【摘 要】
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随着人口老龄化,由于疾病和身体机能老化,导致了大量运动缺陷与感知障碍的患者。如何为他们提供可靠的代步工具,是目前研究的热点。机器人轮椅作为出行辅助设备,可以满足用户出行的需求,其可靠性和舒适性是本文研究的关键;感知能力受限的的用户如偏瘫患者使用轮椅时,如果长期保持不良的坐姿,会对人体造成危害,甚至加重病情。本文以霍尔操纵杆人机交互方式为主,并预留了头姿、手势交互方式接口,完成了机器人轮椅的驱动控制
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随着人口老龄化,由于疾病和身体机能老化,导致了大量运动缺陷与感知障碍的患者。如何为他们提供可靠的代步工具,是目前研究的热点。机器人轮椅作为出行辅助设备,可以满足用户出行的需求,其可靠性和舒适性是本文研究的关键;感知能力受限的的用户如偏瘫患者使用轮椅时,如果长期保持不良的坐姿,会对人体造成危害,甚至加重病情。本文以霍尔操纵杆人机交互方式为主,并预留了头姿、手势交互方式接口,完成了机器人轮椅的驱动控制系统设计,将坐姿平衡检测系统与轮椅结合起来,实现了人体坐姿的上位机检测显示,主要成果如下:（1）将机器人轮椅驱动控制系统分为上控与下控,通过串口进行通信。主要包括以下:（1）上控采用操纵杆的人机交互方式,以单片机STM32F103RCT6为核心,包括操纵杆信号的采集、处理,故障状态显示等。人机交互部分负责采集霍尔操纵杆位置与按键配置信息,实时的控制机器人轮椅的运动,并显示轮椅的状态信息。为了提升了轮椅在运动状态下的响应性,刹车时能够不偏离用户期望的方向,重点设计并优化了差速算法,在运动状态下,根据用户期望状态与实际的运行状态,分为一般运动状态和特殊运动状态;在停车时,根据左右轮方向是否相同采用不同的控制策略。并通过实验验证其效果。（2）下控为双电机驱动模块,以STMS32F13VCT6为核心,包括电源电路,电机驱动电路,电机测速电路,多种故障检测电路等。双电机驱动模块负责接收并执行人机交互模块控制信息,并实时反馈运行信息。为了降低程序的时间复杂度,提高电机的运行效率,采用有限状态机的方式进行控制,根据启动、停止、故障等将其分为7种状态,每种状态可互相切换。（2）围绕机器人轮椅的结构,将人体坐姿检测与其结合起来,选取IMU在人体和轮椅上的安装位置,实现轮椅姿态和人体姿态的检测。分为下位机部分和上位机部分:（1）下位机部分包括硬件选型、传感器数据采集、建立一主多从蓝牙通信,利用两个带有六轴惯性传感器的蓝牙从机节点,实时采集原始姿态数据,通过蓝牙通信的方式将数据传递到蓝牙主机,由蓝牙主机把收集的数据通过串口传递给上位机。（2）上位机部分主要包括姿态解算和图像显示,使用姿态融合算法解算姿态信息,再由Open GL图形库根据姿态信息和预先绘制完成的人体模型进行实时图像的显示。
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