论文部分内容阅读
摘 要：对于出现健康问题的老人或因某些原因行动不便乃至无法自行行走的特殊群体，不能由自己进行某些生活日常活动，多模式操控智能轮椅平台为解决这一问题展开设计方案。由于科技的快速进步，即使没有他人的照料，残疾人或行动不便的老人也能依靠工具实现自己的活动，如智能轮椅，辅助行走机器人。本设计的多模式操控智能轮椅平台，依靠单片机作为主控制器，由大量传感器，如超声波传感器，光学传感器，红外线传感器等实现对外部环境的信号交换，以此实现避障功能。多模式操控智能轮椅平台可以实现三种控制使其行动，语音控制，手动控制，自动巡航。
关键词：智能轮椅;避障;单片机;多模式
对于行动不便的残疾人士，为此专门设计了轮椅这一辅助工具为解决日常生活基本问题。据世界卫生组织统计，全球有1%的人，也就是6000多万人坐轮椅进行活动。对于我国来说，大概3000多万人都有相关行动方面的问题，以至于特别需要轮椅这一辅助工具。这一统计数据得知轮椅在日常生活中起到了至关重要的作用。本设计的多模式操控智能轮椅平台更是进行了多方面的优化，如控制，智能等。大大得帮助了残疾人群和行动不便的老年人，实现了非常一般的重要意义。
对于日常生活中或工业领域，用到了很多传感器来实现某些监测反馈控制的辅助功能，为此可以利用到轮椅方面，并且不断进行优化，很多设计师提出并设计了很多不同的智能轮椅。
本设计提供了多模式操控的功能，能够比原来普通轮椅更加灵活的控制，如语音控制系统，可以利用声波传感器将获取的声音模拟信号转化为单片机能够处理的电信号并控制轮椅的行动。老年人只需要简单的说出命令，如前进，后退，向左，向右，转弯等简单的语音命令就能控制轮椅的前进方向，并不需要复杂的操控。手动控制功能，可以通过简单的按键实现运动。
1 系统概述
此款智能轮椅可以由几个模块构成，车载电源模块，行走机构驱动模块，主控模块，环境感知模块。系统整体框图如图 1 所示。
1.1 主控模块
該模块用于接收运动指令和发送环境感知信息。可以接收来自超声波传感器，语音传感器的信号，进而控制行动单元进行动作。比如，超声波传感器感知前方障碍物距离后发出信号，主控模块接收信号并进行处理控制运动方向。主控模块可以控制轮椅行动速度和方向，能够指导轮椅行动机构避开障碍物。
1.2 环境感知模块
该模块由各类传感器构成，如光学传感器，超声波传感器，红外线传感器等多种传感器构成环境感知模块，并且能够进行障碍物监测，坑口监测，左右物体检测等。简单来说，超声波传感器能够通过声波传到物体后，由物体自身的反射回来的声波，此间实现的时间长度就能够计算前方障碍物的距离。
1.3 车载电源模块
此车载电源模块，能够给多模式操控智能轮椅供电，以保证正常行动所需要的能量，车载电源模块可以采用涓流充电，能够维持智能轮椅一段相当长的时间运动而不需要频繁充电，减轻行动不便的群体的生活问题。并且可以以家庭电源220V正常的进行充电。
1.4 行走机构驱动模块
行走机构驱动模块用于实现多模式操控智能轮椅的运动功能，如，前进，后退，左转，右转等前进方式。并且在手动操控模式下，也能够实现刹车功能。为了能够避免智能操控模式下出现的突发问题，如智能刹车失灵，能够由手动刹车机构及时进行刹车。
2 结语
本文设计的系统用于行动不便的老年群体和残疾人士需要的轮椅提供了智能方案的设计思路。四个模块组成的智能轮椅控制系统能够更加方便的帮助行动不便的人群完成需要的出行方面的基本活动。因此，多模式操控智能轮椅平台对人们的生活有着积极重要的意义，并且考虑经济成本方面的问题，此套轮椅设计平台是可行的。
参考文献
[1]雷道仲等.智能循迹避障机器人设计与控制 基本理论与实践[M].长沙：中南大学出版社，2015.
[2]宋永瑞.移动机器人及其自主化技术[M].北京：机械工业出版社，2012
[3]肖南峰.服务机器人[M].北京：清华大学出版社，2013.
[4][美]Matt Richardson，Shawn Wallace，李凡希等译.爱上Raspberry Pi[M].北京：科学出版社，2013.
[5][英]Simon Monk，张佳进等.Arduino编程指南[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[6]杨明丰.Arduino自动小车最佳入门与应用[M].北京：清华大学出版社，2017.
[7]陈超.导盲机器人定位与路径规划技术[M].北京：国防工业出版社，2015.
