多傳感器智能輪椅的硬件系統(tǒng)設計

2.3 姿態(tài)傳感器

本系統(tǒng)區(qū)別于其他輪椅設計的一個最顯著的特點，就是本設計能夠僅僅依靠兩個輪子完成車體的平衡。這個顯著特征要求它有特殊的結構，基本的設計思想為：保持兩個輪子分別由獨立的直流電動機驅動，并且在一條軸線上，車體的重心保持在輪軸以上，使用檢測車體傾斜角度的傳感器實時地獲取車體的姿態(tài)信息，機器人的處理器將傳感器信號進行處理，按照一定的控制算法計算出控制量控制電動機的轉速和轉向，驅動機器人前進或后退，完成車體的平衡。

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

以TMS320LF2407A為控制核心的運動控制器，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，通過一定的控制策略計算出控制量，再經脈寬調制控制及驅動器放大后驅動直流電動機運轉，隨時調整車體平臺的運行速度，從而使車體平臺始終保持平衡狀態(tài)?？刂齐娐吩韴D如圖4所示?？刂瓢宀杉瘉碜詢A角和角速度傳感器的信號并對信號進行調理(濾波、整形、偏移)，然后將信號傳送到控制板中，經過DSP的運算處理(控制算法由電動車系統(tǒng)的數學模型推導而出)，通過DSP的兩路脈寬調制將控制信號發(fā)出，再經過電機驅動模塊驅動電機運轉，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USB與PC機通訊，在這里不再另外敘述。

3 結束語

本文設計了用于智能輪椅的多傳感器環(huán)境感知系統(tǒng)，對各數據采集子系統(tǒng)做了詳細的介紹，采用簡單可靠的硬件電路感知環(huán)境信息。經實驗證明，此系統(tǒng)方案具有硬件電路結構簡單、工作可靠、精度高、重復性好等特點，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行技術更新，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，從而能夠滿足不同消費階層的需要。