多功能轮椅运动控制系统研究与开发

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随着人口老龄化问题越来越严重以及人民生活水平的不断提高,无论是高龄老人还是先天或后天肢残者对轮椅等辅助步行工具的需求将日益迫切。多功能轮椅作为先进的代步工具能有效帮助他们提高行动自由度及重新融入社会。而运动控制系统作为多功能轮椅的核心部分,它的好坏将直接影响多功能轮椅的性能,所以对多功能轮椅运动控制系统的研究有着深刻的意义。本论文通过对多功能轮椅进行需求分析并比较当前几种常用的运动控制器结构,结合当前实验室的技术条件,研制出了一种基于ARM+CPLD结构的多功能轮椅运动控制系统。首先我们利用SolidWorks设计出一种能实现站,坐,躺三种位姿的多功能轮椅机械结构,并对多功能轮椅进行运动学建模;其次,我们对直流电机模糊PID调速控制算法进行研究,建立了直流电机数学模型,设计出了模糊PID控制器,并在MATLAB中建立模糊PID控制模型并进行仿真,达到了比较好的控制效果;再次,我们对多功能轮椅运动控制硬件进行模块化设计,完成了相关电路板的制作与调试,搭建出了稳定的多功能轮椅运动控制硬件平台;最后,在硬件平台的基础上进行运动控制系统软件开发,主要工作有:向ARM中移植Windows CE操作系统,用PB开发总线驱动程序,用EVC开发多功能轮椅人机交互界面程序,在ARM中实现模糊PID运动控制算法,用VHDL语言编写CPLD相关程序。通过调试,多功能轮椅运动控制系统达到预期性能要求,运动速度控制平稳,人机交互界面友好,便于功能扩展升级。
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