[发明专利]一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置

摘要

一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置，在控制计算机中编制控制软件调用电子地图，设定起点与终点位置，通过距离最优方法计算规划路径。控制计算机通过串口发送方位角和速度控制指令，控制舵机x和y带动摇杆滑块机构分别控制转向‑速度操纵杆前后左右移动，控制电动轮椅按期望方位角和速度行进。电动轮椅的实际方位角和速度由IMU‑GPS组合测量装置获得并形成闭环反馈控制，提高对方位角和速度的控制精度。电动轮椅沿最优轨迹行进过程中，采用激光雷达对周围环境进行实时扫描，获得激光点云，构建周围环境的三维地形图，提取出前方障碍物的位置、速度和方位信息，进而通过控制电动轮椅的方位角和速度，实现实时避障控制。

主权项

1.本申请提出的一种基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制方法与装置，其特征在于，基于电子地图给定轨迹的电动轮椅路径跟踪控制装置包括以下组成部件：控制计算机（1），电动轮椅（2），IMU-GPS组合测量装置（3），伺服驱动器（4），舵机x（5），舵机y（6），摇杆滑块机构（7），激光雷达（8）；电动轮椅（2）包括转向-速度操纵杆（21）、电动轮驱动器（22）、左电动轮（23）和右电动轮（24）；控制计算机（1）、IMU-GPS组合测量装置（3）和激光雷达（8）均安装在电动轮椅（2）上；伺服驱动器（4），舵机x（5），舵机y（6），摇杆滑块机构（7）安装在转向-速度操纵杆（21）上，构成十字形平面运动机构；在控制计算机（1）中编制控制软件调用电子地图软件，建立本地计算机与电子地图之间的接口连接，在电子地图中设定好起点与终点位置，通过距离最优计算方法，获得规划路径，并提取出规划路径的位置经纬度值；根据电动轮椅（2）的当前位置与规划路径的位置，计算出电动轮椅（2）沿规划路径行进的最优轨迹，并获得电动轮椅（2）可实现沿最优轨迹行进的控制方位角和速度值；控制计算机（1）通过串口2发送控制方位角和速度控制指令，提供给伺服驱动器（4），控制舵机x（5）和舵机y（6）带动摇杆滑块机构（7）控制转向-速度操纵杆（21）的位置变化，转向-速度操纵杆（21）是一个万向摇杆，其前后位置变化控制电动轮椅（2）的速度，左右位置变化控制电动轮椅（2）的方位角转向，进而通过电动轮驱动器（22）差动控制左电动轮（23）和右电动轮（24）的转动速度，从而控制电动轮椅（2）按照期望的控制方位角和速度行进；电动轮椅（2）的实际控制方位角、位置和速度信息由IMU-GPS组合测量装置（3）获得并通过串口1提供给控制计算机（1）形成闭环反馈控制，提高对控制方位角和速度的控制精度；另外，电动轮椅（2）沿最优轨迹实际行进过程中，采用激光雷达（8）对电动轮椅（2）的周围环境进行实时扫描，获得激光点云，通过串口3传输给控制计算机（1），通过对相邻激光扫描帧点云的配准和坐标转换，构建周围环境的三维地形图，获得道路周围环境信息，并提取出前方障碍物的位置速度和方位信息，进而通过控制电动轮椅（2）的控制方位角和速度，实现实时避障控制。/n