一种基于ROS的智能轮椅及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ROS的智能轮椅，包括轮椅主体，所述智能轮椅包括麦克风、上位机、电池组、控制电路、伺服电机、Kinect视觉传感器、LCD显示屏，所述Kinect视觉传感器、所述控制电路、所述麦克风分别与所述上位机通讯连接，所述LCD显示屏与所述上位机通讯连接，所述上位机、所述伺服电机分别与所述电池组电联接，所述控制电路与所述伺服电机通讯连接。本发明专利技术还公开一种基于ROS的智能轮椅的使用方法，实现了智能轮椅自主导航，语音控制等功能。

An Intelligent Wheelchair Based on ROS and Its Application

The invention discloses an Intelligent Wheelchair Based on ROS, which comprises a wheelchair body. The intelligent wheelchair comprises a microphone, a host computer, a battery pack, a control circuit, a servo motor, a Kinect visual sensor and an LCD display screen. The Kinect visual sensor, the control circuit and the microphone are respectively connected with the host computer, and the LCD display screen communicates with the host computer. The upper computer and the servo motor are electrically connected with the battery group respectively, and the control circuit is communicated with the servo motor. The invention also discloses a method of using an Intelligent Wheelchair Based on ROS, realizes the functions of autonomous navigation and voice control of the intelligent wheelchair.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ROS的智能轮椅及其使用方法
本专利技术涉及一种基于ROS的智能轮椅及其使用方法，属于机器人应用

