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智能助行機(jī)器人的實時避障與共享控制研究
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計） |
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課程(專業(yè))
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控制理論與控制工程 |
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關(guān)鍵詞
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助行機(jī)器人|人機(jī)交互接口 |
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適用年級
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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20 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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pdf |
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文件大小
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2772K |
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發(fā)布時間
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2020-03-09 11:28:00 |
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預(yù)覽文件
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無 |
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下載次數(shù)
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1 |
| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡介：
智能助行機(jī)器人的實時避障與共享控制研究，碩士學(xué)位論文，共71頁。
摘 要
進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界人口逐漸呈現(xiàn)出老齡化趨勢。與此同時，各類事故、疾病與自然災(zāi)害的頻發(fā)也使得傷殘人員日益增加。這些人面臨身體機(jī)能的退化與喪失，亟需進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練以維持或恢復(fù)身體機(jī)能�，F(xiàn)有的康復(fù)輔具難以滿足他們的需求，因此研發(fā)智能康復(fù)機(jī)器人并盡快實現(xiàn)產(chǎn)品化成為了全世界的迫切需要。
目前的康復(fù)機(jī)器人研究主要存在用戶的安全方面考慮不夠全面、人機(jī)交互性較差以及功能單一等缺陷。針對這種情況，本文開發(fā)了一款智能助行機(jī)器人以幫助尚且具有一定行走能力的老年人和殘疾人進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練。本文在助行機(jī)器人人機(jī)交互接口的設(shè)計上進(jìn)行了創(chuàng)新：通過利用一組一維力傳感器的合理布局，實現(xiàn)了準(zhǔn)確識別用戶意圖同時降低了成本，并且利用激光雷達(dá)使助行機(jī)器人具有了實時避障的功能。本文設(shè)計避障算法以提升系統(tǒng)的安全性，應(yīng)用人工勢場法計算周邊障礙物對助行機(jī)器人產(chǎn)生的斥力，同時設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)路徑對助行機(jī)器人產(chǎn)生引力；當(dāng)助行機(jī)器人的緊急避障區(qū)內(nèi)存在障礙物時則應(yīng)用緊急避障算法來避免碰撞事故。本文還應(yīng)用導(dǎo)納控制算法將施加到助行機(jī)器人的作用力平滑轉(zhuǎn)換為它的運(yùn)動速度，結(jié)合人機(jī)交互接口，能夠有效識別用戶的運(yùn)動意圖方向和意圖行走模式。最后本文綜合考慮助行機(jī)器人與障礙物的距離，對標(biāo)準(zhǔn)路徑的偏離程度，當(dāng)前速度與設(shè)定最高速度的比值以及用戶的平均速度，應(yīng)用共享控制算法，讓助行機(jī)器人在保證用戶安全的前提下盡量順應(yīng)用戶意圖，使用戶的操作更加平穩(wěn)舒適。
本文設(shè)計了三個實驗來驗證上述設(shè)計與算法的有效性。首先進(jìn)行意圖識別實驗，通過讓不同實驗者多次操作助行機(jī)器人到達(dá)指定位置并轉(zhuǎn)換行走模式來證明人機(jī)交互接口與導(dǎo)納控制算法對用戶意圖識別的準(zhǔn)確性。之后讓實驗者同時模擬下肢行動不便者和視障患者，在相同室內(nèi)環(huán)境下分別進(jìn)行避障控制實驗和共享控制實驗。通過實驗過程中相關(guān)參數(shù)的變化和行走路徑的對比，可以證明避障算法的有效性，同時證明共享控制算法對用戶控制效果的改善。
本文開發(fā)的助行機(jī)器人在人機(jī)交互接口設(shè)計，用戶意圖識別，避障控制與共享控制上均取得了一定的研究成果，為早日實現(xiàn)助行機(jī)器人的產(chǎn)品化做出了貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞：助行機(jī)器人 人機(jī)交互接口 意圖識別 導(dǎo)納控制 實時避障 共享控制
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論
11論文的背景與研究意義 1
12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
13本文的研究方案與組織安排 8
2 助行機(jī)器人系統(tǒng)
21助行機(jī)器人的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 11
22助行機(jī)器人的人機(jī)交互接口 12
23助行機(jī)器人的軟件系統(tǒng) 18
24坐標(biāo)系的建立 20
25本章小結(jié) 21
3 基于人工勢場法的助行機(jī)器人避障算法設(shè)計
31障礙物模型的建立與斥力計算 22
32基于路徑規(guī)劃與反饋控制的引力計算 24
33緊急避障算法設(shè)計 29
34本章小結(jié) 31
4 助行機(jī)器人共享控制算法研究
41導(dǎo)納控制算法設(shè)計 33
42共享控制算法設(shè)計 34
43整體控制算法 36
44本章小結(jié) 39
5 實驗與分析
51助行機(jī)器人意圖識別實驗 40
52助行機(jī)器人避障控制實驗 43
53基于共享控制的助行機(jī)器人行走實驗 48
54本章小結(jié) 53
6 總結(jié)與展望
61本文工作 54
62展望 54
致 謝 56
參考文獻(xiàn) 57
附錄I 攻讀碩士期間發(fā)表的文章和專利 63
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