專利名稱：一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動化領域，特別是一種導航方法。
背景技術：
通常情況下，老年人和殘障人士的行動能力和反應能力都低于普通人，因此為他們設計的輔助工具不僅要具備良好的移動能力，更要具備自主思考能力以及能夠與使用者方便進行交流的能力。智能輪椅作為一種智能型電動輪椅，不但能夠通過電機進行驅(qū)動，更具備了高端移動機器人的智能性，擁有良好的人機接口且能實現(xiàn)自主控制，是做為老年人和殘障人士輔助工具的最佳選擇。普通智能輪椅要在室外環(huán)境下達到實用還存在一些問題在未知環(huán)境中導航效果不佳；導航算法實時性不足，難以適應動態(tài)環(huán)境；導航算法魯棒性較低，在傳感器精度不足或者存在陷阱區(qū)域的情形下導航效果不佳；有時候需要對環(huán)境進行預處理，系統(tǒng)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，它可以降低室外導航系統(tǒng)的成本，提高實時性和系統(tǒng)的魯棒性。本發(fā)明的目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括有模糊控制器、協(xié)調(diào)控制器、 一個GPS定位裝置和三個超聲傳感器，其步驟如下
1)輪椅和障礙物信息采集GPS定位裝置和三個超聲傳感器實時采集信息，GPS定位裝置用于輪椅本身的自定位，三個超聲傳感器分別位于輪椅的左、右兩側和正前方，對障礙物進行監(jiān)測；
2)設計趨向行為根據(jù)GPS定位裝置的數(shù)據(jù)推算出輪椅的位置和姿態(tài)，利用輪椅的位置和姿態(tài)信息作為輸入信息，通過模糊控制器處理設計出輪椅的趨向行為，即輪椅朝著目標前進的運動行為；
3)設計避障行為輪椅正前方超聲傳感器采集到的障礙物距離數(shù)據(jù)，通過模糊控制器設計出避障行為，即輪椅繞開障礙物的運動行為；
4)設計沿墻走行為利用位于輪椅兩側的超聲傳感器采集到的兩側障礙物距離信息， 通過模糊控制器設計沿墻走行為，即輪椅對障礙物邊沿進行跟蹤并保持一定距離的運動行為；
5)步驟2)、3)、4)所述的三個基本獨立運動行為，通過神經(jīng)網(wǎng)絡設計行為協(xié)調(diào)控制器對三個行為進行協(xié)調(diào)控制，進而得到導航目的性的整體行為，即輪椅的實際運動行為。進一步，所述步驟2)中設計趨向行為的模糊控制器的輸入變量是輪椅與目標之間
的距離rf以及當前趨向角的值-，輸出是輪椅的線速度&和角速度；
d越大輪椅距離目標點越遠，控制線速度G越大，d越小輪椅距離目標點越近，控制線速度4越??；運動方向偏向目標點左邊-取負值，偏向右邊妒取正值，妒的絕對值越大，控制H70越大，反之爐的絕對值越小，控制,G越小，輪椅根據(jù)-的正負來決定轉動方向。
進一步，輪椅與目標之間的距離d根據(jù)GPS定位裝置可以進行實時測量； 當前趨向角的值妒可以根據(jù)以下公式測得
權利要求
1.一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，它包括有模糊控制器、協(xié)調(diào)控制器、 一個GPS定位裝置和三個超聲傳感器，其步驟如下1)輪椅和障礙物信息采集GPS定位裝置和三個超聲傳感器實時采集信息，GPS定位裝置用于輪椅本身的自定位，三個超聲傳感器分別位于輪椅的左、右兩側和正前方，對障礙物進行監(jiān)測；2)設計趨向行為根據(jù)GPS定位裝置的數(shù)據(jù)推算出輪椅的位置和姿態(tài)，利用輪椅的位置和姿態(tài)信息作為輸入信息，通過模糊控制器處理設計出輪椅的趨向行為，即輪椅朝著目標前進的運動行為；3)設計避障行為輪椅正前方超聲傳感器采集到的障礙物距離數(shù)據(jù)，通過模糊控制器設計出避障行為，即輪椅繞開障礙物的運動行為；4)設計沿墻走行為利用位于輪椅兩側的超聲傳感器采集到的兩側障礙物距離信息， 通過模糊控制器設計沿墻走行為，即輪椅對障礙物邊沿進行跟蹤并保持一定距離的運動行為；5)步驟2)、3)、4)所述的三個基本獨立運動行為，通過神經(jīng)網(wǎng)絡設計行為協(xié)調(diào)控制器對三個行為進行協(xié)調(diào)控制，進而得到導航目的性的整體行為，即輪椅的實際運動行為。
2.如權利要求1所述的一種基于輪調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于所述步驟2)中設計趨向行為的模糊控制器的輸入變量是輪椅與目標之間的距離t以及當前趨向角的值妒，輸出是輪椅的線速度。和角速度& ；d越大輪椅距離目標點越遠，控制線速度I越大f越小輪椅距離目標點越近，控制線速度&越??；運動方向偏向目標點左邊妒取負值，偏向右邊爐取正值妒的絕對值越大，控制,G越大，反之f 的絕對值越小，控制,G越小，輪椅根據(jù)-的正負來決定轉動方向。
3.如權利要求2所述的一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于輪椅與目標之間的距離 根據(jù)GPS定位裝置可以進行實時測量；當前趨向角的值爐可以根據(jù)以下公式測得
4.如權利要求1所述的一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于所述步驟3)中設計避障行為的模糊控制器的輸入為輪椅前方超聲傳感器探測的障礙物距離,左側超聲傳感器探測的障礙物距離Λ，右側超聲傳感器探測的障礙物距離dr ,輸出為輪椅的線速度。和角速度％。
5.如權利要求1所述的一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于所述步驟4)中設計沿墻走行為的模糊控制器的輸為為左側、前方、右側超聲傳感器探測的輪椅和墻的距離λ、df、dr ,輸出為輪椅運動的線速度&以及角速度ff。
6.
7.如權利要求6所述的一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于所述權重值與預設閾值k進行比較，權重值小于k時默認為0，大于k時為計算出的實際值。
8.如權利檔求6所述的一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，其特征在于 為t時刻輪椅與目標點的距離，為下一個采樣時刻輪椅與目標點的距離，dt+1 kd1 ,表示輪椅正向著目標點靠近，/為初始值. clt^l >dt表示輪椅向著背離目標點的方向運動，反映出輪椅進入了陷阱區(qū)域，/的值由初始值x變?yōu)椤?br> 全文摘要
一種基于協(xié)調(diào)控制的智能輪椅室外導航方法，它通過GPS和超聲傳感器采集外部環(huán)境信息，首先采用基于行為的控制方法配合模糊邏輯算法設計不同功能的行為模塊，其次利用神經(jīng)網(wǎng)絡算法設計行為協(xié)調(diào)控制器，通過對各個行為模塊的協(xié)調(diào)控制而實現(xiàn)具有較高智能性的自主導航功能。它可以降低室外導航系統(tǒng)的成本，提高實時性和系統(tǒng)的魯棒性。
文檔編號G05D1/00GK102323819SQ20111021058
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權日2011年7月26日
發(fā)明者張軍, 張毅, 李敏, 林海波, 羅元, 胡豁生, 蔡軍, 謝穎 申請人:重慶郵電大學