技术介绍
近年来，随着科学技术的不断发展，尤其是机器人技术迅速发展，移动机器人已经应用到越来越多的领域，极大的方便了人们的生活。当今社会，生活压力日增，人们需要服务机器人能够提供更加优质的服务并且解放劳动力，因此研发出基于ROS得到智能轮椅可为使用者带来极大方便。根据目前市场数据显示，在众多自动移动轮椅中，大部分是手动控制的，或者是一些没有解决突发事件的能力，缺乏人机交互的移动机器人轮椅。针对这些不足之处，研发出一款具有丰富的人机交互能力与自主导航能力的智能轮椅成为社会发展的必然趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种基于ROS的智能轮椅及其使用方法，实现机器人自动导航，语音控制移动，加强人机交互，应对突发事件等功能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于ROS的智能轮椅，包括轮椅主体，其特征在于，所述智能轮椅包括麦克风、上位机、电池组、控制电路、伺服电机、Kinect视觉传感器、LCD显示屏，所述Kinect视觉传感器、所述控制电路、所述麦克风分别与所述上位机通讯连接，所述LCD显示屏与所述上位机通讯连接，所述上位机、所述伺服电机分别与所述电池组电联接，所述控制电路与所述伺服电机通讯连接。作为一种较佳的实施例，Kinect视觉传感器、控制电路、麦克风分别通过USB串口与上位机通讯连接，LCD显示屏的Touch接口与上位机的USB接口通讯连接。作为一种较佳的实施例，伺服电机安装于轮椅主体的主动轮处，用来提供动力。作为一种较佳的实施例，上位机、电池组、控制电路都设置于轮椅主体的下部，麦克风设置于轮椅主体的后部。作为一种较佳的实施例，LCD显示屏设置于轮椅主体的前部靠近人体前方的位置。作为一种较佳的实施例，上位机采用微型PC并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。作为一种较佳的实施例，Kinect视觉传感器设置于轮椅主体的座位下方的底部。作为一种较佳的实施例，控制电路包括电机控制板、编码器、数据采集模块、防碰撞传感器，防碰撞传感器的输出端、Kinect视觉传感器的输出端、麦克风的输出端分别与数据采集模块的输入端通讯连接，数据采集模块的输出端与编码器的输入端通讯连接，编码器的输出端与电机控制板的输入端通讯连接，电机控制板的输出端与伺服电机的输入端通讯连接，LCD显示屏的输入端分别与Kinect视觉传感器的输出端、麦克风的输出端、伺服电机的输出端通讯连接。本专利技术还提出一种基于ROS的智能轮椅的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤SS1：初始化，启动上位机，打开Kinect视觉传感器，设置自动加载初始化命令；步骤SS2：上位机获取麦克风以及Kinect视觉传感器的信息，通过控制电路控制伺服电机带动轮椅主体移动，Kinect视觉传感器获取室内地图，保存地图到上位机中；步骤SS3：在上位机的3D可视化工具RVIZ中加载建立的二维地图，显示在LCD显示屏中，确定初始点后，在LCD显示屏中设置目标点；步骤SS4：上位机运用ROS操作系统的navigation功能包，完成在全局范围内的路径规划，规划出一条从出发点到目标点的无障碍路线；步骤SS5：当轮椅主体没有遇到步骤SS3中地图上未显示的障碍物时，则按照步骤SS4规划出的路线行走，到达目标点位置，完成导航，任务结束，转入步骤SS7，若轮椅主体遇到步骤SS3中地图上未显示的障碍物时，则转入步骤SS6；步骤SS6：上位机运用ROS操作系统的base_local_planner包实现局部路径规划，实时规划出一条从出发点到目标点的无障碍轨迹，按新轨迹行走，到达目标点位置，完成导航，任务结束，转入步骤SS7；如果到达目标点之前再次遇到障碍物，重复步骤SS6；步骤SS7：重复步骤SS5到步骤SS7进行下一次任务。作为一种较佳的实施例，步骤SS6还包括：base_local_planner包使用TrajectoryRollout和DynamicWindowapproaches算法计算轮椅主体每个周期内应该行驶的速度和角度；TrajectoryRollout和DynamicWindowapproaches算法的设计方法如下：步骤SS61：采样轮椅主体当前的状态,即速度和角度；步骤SS62：针对每个采样的速度，计算轮椅主体以该速度行驶一段时间后的状态，得出一条行驶的路线；步骤SS63：利用是否会撞击障碍物以及所需要的时间作为评价标准为多条路线打分；步骤SS64：根据打分结果，选择最优路径；步骤SS65：重复步骤SS61至步骤SS64，直至到达目标点。本专利技术所达到的有益效果：第一，本专利技术实现了轮椅自动导航、语音控制的功能，加强人机交互功能，提高应对突发事件的能力；第二，本专利技术采用目前流行的机器人操作系统ROS，由于其本身的开源性，使得机器人软件系统对环境的适应性更强；第三，本专利技术使用Kinect视觉传感器的激光检测环境中的障碍物信息，检测精度高，速度快，抗干扰能力强，得到深度图像；第四，本专利技术使用LCD触摸屏显示器，使用者可以查看其它信息，加强了人机交互功能，并且还可以进行拓展开发；第五，本专利技术在导航过程中采用了全局路径规划与局部路径规划相结合的方式，能够有效的实现机器人在跟随过程中自主避障的功能。附图说明图1是本专利技术的一种基于ROS的智能轮椅的优选实施例的结构示意图。图2是本专利技术的一种基于ROS的智能轮椅的使用方法的流程图。图中标记的含义：1-轮椅主体，2-麦克风，3-上位机，4-电池组，5-控制电路，6-伺服电机，7-Kinect视觉传感器，8-LCD显示屏。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示的是本专利技术的一种基于ROS的智能轮椅的优选实施例的结构示意图，本专利技术提出一种基于ROS的智能轮椅，包括轮椅主体1，智能轮椅包括麦克风2、上位机3、电池组4、控制电路5、伺服电机6、Kinect视觉传感器7、LCD显示屏8，Kinect视觉传感器7、控制电路5、麦克风2分别与上位机3通讯连接，LCD显示屏8与上位机3通讯连接，上位机3、伺服电机6分别与电池组4电联接，控制电路5与伺服电机6通讯连接。作为一种较佳的实施例，Kinect视觉传感器7、控制电路5、麦克风2分别通过USB串口与上位机3通讯连接，LCD显示屏8的Touch接口与上位机3的USB接口通讯连接。作为一种较佳的实施例，伺服电机6安装于轮椅主体1的主动轮处，用来提供动力。作为一种较佳的实施例，上位机3、电池组4、控制电路5都设置于轮椅主体1的下部，麦克风2设置于轮椅主体1的后部。作为一种较佳的实施例，LCD显示屏8设置于轮椅主体1的前部靠近人体前方的位置，人机交互更好。作为一种较佳的实施例，上位机3采用微型PC并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。作为一种较佳的实施例，Kinect视觉传感器7设置于轮椅主体1的座位下方的底部。作为一种较佳的实施例，控制电路5包括电机控制板、编码器、数据采集模块、防碰撞传感器，防碰撞传感器的输出端、Kinect视觉传感器7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ROS的智能轮椅，包括轮椅主体（1），其特征在于，所述智能轮椅包括麦克风（2）、上位机（3）、电池组（4）、控制电路（5）、伺服电机（6）、Kinect视觉传感器（7）、LCD显示屏（8），所述Kinect视觉传感器（7）、所述控制电路（5）、所述麦克风（2）分别与所述上位机（3）通讯连接，所述LCD显示屏（8）与所述上位机（3）通讯连接，所述上位机（3）、所述伺服电机（6）分别与所述电池组（4）电联接，所述控制电路（5）与所述伺服电机（6）通讯连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于ROS的智能轮椅，包括轮椅主体（1），其特征在于，所述智能轮椅包括麦克风（2）、上位机（3）、电池组（4）、控制电路（5）、伺服电机（6）、Kinect视觉传感器（7）、LCD显示屏（8），所述Kinect视觉传感器（7）、所述控制电路（5）、所述麦克风（2）分别与所述上位机（3）通讯连接，所述LCD显示屏（8）与所述上位机（3）通讯连接，所述上位机（3）、所述伺服电机（6）分别与所述电池组（4）电联接，所述控制电路（5）与所述伺服电机（6）通讯连接。2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述Kinect视觉传感器（7）、所述控制电路（5）、所述麦克风（2）分别通过USB串口与所述上位机（3）通讯连接，所述LCD显示屏（8）的Touch接口与所述上位机（3）的USB接口通讯连接。3.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述伺服电机（6）安装于所述轮椅主体（1）的主动轮处，用来提供动力。4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述上位机（3）、所述电池组（4）、所述控制电路（5）都设置于所述轮椅主体（1）的下部，所述麦克风（2）设置于所述轮椅主体（1）的后部。5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述LCD显示屏（8）设置于所述轮椅主体（1）的前部靠近人体前方的位置。6.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述上位机（3）采用微型PC并且装有Ubuntu操作系统和ROS操作系统。7.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述Kinect视觉传感器（7）设置于所述轮椅主体（1）的座位下方的底部。8.根据权利要求1所述的一种基于ROS的智能轮椅，其特征在于，所述控制电路（5）包括电机控制板、编码器、数据采集模块、防碰撞传感器，所述防碰撞传感器的输出端、Kinect视觉传感器（7）的输出端、所述麦克风（2）的输出端分别与所述数据采集模块的输入端通讯连接，所述数据采集模块的输出端与所述编码器的输入端通讯连接，所述编码器的输出端与所述电机控制板的输入端通讯连接，所述电机控制板的输出端与所述伺服电机（6）的输入端通讯连接，所述LCD显示屏（8）的输入端分别与所述Kinect视觉传感器（7）的输出端、所述麦克风（2）的输出端、所述伺服...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱校君，徐深，陶家声，陈婧怡，陈华，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32