非全自主控制与避障研究

摘要

随着社会人口老龄化的加剧和残障人口的增加，如何提高这些行动不便的人群的行动自由度，帮助他们更好的融入社会生活成为人们关注的问题，因此智能轮椅技术也受到社会越来越多的关注。其中，安全避障作为智能轮椅的基本功能和核心组成部分，成为本课题研究的重点。
　　 本文在总结了智能轮椅发展的基础上，以传统的单智能体体系结构Saphira为载体，提出了包含反应行为层、慎思行为层和监督管理层的三层混合式体系结构。
　　 为了使轮椅能够在未知环境下获取环境信息以及实现避障的要求，设计了基于DSPTMS320LF2407A的多路超声波采集距离模块，并且用最小二乘法对采集数据进行了拟合，提高了传感器的测量精度。
　　 在反应层中，设计了基于T-S模型的模糊神经网络实现了避障行为，并采用模糊控制的方法实现了趋向目标点行为，最后采用仲裁机制将两种行为融合，实现了轮椅在未知环境下对静态物体的避障，并在Matlab环境下给出了仿真结果，验证了算法的有效性。
　　 对于环境中存在动态物体的情形，将情况分成物体做近似线性运动与非线性运动两种方式进行考虑。采用一元线性回归分析对近似线性运动做出轨迹预测，用径向基神经网络对非线性轨迹进行预测，两种情况下都给出了实验结果。最后，结合反应层中的避障行为，在Matlab环境中给出了有动态物体存在时的避障路径，结果表明，这种针对动态障碍物的预测方法是可行的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题意义

1.2国内外智能轮椅研究现状

1.2.1国外智能轮椅研究现状

1.2.2国内智能轮椅研究现状

1.3智能轮椅关键技术研究现状

1.3.1移动机器人路径规划理论

1.3.2信息融合技术

1.3.3人机接口

1.4本文主要工作

第二章 智能轮椅智能体系结构的设计

2.1智能控制系统的传统结构

2.2智能轮椅智能体体系结构设计

2.2.1 Saphira体系结构简介

2.2.2基于Saphira的体系结构设计

第三章基于多超声波传感器的环境信息获取

3.1避障传感器的选取

3.2超声波测距原理

3.2.1相位测距法

3.2.2调频连续波法

3.2.3脉冲响应包络法

3.2.4 渡越时间法(TOF)

3.3 测距模块软硬件的设计

3.3.1控制芯片的选取

3.3.2超声波传感器模块

3.3.3 DSP的控制电路

3.3.4测距模块软件设计

3.4超声波传感器数据标定

3.5本章小结

第四章 反应层行为的规划与设计

4.1模糊神经网络算法

4.2神经网络和模糊逻辑的结合方式

4.3基于T-S模型的模糊神经网络

4.3.1 T-S模型的数学原型

4.3.2基于T-S模型的模糊神经网络结构的设计

4.4模糊神经网络控制器的设计

4.4.1坐标系建立

4.4.2算法设计

4.4.3趋向目标点行为模糊控制

4.4.4基于T-S模型模糊神经网络的避障行为设计

4.4.5行为控制的决策方法

4.4.6实验结果分析

4.5本章小结

第五章对于动态障碍物的避障算法研究

5.1基于一元线性回归的预测模型

5.1.1线性回归分析

5.1.2 OLSE和模型检验

5.1.3动态障碍物预测模型的建立

5.1.4预测及自回归预测模型

5.1.5结论

5.2基于径向基网络的动态障碍物预测模型

5.2.1样本数据的划分

5.2.2 RBFNN的拓扑结构

5.2.3 网络的训练与测试

5.2.3 仿真结果

5.3本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果