智能轮椅床关键技术研究

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随着社会老龄化问题的日益严峻,各类残疾人和长期卧床病人大量存在并持续增长,使医疗和护理工作面临前所未有的压力,助老助残问题正日益成为一个重大的社会问题。基于床椅一体化设计的智能轮椅床系统,能够为老年人和残疾人提供更强的独立生活能力,降低护理人员的工作强度,对于提高老年人和残疾人的生活质量,确保社会持续稳定发展具有重要的现实意义。在国家863项目“老人/残障者智能型室内助动系统研制开发”的支持下,本文针对具有体位变换、自动对接和自主导航功能的智能轮椅床系统进行了深入研究,论文的主要工作和创新之处如下:  第一,提出了一种基于人工路标的智能轮椅床自动对接方法:给出基于色带识别的智能轮椅床自主定位算法,针对色带定位受光线影响较大的问题,设计了一种主动式红外人工路标,并给出基于红外路标的自主定位算法;给出基于U形辅助床体的自动对接算法,针对对接方法占用空间较大的问题,采用半开放式床体,设计实现了一种小空间自动对接算法。通过实验验证了所提自动对接方法的有效性。  第二,提出了一种基于惯性传感器的智能轮椅床自主导航方法:基于时间序列模型建立陀螺仪的随机漂移模型,根据模型采用卡尔曼滤波对陀螺仪输出进行滤波;提出了一种基于层次聚类方法的陀螺仪零位参考值采集算法,提高了零位参考值采集精度;采用卡尔曼方法融合里程计和陀螺仪信息,实现智能轮椅床的自主导航,并通过实验给出导航精度。  第三,提出了一种基于红外二维码定位的智能轮椅床导航轨迹修正方法:针对基于可见光的视觉定位方法受环境光线影响较大的问题,设计了一种主动红外二维码路标,给出红外二维码路标的识别和定位算法;针对惯性系统累积误差影响导航精度的问题,基于EKF融合算法,融合惯性系统和视觉信息,对智能轮椅床导航轨迹进行修正。通过实验验证了所提方法的有效性。  最后对论文中的工作进行了总结,并讨论了可在其基础上进行的拓展工作。
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