轮椅作为老龄人、下肢残障者以及下肢运动功能较弱者的代步工具,有着巨大的社会需求。随着科技的发展,轮椅的功能不断丰富,相应的技术也不断得到提升,具有机器人化的高性能多功能轮椅已成为未来的发展趋势。灵活及舒适的移动机构和简洁且智能化控制特点的轮椅机器人技术也成为了当前的研究热点之一。当前所普遍使用的轮椅,在其上下坡时,椅面的倾斜会给人带来不舒适感,尤其在大倾角坡面时容易引起倾覆,此时需要其他人协助才能保证安全。此外,当轮椅使用者在室内走廊进行活动或完成进出电梯等基本活动,以及进行诸如参观展览、城市步行街购物等社会活动时,由于移动空间狭窄或活动场所人员密集,经常会发生轮椅转弯困难的问题。以上两种问题的原因主要是由于现有的轮椅移动机构一般采用前面两个支撑轮与后面两个驱动轮的结构形式,这种设计势必造成轮椅的回转半径大,很难在狭小空间灵活移动,更无法实现全方位移动。鉴于此,本文提出了一种既能在室外宽广空间自由移动,又适用于狭窄或者拥挤空间,具有重心自调整功能的全方位移动轮椅机器人系统。主要研究内容和取得的成果如下:1)提出一种重心自调整的全方位运动轮椅机器人的系统规划,给出了机器人的机构以及控制系统的构建方法和技术实现途径。在保证轮椅乘坐舒适性的基础上,实现了轮椅机器人的全方位移动和实时对重心进行自我调整的功能。2)对该轮椅机器人移动平台的运动学问题展开了深入研究,建立了移动平台的运动学和动力学方程。在分析单个差动单元的基础上,探讨了整个全方位移动平台的正逆运动学和动力学问题。此外,研究了全方位移动平台的轨迹跟踪控制策略,设计了系统具有较强稳定性的轨迹跟踪控制器。3)研究全方位轮椅机器人的重心自调整系统。对机器人在坡面的稳定性条件进行探讨,建立了爬坡时的动力学模型。基于加速度计和陀螺仪的测量原理,采用卡尔曼滤波方法对多传感器信息进行融合,实现了对轮椅的俯仰角度高效准确的测量。最后,提出了重心自调整系统,通过执行机构对座椅的姿态进行实时调整,从而保证了轮椅在运动过程中的稳定性和协调性。4)针对在行人较多的非结构化复杂环境,构建了基于多传感器检测的全自主导航避障系统。通过激光扫描仪、摄像机、姿态参考系统等构成的感知系统对外部环境进行识别并加以分析,提出在三维环境中创建二维地图的方法,并基于此地图进行自适应蒙特卡罗定位和动态行人的避让。5)最后,对研制的重心自调整的全方位运动轮椅机器人进行了实验研究。包括平面行走实验、坡面行走实验、载人行走实验和非结构环境下的避障实验,实验结果验证了机器人的移动行走、姿态重心调整、爬坡性能、载人行走、导航和避障等方面的能力,证明了论文的理论分析和技术方法的合理性及有效性。