智能輪椅上傳感器的綜合應用

智能輪椅如今社會不是什么新鮮的設備了。所謂的智能就是集合了多種傳感器的數據采集，整合數據采集系統對輪椅的控制，能讓使用者更加方便的去使用。智能的數據采集歸功傳感器的性能特征，在復雜的環境下能有效的獲取信息。整個采集系統包含了很多傳感器的配合使用。

智能輪椅的設計目的是安全便捷的把需求者送到指定的目的地，在運動的過程中操作者通過控制系統發出指令實現輪椅的功能。要求在設計之初就把人這個因素納入考慮之中，所以，安全、舒適和容易操作應成為智能輪椅設計中最重要的因素;使用者身體能力的差異決定了智能輪椅需被設計為一個功能多元化，能滿足多種層次需要的電子系統，而模塊化最能體現系統多功能化的特征，每個用戶都能根據其自身殘障類型和程度選擇適當的模塊集成，且設計者可以在現有基礎上通過增添功能模塊，很方便地對輪椅功能進行改進。智能輪椅和移動的機器人不同，雖然都結合了傳感器的操作，但是在使用過程中，輪椅與用戶成為一個協同工作的系統才是稚嫩輪椅的突破點。

智能輪椅的構造相當的復雜，它結合了超聲波傳感器、接近開關、自定位傳感器、角度傳感器和視覺傳感器等等。整個系統主要由傳感器模塊、驅動控制模塊和人機交互模塊3部分組成。其中傳感器模塊主要有內部狀態感知和外部環境感知兩部分構成，通過角度傳感器確定輪椅自身的位姿信息;通過編碼器的位移速度和距離獲得自定位信息。視覺、超聲波和接近開關主要負責持續獲得周圍環境和障礙物的距離信息。驅動控制模塊我們采用后輪驅動的方式，每一個后輪配置一個電動機，在控制器的操作下實現電動輪椅的前進、后退和轉向。人機交互界面由操作桿和個人電腦界面數據輸入兩種方式，實現基本的人機交互功能。

系統的智能輪椅有2個獨立的驅動輪，各自配備一個電機碼盤。由2個電機碼盤的實時檢測數據構成了里程計式的相對定位傳感器，同時安裝了角度傳感器和陀螺儀傳感器來測量輪椅在行進過程中的姿態狀態。超聲波傳感器和接近開關被用于感知周圍環境信息。為獲取更大范圍內的障礙物信息，系統配備了8個紅外傳感器和8個超聲波傳感器。另外安裝了一個CCD攝像頭用于判斷前方行進路程中的深度信息。數據采集需要選擇的是高性能的數字信號處理器作為傳感器模塊的控制芯片，需要較高的頻率和豐富的外圍接口。而系統難點在于姿態的控制，而此輪椅能夠僅僅依靠兩個輪子完成車體的平衡，保持兩個輪子分別由獨立的直流電動機驅動，并且在一條軸線上，車體的重心保持在輪軸以上，使用檢測車體傾斜角度的傳感器實時地獲取車體的姿態信息，機器人的處理器將傳感器信號進行處理，按照一定的控制算法計算出控制量控制電動機的轉速和轉向，驅動機器人前進或后退，完成車體的平衡。角度傳感器用來測量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來測量角速度。這樣兩個傳感器的組合構成姿態傳感器來檢測車體平臺的運行姿態是最重要的。智能輪椅的多傳感器環境感知系統，各數據采集子系統采用簡單可靠的硬件電路感知環境信息，每一個點都得到了充分的使用，也可以便于消費者根據自身生活需要，選擇和組合各模塊使得傳感器模塊的使用恰到好處。