智能助行機(jī)器人的實時避障與共享控制研究.pdf

1、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

2、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

3、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