框架下进

行稠密建图，加入滤波优化并进一步构建栅格地图。实现了对环境信息的三维重

建和导航地图的构建。

4A*DWA

（）通过改进算法和算法，使路径规划的速度更快、实时避障能力

更强。改进的A*算法采用切比雪夫距离作为启发函数，同时对启发函数进行动态

加权，并将传统8邻域有哪些信誉好的足球投注网站优化为动态4领域有哪些信誉好的足球投注网站；DWA算法通过优化评价函数

权重和引入新的评价子函数，即：机器人待评价轨迹与上一段轨迹的角度差，来

进行改进。最后将这两种算法融合，生成一种融合路径规划算法，保证了路径规

划的实时性。利用MATLAB对上述几种算法进行仿真对比。

5

（）导航及路径规划实验。在实际环境中对床椅一体化智能车的导航算法与

路径规划算法进行实验，验证其建图定位、路径规划功能。

关键词：床椅一体化，运动学和动力学分析，控制系统，SLAM，路径规划

I

盐城工学院硕士学位论文

Abstract

Datafromtheseventhnationalcensusin2020showthatthenumberofeld

erlypeopleaged60andaboveinChinahasreached264million,whilethereis

aseriousshortageofprofessionalcaregiversengagedinnursingcareinChina.

Inordertohelpparalysedandoldandfrailpeopletoachievemobilityautonom

yandimprovethequalityoflife,thispaperdesignsabed-chairintegratedintelli

gentvehicle.Thebed-chairintegratedintelligentvehicleismainlyusedinhospit

als,homesandotherindoorenvironments,andisabletochan