智能轮椅上传感器的综合应用

智能轮椅如今社会不是什么新鲜的设备了。所谓的智能就是集合了多种传感器的数据采集，整合数据采集系统对轮椅的控制，能让使用者更加方便的去使用。智能的数据采集归功传感器的性能特征，在复杂的环境下能有效的获取信息。整个采集系统包含了很多传感器的配合使用。

智能轮椅的设计目的是安全便捷的把需求者送到指定的目的地，在运动的过程中操作者通过控制系统发出指令实现轮椅的功能。要求在设计之初就把人这个因素纳入考虑之中，所以，安全、舒适和容易操作应成为智能轮椅设计中最重要的因素;使用者身体能力的差异决定了智能轮椅需被设计为一个功能多元化，能满足多种层次需要的电子系统，而模块化最能体现系统多功能化的特征，每个用户都能根据其自身残障类型和程度选择适当的模块集成，且设计者可以在现有基础上通过增添功能模块，很方便地对轮椅功能进行改进。智能轮椅和移动的机器人不同，虽然都结合了传感器的操作，但是在使用过程中，轮椅与用户成为一个协同工作的系统才是稚嫩轮椅的突破点。

智能轮椅的构造相当的复杂，它结合了超声波传感器、接近开关、自定位传感器、角度传感器和视觉传感器等等。整个系统主要由传感器模块、驱动控制模块和人机交互模块3部分组成。其中传感器模块主要有内部状态感知和外部环境感知两部分构成，通过角度传感器确定轮椅自身的位姿信息;通过编码器的位移速度和距离获得自定位信息。视觉、超声波和接近开关主要负责持续获得周围环境和障碍物的距离信息。驱动控制模块我们采用后轮驱动的方式，每一个后轮配置一个电动机，在控制器的操作下实现电动轮椅的前进、后退和转向。人机交互界面由操作杆和个人电脑界面数据输入两种方式，实现基本的人机交互功能。

系统的智能轮椅有2个独立的驱动轮，各自配备一个电机码盘。由2个电机码盘的实时检测数据构成了里程计式的相对定位传感器，同时安装了角度传感器和陀螺仪传感器来测量轮椅在行进过程中的姿态状态。超声波传感器和接近开关被用于感知周围环境信息。为获取更大范围内的障碍物信息，系统配备了8个红外传感器和8个超声波传感器。另外安装了一个CCD摄像头用于判断前方行进路程中的深度信息。数据采集需要选择的是高性能的数字信号处理器作为传感器模块的控制芯片，需要较高的频率和丰富的外围接口。而系统难点在于姿态的控制，而此轮椅能够仅仅依靠两个轮子完成车体的平衡，保持两个轮子分别由独立的直流电动机驱动，并且在一条轴线上，车体的重心保持在轮轴以上，使用检测车体倾斜角度的传感器实时地获取车体的姿态信息，机器人的处理器将传感器信号进行处理，按照一定的控制算法计算出控制量控制电动机的转速和转向，驱动机器人前进或后退，完成车体的平衡。角度传感器用来测量轮椅偏离竖直方向的角度，陀螺仪用来测量角速度。这样两个传感器的组合构成姿态传感器来检测车体平台的运行姿态是最重要的。智能轮椅的多传感器环境感知系统，各数据采集子系统采用简单可靠的硬件电路感知环境信息，每一个点都得到了充分的使用，也可以便于消费者根据自身生活需要，选择和组合各模块使得传感器模块的使用恰到好处。