[01381526]基于全方位视觉跟踪的机器人轮椅的研究

一、课题来源与背景 本课题紧密结合我国正加速进入老龄化社会,护理、康复及医疗服务的需求不断增加,医疗和社会保险系统均面临前所未有的压力下,提出基于全方位视觉跟踪的机器人轮椅的研究。研究开发全方位的视觉跟踪系统,并通过全局视觉反馈控制来提升机器人轮椅的可靠,安全运行。本课题综合利用现有的成熟技术和设备如视频跟踪,网络通讯与控制等,使其实施的可行性更高。 二、研究目的与意义 ①机器人轮椅使用更便捷,安全,可靠。由于采用全方位视觉系统,视觉摄像头可以根据机器人轮椅的颜色和形状特征跟踪其在运行环境的位置和姿态,从而使得全局服务器根据当前机器人轮椅的位置和姿态以及当前环境的动态信息实时规划出机器人轮椅的有效,安全,和可靠的路径。②可实现远程监视和遥控。由于采用全方位视觉系统,医护人员或轮椅使用者的监护人能通过全局网络和摄像头远程监视机器人轮椅的工作情况,如在有必要的时候,可以实现远程遥控机器人轮椅的运行。 ③轮椅成本降低。由于采用全方位视觉系统,全局网络服务器会对机器人轮椅给出全局的路径规划,而机器人轮椅本身不需要做出局部的路径规划,这样就减少了传感器在机器人轮椅的安装,从而降低了机器人轮椅的成本。 ④多项技术的融合。本项目涉及到多项技术的融合,其中包括多视觉传感器区域覆盖技术,视觉跟踪技术,具有延迟的视觉反馈控制技术,和网络控制技术等。所以,本项研究具有现实的理论研究价值。 三、主要论点与论据 （1）多摄像头的最优化布局。就是用最少数量的视频摄像头覆盖整个工作环境。 （2）全方位视觉环境下的机器人轮椅实时跟踪。根据机器人轮椅上标示的颜色或几何特征,实时跟踪机器人的位置和姿态。 （3）全方位视觉环境下的机器人轮椅视觉反馈控制。在实时跟踪的基础上,实现机器人位置和姿态的反馈控制。控制的目的是要使机器人轮椅运动在全局规划的最优路径上。 （4）远程监视和遥感控制。医护人员或轮椅使用者的监护人可以远程监视轮椅的运行状态,并能实现远程遥感控制操作。 四、创见与创新 ①基于全方位视觉跟踪系统。以往的机器人轮椅方面研究,只集中在如何提高机器人轮椅本身的智能,这使得在复杂多变的环境中,机器人轮椅使用安全性和稳定性受到限制。我们利用现在视觉监控系统和网络系统的日益普及使用,提出了一种新颖的,具有更大范围的,全局的全方位视觉系统,实现对机器人轮椅的全局最优的实时路径规划和导航,提高机器人轮椅运行的安全性和可靠性。 ②采用预测视觉反馈系统。为使机器人轮椅平稳运动在全局规划的路径上,我们提出了预测反馈控制,这就对控制系统提出了更高的要求,增加了研究的难度,同时也提出新的可探讨的技术点。 ③系统具有远程监视和遥控操作。 由于采用了全方位视觉系统,用户或轮椅使用者的监护人可以远程监视和遥控轮椅的操作,这极大方便了机器人轮椅的使用。 五、社会经济效益,存在的问题 ①该项目的研发针对老年人和残障人士特点,可提供一种全方位视觉跟踪的机器人轮椅,使老人及残障人士能实现自我照顾,大大减少了家庭子女的家护工作,满足社会需求。 ②该项目可使医护人员远程监视轮椅使用者的运行状态,必要时可远程遥控机器人轮椅,大大减少意外及突发事件,减少医护工作量,为促进医护与患者和谐关系提供技术支持。 ③基于全方位视觉跟踪的机器人轮椅的研究,符合社会现状及市场需求,并可进一步与协作企业合作、推广及批量生产,在满足社会需求、促进社会和谐发展的过程中,不断创造经济价值,为新疆高端制造业的发展添砖加瓦。 六、获奖情况 无