[8]张晓玉.智能辅具及其应用[M].北京：中国社会出版社，2012.
[9]谭晖.低功耗蓝牙与智能硬件设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.
[10]李永华.Arduino开源硬件概论[M].北京：清华大学出版社，2019.
作者简介
周凌宁（1997—），男，汉族，四川成都，本科，研究方向：机械电子工程。
关键词：智能轮椅;避障;单片机;多模式
对于行动不便的残疾人士，为此专门设计了轮椅这一辅助工具为解决日常生活基本问题。据世界卫生组织统计，全球有1%的人，也就是6000多万人坐轮椅进行活动。对于我国来说，大概3000多万人都有相关行动方面的问题，以至于特别需要轮椅这一辅助工具。这一统计数据得知轮椅在日常生活中起到了至关重要的作用。本设计的多模式操控智能轮椅平台更是进行了多方面的优化，如控制，智能等。大大得帮助了残疾人群和行动不便的老年人，实现了非常一般的重要意义。
对于日常生活中或工业领域，用到了很多传感器来实现某些监测反馈控制的辅助功能，为此可以利用到轮椅方面，并且不断进行优化，很多设计师提出并设计了很多不同的智能轮椅。
本设计提供了多模式操控的功能，能够比原来普通轮椅更加灵活的控制，如语音控制系统，可以利用声波传感器将获取的声音模拟信号转化为单片机能够处理的电信号并控制轮椅的行动。老年人只需要简单的说出命令，如前进，后退，向左，向右，转弯等简单的语音命令就能控制轮椅的前进方向，并不需要复杂的操控。手动控制功能，可以通过简单的按键实现运动。
1 系统概述
此款智能轮椅可以由几个模块构成，车载电源模块，行走机构驱动模块，主控模块，环境感知模块。系统整体框图如图 1 所示。
1.1 主控模块
該模块用于接收运动指令和发送环境感知信息。可以接收来自超声波传感器，语音传感器的信号，进而控制行动单元进行动作。比如，超声波传感器感知前方障碍物距离后发出信号，主控模块接收信号并进行处理控制运动方向。主控模块可以控制轮椅行动速度和方向，能够指导轮椅行动机构避开障碍物。
1.2 环境感知模块
该模块由各类传感器构成，如光学传感器，超声波传感器，红外线传感器等多种传感器构成环境感知模块，并且能够进行障碍物监测，坑口监测，左右物体检测等。简单来说，超声波传感器能够通过声波传到物体后，由物体自身的反射回来的声波，此间实现的时间长度就能够计算前方障碍物的距离。
1.3 车载电源模块
此车载电源模块，能够给多模式操控智能轮椅供电，以保证正常行动所需要的能量，车载电源模块可以采用涓流充电，能够维持智能轮椅一段相当长的时间运动而不需要频繁充电，减轻行动不便的群体的生活问题。并且可以以家庭电源220V正常的进行充电。
1.4 行走机构驱动模块
行走机构驱动模块用于实现多模式操控智能轮椅的运动功能，如，前进，后退，左转，右转等前进方式。并且在手动操控模式下，也能够实现刹车功能。为了能够避免智能操控模式下出现的突发问题，如智能刹车失灵，能够由手动刹车机构及时进行刹车。
2 结语
本文设计的系统用于行动不便的老年群体和残疾人士需要的轮椅提供了智能方案的设计思路。四个模块组成的智能轮椅控制系统能够更加方便的帮助行动不便的人群完成需要的出行方面的基本活动。因此，多模式操控智能轮椅平台对人们的生活有着积极重要的意义，并且考虑经济成本方面的问题，此套轮椅设计平台是可行的。
参考文献
[1]雷道仲等.智能循迹避障机器人设计与控制 基本理论与实践[M].长沙：中南大学出版社，2015.
[2]宋永瑞.移动机器人及其自主化技术[M].北京：机械工业出版社，2012
[3]肖南峰.服务机器人[M].北京：清华大学出版社，2013.
[4][美]Matt Richardson，Shawn Wallace，李凡希等译.爱上Raspberry Pi[M].北京：科学出版社，2013.
[5][英]Simon Monk，张佳进等.Arduino编程指南[M].北京：人民邮电出版社，2016.
[6]杨明丰.Arduino自动小车最佳入门与应用[M].北京：清华大学出版社，2017.
[7]陈超.导盲机器人定位与路径规划技术[M].北京：国防工业出版社，2015.
[8]张晓玉.智能辅具及其应用[M].北京：中国社会出版社，2012.
[9]谭晖.低功耗蓝牙与智能硬件设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.
[10]李永华.Arduino开源硬件概论[M].北京：清华大学出版社，2019.
作者简介
周凌宁（1997—），男，汉族，四川成都，本科，研究方向：机械电子工程。