多傳感器智能輪椅的硬件系統設計

2.3 姿態(tài)傳感器

本系統區別于其他輪椅設計的一個(gè)最顯著(zhù)的特點(diǎn)，就是本設計能夠僅僅依靠?jì)蓚€(gè)輪子完成車(chē)體的平衡。這個(gè)顯著(zhù)特征要求它有特殊的結構，基本的設計思想為：保持兩個(gè)輪子分別由獨立的直流電動(dòng)機驅動(dòng)，并且在一條軸線(xiàn)上，車(chē)體的重心保持在輪軸以上，使用檢測車(chē)體傾斜角度的傳感器實(shí)時(shí)地獲取車(chē)體的姿態(tài)信息，機器人的處理器將傳感器信號進(jìn)行處理，按照一定的控制算法計算出控制量控制電動(dòng)機的轉速和轉向，驅動(dòng)機器人前進(jìn)或后退，完成車(chē)體的平衡。

本智能輪椅采用一個(gè)傾角傳感器和一個(gè)陀螺儀的組合構成姿態(tài)傳感器來(lái)檢測車(chē)體平臺的運行姿態(tài)。傾角傳感器用來(lái)測量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來(lái)測量角速度。

以TMS320LF2407A為控制核心的運動(dòng)控制器，根據編碼器和姿態(tài)傳感器檢測到的平臺運行的位移和姿態(tài)信號，通過(guò)一定的控制策略計算出控制量，再經(jīng)脈寬調制控制及驅動(dòng)器放大后驅動(dòng)直流電動(dòng)機運轉，隨時(shí)調整車(chē)體平臺的運行速度，從而使車(chē)體平臺始終保持平衡狀態(tài)?？刂齐娐吩韴D如圖4所示?？刂瓢宀杉瘉?lái)自?xún)A角和角速度傳感器的信號并對信號進(jìn)行調理(濾波、整形、偏移)，然后將信號傳送到控制板中，經(jīng)過(guò)DSP的運算處理(控制算法由電動(dòng)車(chē)系統的數學(xué)模型推導而出)，通過(guò)DSP的兩路脈寬調制將控制信號發(fā)出，再經(jīng)過(guò)電機驅動(dòng)模塊驅動(dòng)電機運轉，控制輪椅保持平衡狀態(tài)。

2.4 攝像頭

用于感知環(huán)境的深度信息，如判斷前方是否有樓梯以及提取樓梯的高度信息，提取路途標志物用以導航等等。攝像頭可直接通過(guò)USB與PC機通訊，在這里不再另外敘述。

3 結束語(yǔ)

本文設計了用于智能輪椅的多傳感器環(huán)境感知系統，對各數據采集子系統做了詳細的介紹，采用簡(jiǎn)單可靠的硬件電路感知環(huán)境信息。經(jīng)實(shí)驗證明，此系統方案具有硬件電路結構簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高、重復性好等特點(diǎn)，而且采取了模塊化設計，可以更方便地添加新研制的功能模塊和進(jìn)行技術(shù)更新，便于消費者根據自身生活需要，選擇和組合各模塊，使各功能模塊得到充分的應用，從而能夠滿(mǎn)足不同消費階層的需要。