2.3 姿態(tài)傳感器

本系統(tǒng)區(qū)別于其他輪椅設(shè)計(jì)的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)，就是本設(shè)計(jì)能夠僅僅依靠?jī)蓚€(gè)輪子完成車(chē)體的平衡。這個(gè)顯著特征要求它有特殊的結(jié)構(gòu)，基本的設(shè)計(jì)思想為：保持兩個(gè)輪子分別由獨(dú)立的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且在一條軸線上，車(chē)體的重心保持在輪軸以上，使用檢測(cè)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(jī)器人的處理器將傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，按照一定的控制算法計(jì)算出控制量控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)機(jī)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(gòu)成姿態(tài)傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)體平臺(tái)的運(yùn)行姿態(tài)。傾角傳感器用來(lái)測(cè)量輪椅偏離豎直方向的角度，陀螺儀用來(lái)測(cè)量角速度。

以TMS320LF2407A為控制核心的運(yùn)動(dòng)控制器，根據(jù)編碼器和姿態(tài)傳感器檢測(cè)到的平臺(tái)運(yùn)行的位移和姿態(tài)信號(hào)，通過(guò)一定的控制策略計(jì)算出控制量，再經(jīng)脈寬調(diào)制控制及驅(qū)動(dòng)器放大后驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，隨時(shí)調(diào)整車(chē)體平臺(tái)的運(yùn)行速度，從而使車(chē)體平臺(tái)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(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(濾波、整形、偏移)，然后將信號(hào)傳送到控制板中，經(jīng)過(guò)DSP的運(yùn)算處理(控制算法由電動(dòng)車(chē)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)而出)，通過(guò)DSP的兩路脈寬調(diào)制將控制信號(hào)發(fā)出，再經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，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(biāo)志物用以導(dǎo)航等等。攝像頭可直接通過(guò)USB與PC機(jī)通訊，在這里不再另外敘述。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了用于智能輪椅的多傳感器環(huán)境感知系統(tǒng)，對(duì)各數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)做了詳細(xì)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(yàn)證明，此系統(tǒng)方案具有硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，而且采取了模塊化設(shè)計(jì)，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(fèi)者根據(jù)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(yīng)用，從而能夠滿(mǎn)足不同消費(fèi)階層的需要。