面向老人的智能轮椅的研究

第一章绪论 (1)

1.1研究背景与意义 (1)

1.2智能轮椅国内外研究现状 (1)

1.3论文主要研究内容及章节安排 (7)

第二章智能轮椅总体设计 (9)

2.1智能轮椅模块组成 (9)

2.2智能轮椅控制模块硬件搭建 (11)

2.3智能轮椅控制软件结构 (13)

2.4本章小结 (15)

第三章智能轮椅室内定位模块设计与开发 (16)

3.1智能轮椅定位模块硬件构成 (16)

3.2智能轮椅定位模块算法设计 (17)

3.3定位误差来源分析及评价指标 (20)

3.4 实验及结果分析 (21)

3.5本章小结 (23)

第四章智能轮椅动态定位滤波算法 (24)

4.1智能轮椅运动学模型 (24)

4.2贝叶斯递推估计原理 (25)

4.3动态定位标准卡尔曼滤波 (27)

4.4动态定位扩展卡尔曼滤波 (29)

4.5动态定位粒子滤波 (30)

4.5.1蒙特卡洛方法 (30)

4.5.2概率分布的序贯重要性采样 (31)

4.5.3重要性权值退化问题及重采样算法 (32)

4.5.4智能轮椅动态定位粒子滤波建模 (33)

4.6实验及结果分析 (37)

4.7本章小结 (43)

第五章基于安卓终端的智能轮椅人机交互界面开发 (44)

5.1智能轮椅人机交互接口搭建 (44)

5.2智能轮椅人机交互界面设计原则 (46)

5.3安卓平台下智能轮椅人机交互界面开发 (48)

5.4本章小结 (50)

第六章智能轮椅室内自主导航设计 (51)

6.1基于多路超声波测距的障碍物检测 (51)

6.2智能轮椅模糊避障策略 (53)

6.3智能轮椅室内自主导航算法 (57)

6.4实验与结果分析 (58)

6.4.1超声波测距实验 (58)

6.4.2智能轮椅模糊避障仿真 (59)

6.4.3智能轮椅室内导航场地实验 (62)

6.5本章小结 (65)

第七章总结与展望 (66)

7.1论文主要工作总结 (66)

7.2论文进一步工作展望 (67)

附录一：智能轮椅人机交互界面调查问卷 (68)

附录二：智能轮椅控制模块主要代码 (70)

参考文献 (76)

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文 (81)

致谢 (82)

面向老人的智能轮椅的研究第一章绪论

第一章绪论

1.1研究背景与意义

根据2010年第六次全国人口普查数据显示，中国正处在老龄化社会迅速发展阶段，60岁及以上人口占13.26%，比2000年人口普查上升2.93%。《中国老龄事业发展报告(2014)》指出，2013年我国老年人口数量达到2.02亿，占总人口的14.9%， 2050年世界老年人口预测将达到20.2亿，其中我国老年人口将达到4.8亿，几乎占全球老年人口的四分之一[1]。老年人这一特殊群体的医疗和护理不仅给家庭带来巨大的负担，也将成为经济和社会发展的巨大压力，提高老年人生活行动的便捷性以及生活质量已成为亟需解决的社会问题。

由于生理功能的衰退，一直以来许多行动不便的老年人都借助轮椅作为代步工具，电动轮椅虽然能够使老年人达到自主移动的目的，但目前的电动轮椅产品仅仅是以电力取代人力，缺少传感器配置，使用时存在容易发生碰撞等安全隐患。医学统计数据表明，经过培训后仍有9%-10%的老年人使用轮椅非常困难甚至无法使用电动轮椅，特别当涉及到类似转弯和泊车等操纵任务时，这一人群的比例会提高到40%[2]。随着信息化社会的不断发展，研发新型智能轮椅产品，不但可以更好地满足老年人的需要，也可以帮助老年人提高行动自由度，使他们更好地融入社会。

智能轮椅在传统电动轮椅的基础上，应用导航定位、运动控制、模式识别、多传感器融合以及人机交互等机器人技术，使轮椅具有感知环境信息、智能决策以及自主运动的能力，具备较强的环境适应性、平稳的运动控制和友好的人机交互界面，能够较大程度地满足老年人在生活和工作中的需要。智能轮椅的研究在发达国家已经广泛开展，是康复工程和助老工程研究的1个重要方向，具有重要的研究价值与社会意义。

1.2智能轮椅国内外研究现状

经过多年的发展，世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台，如法国的

V AHM项目、麻省理工智能实验室WHEELESLEY项目、西班牙的SIAMO项目及日本AISIN精机和富士通公司共同研制开发的TAO Aicle等[3-7]。