智能轮椅的控制系统

人口老龄化已经是一个不可忽视的现状，智能轮椅的出现提高了老年人和残障人士的行动自由度，其研究具有良好的应用前景和社会价值。本论文在深入分析智能轮椅的发展现状和关键技术后，建立了智能轮椅的分布式控制平台，以达到轮椅行走、起坐、康复、助行四个功能模式的实现，同时基于传感器对智能轮椅进行避障控制和仿真。

针对智能轮椅的设计要求，提出了智能轮椅的分布式控制方案，确定主控制模块+编码器信号采集模块+手操盒控制模块的控制体系，各模块的控制器均选用高性能的AT90CAN128处理器，主控制模块主要负责控制策略运算、超声波的发射与接收处理以及伺服电机的驱动等功能，编码器采集模块用于对增量式旋转编码器的信号采集与处理，手操盒模块可实现手操杆控制、按键模式选择、语音报警提示以及电量检测等功能。三个控制模块之间采用CAN协议进行通讯，有效地实现了智能轮椅在工作模式下的运动控制。

通过对智能轮椅四个工作模式下的原理分析，完成其控制算法和软件的设计，轮椅模式和起坐模式采用开环控制，其中轮椅加减速运动过程采用斜坡给定，康复模式采用PI控制器，助行模式采用基于双曲柄助行机构的步态规划模型PI控制器。智能轮椅的避障模块由7个超声波传感器和2个光电传感器构成的。7个超声波传感器用于探测轮椅周边空间的环境信息，并利用模糊算法得到障碍物方向和位置的模糊关系，根据轮椅行走策略，制定出智能轮椅42条模糊控制规则，实现轮椅的安全避障。2个光电传感器分别探测轮椅后方和路面障碍物，当遇到障碍物时停止轮椅运动。利用C#进行智能轮椅行走路径的仿真分析。