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1、毕业设计题目轮椅机器人语音识别系统研究学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0707学生王善伟学号20070403194指导教师赵洪华二〇一一年六月日1前言1.1课题研究的背景及意义随着人口老龄化问题越来越严重以及人民生活水平的提高，无论是高龄老年人还是先天或后天肢残者对轮椅等辅助步行工具的需求将日益迫切。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度及重新融入社会，目前美国、日本、法国、加拿大、西班牙及中国等许多国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图、智能避障、自动行走、爬楼梯、
2、与用户交互等多种功能。但是市场上的轮椅要么太贵，为一般人所不能承担；要么功能不全面，安全性能太差。所以研究一种功能强大，人机界面人性化，安全性好，价格低廉的智能轮椅的任务已经迫在眉睫，而且智能轮椅的商机无限[1]。鉴于此，我们研究了一种基于凌阳单片机控制的智能轮椅机器人，并对控制系统进行模块化设计，有利于轮椅机器人的功能扩展和升级。1.2轮椅机器人的国内外研究现状自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅来,许多国家投入较多资金研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、日本Orpheu项目
3、、西班牙SIAMO项目、加拿大AAI公司TAO项目、欧盟TIDE项目、KISS学院TINMAN项目、台湾中正大学电机系LUOSON项目、我国863智能机器人智能轮椅项目及第三军医大学外科研究所项目等。由于各个实验室的目标及研究方法不尽相同,每种轮椅解决的问题及达到的能力不同[1]。初期的研究,赋予轮椅的功能一般都是低级控制,如简单的运动、速度控制及避障等。随着机器人控制技术的发展,移动机器人大量技术用于轮椅,智能轮椅在更现实的基础上,有更好的交互性、适应性、自主性。1.2.1国外研究现状1989年法国开始研究VAHM项
4、目,第一阶段的智能轮椅由轮椅、PC486、超声波传感器、人机界面和一个可匹配用户身体能力转换的图形屏幕组成,设置为手动、自动、半自动三种模式,手动时轮椅执行用户具体指令和行动任务;自动状态用户只需选定目标,轮椅控制整个系统,此模式需要高度的可靠性;半自动模式下用户与轮椅分享控制。为了更好适应用户需求,研究者在康复中心进行了一系列调查,得出结论:系统必须是多功能的,不仅应适应残障人士的生理和认知能力,也应适应环境的结构和形态。在此基础上,经改进研制出第二代产品(如图1.1所示),其功能更丰富,面向用户范围更广,性价比更好
5、,改良了大量控制[1]。图1.1VAHM麻省理工智能实验室的智能轮椅威尔斯利(见图1.2),为一半自主式机器人轮椅,配备有计算机控制和传感器的电动轮椅,还装有一个Macintosh笔记本电脑用于人机界面交互,其硬件是从KISS学院买来用于机器人实践。系统有两种级别的控制:高级方向指令和低级计算机控制路线,用户拥有最高控制级别。系统由两部分组成,智能轮椅系统提供低级控制,避障和保证正确的运动方向;用户和轮椅之间的人机界面提供高级控制。这个智能轮椅允许用户通过三种方式来进行控制:菜单、操纵杆和用户界面。菜单模式下,轮椅的操
6、作类似一般的电动轮椅。在操纵杆模式下,用户通过操纵杆发出方向命令来避障。用户界面模式下,用户和机器之间仅需通过用户眼睛运动来控制轮椅,即用鹰眼系统来进行驱动。该轮椅在国际联合会的机器人轮椅展览中夺得第一,且是唯一不需要人来指导即穿过门口的机器人[1]。图1.2威尔斯利日本残疾人国家康复中心开发了针对物理残疾者使用的智能轮椅（如图1.3所示），该轮椅区别于其他同类产品的最大特征是在用户头部的上方安装有多个视觉传感器，可以探测360度范围内的物体。当传感器探测到障碍物时轮椅可随时停下，借助于集成WI—FI技术，轮椅甚至可以
7、把混合图像传输到电话中。该轮椅也可通过使用者的手势来控制运动方向[1]。图1.3Orpheu1.2.2国内研究现状我国智能轮椅研究起步较晚,在机构的复杂性和灵活性上和国外相比有一定差距,但也根据自身特色研制出技术指标接近国外先进水平的智能轮椅。研究单位有中科院自动化所、上海交通大学、第三军医大学和香港中文大学等。中国科学院自动化研究所研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅(见图1.4),曾在863计划十五周年成就展展馆的人群中穿梭自如。此项研究成果于2000年11月通过863智能机器人主题专家
8、组的鉴定,并研制出我国第一台多模态交互式智能轮椅样机。此项研究高度重视了智能轮椅人机控制界面的设计,在轮椅的设计中综合运用模式识别实验室有关图像处理、计算机视觉和语音识别等最新成果,使人能通过语音控制轮椅自由行走,轮椅可以实现简单的人机对话功能[1]。图1.4中科院智能轮椅上海交通大学开发成功一种声控轮椅,主要是为四肢全部丧失功能
