基于多模人机交互的机器人轮椅共享控制方法研究

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人机交互控制接口作为机器人轮椅的关键技术之一,对用户与轮椅间的和谐协作控制具有至关重要的影响。传统的电动轮椅使用操纵杆控制轮椅移动,对于肢体有障碍的用户来说难以实现;利用用户仅存的技能控制轮椅移动,但是长时间维持一种姿态会导致用户疲劳,且不经意的姿态改变会引起轮椅行驶路径发生突变,造成不必要的安全隐患;利用机器人轮椅自主导航方式,为用户提供过度的帮助会导致用户丧失仅存的控制技能。解决此类问题就是要让用户和机器人轮椅共享控制权,共同完成控制任务,共享控制成为机器人控制领域的一个研究热点。本课题基于机器人轮椅多模人机交互控制方式和自主导航控制方式提出了一种人机共享控制的方法。主要的研究结果如下:(1)开发机器人轮椅多模人机交互控制方式及其切换方法以实验室开发的电动轮椅为平台,改进头姿交互控制方式,开发手势交互、自主导航控制方式,并基于头姿、手势和操纵杆控制等交互控制方式集成多模人机交互控制方式,研究多模人机交互控制方式的切换方法,验证多模人机交互控制方式控制效果。开发机器人轮椅自主导航功能,验证轮椅自主移动效果。(2)设计机器人轮椅动态共享控制算法基于机器人轮椅行驶过程中环境因素和用户状态的变化设计机器人轮椅动态共享控制算法。根据轮椅距障碍物最短距离、用户疲劳程度和用户控制轮椅轨迹平滑度等多种约束条件动态更新人机交互控制方式与自主导航控制方式间的控制权重系数,线性组合人-机控制指令信息,实现对机器人轮椅的共享控制,并选择真实场景验证实验效果。(3)机器人轮椅软件系统设计结合本文所提出的机器人轮椅多模人机交互控制方式和共享控制方式,基于机器人操作系统搭建控制系统软件架构,设计友好的人机交互界面,并预留接口以便后期轮椅再开发,选择真实场景验证实验效果。
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