41、基于用户注视目的地的智能轮椅导航系统

基于用户注视目的地的智能轮椅导航系统

1. 引言

智能轮椅的发展与移动机器人遵循相同原则，需具备导航至特定目标位置并安全避开障碍物的能力。这需要精确的传感设备和强大的算法，将传感器数据转化为运动指令，使轮椅自主驶向目的地，同时应对危险情况。近年来，为满足残疾人群体的需求，出现了多种智能轮椅操控方法，主要分为用户友好界面和强大导航任务两个研究方向。

传统电动轮椅依赖操纵杆生成运动指令，但部分残疾用户可能无法使用。因此，研究者探索了语音、脑电波和面部等输入方式。语音导航需安静环境，嘈杂环境中效果不佳；脑电波控制虽有潜力，但用户需良好情绪控制和专注力；面部输入能提供头部方向和唇部动作等信息，相对轻松。不过，这些输入方式仍让用户承担较大导航负担，轮椅应自动观察环境并驶向目的地。

以往多数自主导航算法依赖地图，但获取精确地图耗时费力。因此，提出了基于视觉的无地图目标导向导航系统，该系统通过网络摄像头跟踪用户头部确定注视方向，从全向摄像头获取的全景图像中检测用户注视区域并设为目的地，旨在方便残疾人在复杂场所活动。

2. 轮椅系统

该系统旨在让用户仅通过注视目标区域，就能使轮椅在百货商店等复杂场所自动导航。在Matsunaga TT - Joy电动轮椅上进行了可行性测试，其搭载的传感器包括：
- 网络摄像头（Logicool）
- 全向摄像头（Watec的WAT - 240）
- 两个激光传感器（Hokuyo Electric Machinery的URG - 04LX）

第一个激光传感器（L1）与全向摄像头结合，全向摄像头数据用于计算轮椅前方与目标位置的相对角度，L1测量轮椅到目标物体的距离，二者位置