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专利号: 2011102105856
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1. 一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,它包括有模糊控制器、协调控制器、一个GPS定位装置和三个超声传感器,其步骤如下:

1)轮椅和障碍物信息采集:GPS定位装置和三个超声传感器实时采集信息,GPS定位装置用于轮椅本身的自定位,三个超声传感器分别位于轮椅的左、右两侧和正前方,对障碍物进行监测;

2)设计趋向行为:根据GPS定位装置的数据推算出轮椅的位置和姿态,利用轮椅的位置和姿态信息作为输入信息,通过模糊控制器处理设计出轮椅的趋向行为,即轮椅朝着目标前进的运动行为;

3)设计避障行为:轮椅正前方超声传感器采集到的障碍物距离数据,通过模糊控制器设计出避障行为,即轮椅绕开障碍物的运动行为;

4)设计沿墙走行为:利用位于轮椅两侧的超声传感器采集到的两侧障碍物距离信息,通过模糊控制器设计沿墙走行为,即轮椅对障碍物边沿进行跟踪并保持一定距离的运动行为;

5)步骤2)、3)、4)所述的三个基本独立运动行为,通过神经网络设计行为协调控制器对三个行为进行协调控制,进而得到导航目的性的整体行为,即轮椅的实际运动行为。

2. 如权利要求1所述的一种基于轮调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:所述步骤2)中设计趋向行为的模糊控制器的输入变量是轮椅与目标之间的距离 以及当前趋向角的值 ,输出是轮椅的线速度 和角速度 ;

越大轮椅距离目标点越远,控制线速度 越大, 越小轮椅距离目标点越近,控制线速度 越小;

运动方向偏向目标点左边 取负值,偏向右边 取正值, 的绝对值越大,控制 越大,反之 的绝对值越小,控制 越小,轮椅根据 的正负来决定转动方向。

3. 如权利要求2所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:轮椅与目标之间的距离 根据GPS定位装置可以进行实时测量;

当前趋向角的值 可以根据以下公式测得

表示当前轮椅位置, 表示轮椅上一个采样时刻的位置,由此两点将确定向量,同理,由 和目标点 可以确定向量 。

4. 如权利要求1所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:所述步骤3)中设计避障行为的模糊控制器的输入为轮椅前方超声传感器探测的障碍物距离,左侧超声传感器探测的障碍物距离 ,右侧超声传感器探测的障碍物距离 ,输出为轮椅的线速度 和角速度 。

5. 如权利要求1所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:所述步骤4)中设计沿墙走行为的模糊控制器的输为为左侧、前方、右侧超声传感器探测的轮椅和墙的距离 、 、 ,输出为轮椅运动的线速度 以及角速度 。

6. 如权利要求1、2、3、4或5所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:步骤5)中所述神经网络设计行为协调控制器的输入为三个超声传感器的信息 、、 和用于监测轮椅是否进入陷阱区域的标志变量 ,输出为三个行为的权重值,再根据公式得出轮椅的整体行为,其中 、 、 分别表示趋向行为输出的线速度、避障行为输出的线速度、沿墙走行为输出的线速度, 、 、 分别表示趋向行为输出的角速度、避障行为输出的角速度、沿墙走行为输出的角速度, 、 、 分别表示趋向行为输出的权重值、避障行为输出的权重值、沿墙走行为输出的权重值。

7. 如权利要求6所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:所述权重值与预设阈值K进行比较,权重值小于K时默认为0,大于K时为计算出的实际值。

8. 如权利档求6所述的一种基于协调控制的智能轮椅室外导航方法,其特征在于:为 时刻轮椅与目标点的距离, 为下一个采样时刻轮椅与目标点的距离,,表示轮椅正向着目标点靠近, 为初始值 ;

表示轮椅向着背离目标点的方向运动,反映出轮椅进入了陷阱区域,的值由初始值 变为 。