1.毕业设计课题

助老助残智能化轮椅概念样机设计

2.本课题的研究背景

2.1 人类对行走的渴望，推动了轮椅的研制和开发。它不仅针对残疾人，也适合老年人和所有需要以轮椅代步的人士。这明确了轮椅的基本定义#8212;#8212;代步工具。战争导致了大量伤残人员的出现，这些人员对行走的需求，也推动了轮椅的发展进步。在美国南北战争时期，出现了藤制座椅配合金属车架和轮子的轮椅，轻便、耐用；第一、二次世界大战期间，又出现了金属管材制作的车架，配以帆布座椅的轮椅，这种轮椅就是目前常见的可折叠式轮椅，其标准化程度更高，成本更低廉，大大推动了轮椅产业化和社会化的发展，让更多的人能够通过轮椅解决行走问题。康复事业的发展推动了轮椅功能和结构的不断提升，随着康复护理理念的不断发展，更加安全和便捷，让乘坐者更加健康、舒适和自由的轮椅成为了康复护理追求的目标。这不断推动了轮椅的制造在结构上越来越合理、功能越来越完善，个性化地定制轮椅不断的发展。残疾人对生活品质的追求以及参与社会活动的需求，促进了电动轮椅和运动轮椅的发展。

2.2 DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、频谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域。

3．康复医学的简单介绍和本课题的研究现状与前景

3.1 康复（Rehabilitation） 的原意是恢复到原来的状态。世界卫生组织（World Health Organization， 简称世界卫生组织， WHO） 专家委员会于 1981 年对康复的定义进行修订的解释是：”康复是指应用一切有关的措施，以减轻致残因素或条件造成的影响， 并使残疾者能够重新回到社会中去。 康复的目的不但是训练残疾者使他们能适应其周围的环境， 而且还要采取措施把他们的环境加以适当的改变，以利于他们重新回到社会中去。” 现代康复是指综合地、协调地应用医学的、教育的、 社会的、 职业的各种方法， 使病、伤、 残者（包括先天性残疾） 已经丧失的功能尽快地、尽最大可能地得到恢复和重建， 使他们在体格上、精神上、社会上和经济上的能力得到尽可能的恢复， 使他们重新走向生活、工作和社会。康复不仅针对疾病而且着眼于整个人，从生理上、 心理上、 社会上和经济能力等方面进行全面康复， 它包括医学康复（利用医学手段促进康复）、教育康复（通过特殊教育和培训促进康复）、职业康复（恢复就业能力和取得就业机会）和社会康复（在社会层次上采取与社会生活有关的措施， 促使残疾人重返社会）， 其最终目标是提高残疾人的生活素质， 使他们恢复独立生活、学习和工作的能力， 最终能在家庭中和社会上过有意义的生活。中国现代康复医学从1982年发展至今已有31年历史并已形成一个有一定规模和特点的体系这个体系可概括为一个模式、两种方式、三大学派、四套系统即我国现代康复医学以临床康复模式为主有机构康复社区康复两种服务方式，学派上分现代临床康复学派、中医康复治疗学派、中西医结合康复学派，领导和管理上分别由卫生系统、残联统民政系统人保系统人力资源和社会保障系统负责。总的来说在机构设置学科建设人员培养服务开展已形成一定规模和水平有自己的特色。

3.2 智能轮椅通常是在一台标准电动轮椅的基础上增加一台电脑和一些传感器或者在一个移动机器人的基础上增加一个座椅进行构建。最早的相关研究开始于1986年，轮椅通过视觉进行导航协助。之后IBM T.J.Watson Research Center的Connell 和Viola将座椅放在一个移动机器人平台上，利用操纵杆、超声和红外传感器实现了机器人的行走和避障等导航功能。Jaffe等负责的smart wheelchair项目利用两个超声波传感器测定人的头部运动位置，并以此实现了利用头部姿势控制轮椅的运动。经过20多年的开发，世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台，包括美国麻省理工大学Wheelesley,密西根大学的Nav Chair，匹兹堡大学的Haphaestus，SWCS(Smart Wheelchair Component System), 加拿大的TAO项目，西班牙的SIAMO, 法国的VAHM, 德国乌尔姆大学的MAid,不莱梅大学的Rolland, FRIEDNS I,II系列,希腊的SENARIO等。我国开展智能轮椅的研究较晚，但是也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的智能轮椅平台，包括中科院自动化所的多模态交互智能轮椅、嵌入式智能轮椅，上海交通大学的多功能智能轮椅，中科院深圳先进技术研究院基于头部动作的智能轮椅等等。

经过近20年的研究发展，智能轮椅的研究有了很大的进展，功能不断丰富，安全可靠性不断提高，但是也存在一定的问题：(1)人机交互不够自然。虽然已经开发了多种智能轮椅人机交互接口，但是仍处于通过人机接口对轮椅进行简单控制的阶段，对自然交互中使用者的无意识行为与有意识行为的区分还很欠缺，无法达到自然交互的目的。(2)轮椅的安全保障系统不够完善。目前多数智能轮椅平台较重视功能性实现，对于各种环境下危险发生的可能性以及相应的保障措施研究不够。(3)智能轮椅控制系统实时性较差，功耗较大，续航能力不高，离真正的实用还有一定距离。鉴于此，我们认为智能轮椅未来的发展趋势有以下几个方面：(1)人机交互自然化。 通过多种人机交互接口结合，智能轮椅系统能够更加充分地与使用者进行交流和沟通，更加准确地理解使用者的操纵意图。(2)安全保障全面化。利用日益进步的传感器技术，构建完善的智能轮椅保障系统，通过对周围环境更加全面的了解，实时监测智能轮椅的运动状态，对危险状态进行报警和阻止，尽可能避免危险的发生。(3)产品化。产品化是任何高新技术服务于社会的必经之路，采用嵌入式控制系统将是智能轮椅未来的发展方向，利用嵌入式产品功耗低、运算能力强的特点，将能够实现真正的智能轮椅产品。(4) 模块化。要实现智能轮椅的批量生产，智能轮椅的各项功能必须模块化，包括导航系统、人机接口、运动控制以及机械臂等等。以便于为不同的用户定制不同的功能模块组合，同时也便于对各个功能模块的升级和再开发。随着机器人技术的不断发展，相信智能轮椅的各项功能会更加完善，真正服务于老年人和残疾人的生活，使他们重新获得生活自理能力和融入社会。

4．选择DSP控制的原因