智能輪椅作為醫(yī)療護理領(lǐng)域的服務(wù)機器人,，其應(yīng)用大量使用了移動機器人技術(shù),。在智能輪椅的研究中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有導航系統(tǒng)、控制和能源系統(tǒng),、人機接口,，但由于整個輪椅系統(tǒng)以人為中心，所以在研究中要解決的核心是輪椅的安全導航問題,。所謂導航即是指移動機器人按照預(yù)先給定的任務(wù)命令,，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進過程中,，不斷感知周圍的局部環(huán)境信息,，自主地作出各種決策，并隨時調(diào)整自身位姿,，引導自身安全行駛到達目標位置,。 

　　本文對智能輪椅導航中的核心問題進行了分析，指出了現(xiàn)行研究中涉及的各項技術(shù)進展情況及出現(xiàn)的不足,，并對其發(fā)展趨勢進行了簡要描述,。 

      1 系統(tǒng)定位 

　　智能輪椅定位也就是環(huán)境信息獲取，是指在運動過程中利用自身傳感器,，實時確定其在工作環(huán)境中參考坐標系下相對于全局坐標的位置和姿態(tài),。 

　　定位技術(shù)可以分為2大類：基于機器視覺的定位技術(shù)和基于非計算機傳感器的定位技術(shù)。常用定位方法有光碼盤,、慣性陀螺,、磁羅盤、路標匹配等,。每一種方法各有優(yōu)點及局限性,，在實際應(yīng)用中智能輪椅實際綜合采用了幾種方法提高定位系統(tǒng)的精度和可靠性，但精確度離用戶正常使用有一定距離,，所以如何提高定位的精度和效能是將來要著重研究的問題之一,。 

　　傳感器的選擇在定位中很重要。根據(jù)定位技術(shù)的不同,，傳感器又可分為視覺和非視覺傳感器,。目前常用的傳感器有超聲測距傳感器、CCD攝像機,、紅外傳感器,、激光傳感器、GPS等,。由于超聲避障實現(xiàn)方便,、技術(shù)成熟,、成本低，成為智能輪椅常用的定位方法,，應(yīng)用中采用多個超聲測距傳感器,，用超聲測距傳感器探測障礙物的距離，然后判定機器人當前所在的位置,。 

　　2 信息融合技術(shù) 

　　從傳感器得到的信息不能保證完全可靠和正確,，可能會造成對實物存在的誤判或?qū)ζ渚嚯x的檢測產(chǎn)生誤差，這時我們可以采用概率法,、綜合多次觀測法,、多傳感器信息融合法等進行處理，其中多傳感器信息融合法的研究成為近幾年的熱點,。 

　　所謂信息融合可以廣義地概述為這樣的一種過程,，即把來自多傳感器的數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)既定的規(guī)則分析,、結(jié)合為一個全面的情報報告,，并在此基礎(chǔ)上為系統(tǒng)用戶提供需求信息，諸如：決策,、任務(wù),、航跡等,。在傳感器信息融合中,，采用多種類的傳感器是很有必要的。多傳感器信息融合技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出單一傳感器無法比擬的優(yōu)越性,，通過合成,，可以得到比從任何單個輸入數(shù)據(jù)中獲得更多更可靠的信息。 

　　如何融合這些互補或冗余的傳感器信息并得到更全面反映環(huán)境特征的信息方法尤為重要,。在研究中最為關(guān)鍵的部分是信息融合算法的研究,，人們已經(jīng)提出了多種應(yīng)用于不同系統(tǒng)的多傳感器信息融合算法，這些算法可以分為2類：隨機類方法和人工智能方法,。 

　　(1)隨機類方法 

　　這類方法研究對象是隨機的,，在多傳感器信息融合中常采用隨機類方法包括很多，如：加權(quán)平均法,、統(tǒng)計決策理論,、聚類分析法、小波變換法,、Bayes推理方法,、Dempster-Sharer的證據(jù)理論、Kalman濾波融合算法等,。 

　　(2)人工智能方法 

　　近年來用于多傳感器數(shù)據(jù)融合的計算智能方法有：模糊集合理論,、專家系統(tǒng),、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗集理論和支持向量機等,。其中基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多種傳感器信息融合是近幾年來發(fā)展的熱點,。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的容錯性、層次性,、可塑性,、自適應(yīng)性、聯(lián)想記憶和并行處理能力,，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他方法相結(jié)合進行信息融合技術(shù)的研究,，效果顯著，己形成一種研究趨勢,。比如小波與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，Kalman濾波與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Dempster-Shafer的證據(jù)理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，模糊聚類與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。 

　　今后的多傳感器信息融合技術(shù)主要集中在算法的改進和新算法的出現(xiàn),、微型傳感器的研制以及多層次的信息融合3個方面,。 

　　3 路徑規(guī)劃問題 

　　路徑規(guī)劃是指在障礙物環(huán)境中，為智能輪椅從起點到終點尋找一條無碰路徑,，并按照一定的原則進行優(yōu)化,，找出一條最優(yōu)路徑。路徑規(guī)劃問題包含2個方面的內(nèi)容：首先是環(huán)境模型的建立,；其次是路徑規(guī)劃算法的設(shè)計,。 

　　(1)環(huán)境模型的建立 

　　環(huán)境建模是路徑規(guī)劃的前提，對于靜態(tài)已知環(huán)境,，已有不少成功的研究成果,，其建模技術(shù)也較為成熟。對于部分已知或完全未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃問題一直沒有得到完善的解決,，其根本原因在于對環(huán)境的分辨率與環(huán)境信息存儲量的矛盾,。 

　　環(huán)境建模大致有3類：網(wǎng)絡(luò)墩圖模型、柵格模型和層次結(jié)構(gòu)模型,。網(wǎng)絡(luò)燉模型包括自由空間法,、頂點圖像法、廣義錐法等,，是對環(huán)境的高層次的描述,，計算量很大，對傳感器精度要求較高,；柵格模型是將空間劃分為大小相同的柵格,，模型建立簡單,，但搜索空間很大；層次結(jié)構(gòu)模型是按照數(shù)據(jù)區(qū)域的一致性判別準則和空間遞規(guī)分解原理對環(huán)境進行建模,，采用此種模型壓縮了搜索空間,，且很容易用傳感器的信息對模型進行更新。  

　　(2)路徑規(guī)劃算法 

　　根據(jù)智能輪椅對環(huán)境信息了解情況的不同,，路徑規(guī)劃可以分為2種類型：全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃,。其中，全局路徑規(guī)劃需要知道關(guān)于環(huán)境的所有消息,，并產(chǎn)生一系列關(guān)鍵點作為子目標點下達給局部路徑規(guī)劃系統(tǒng),。而局部路徑規(guī)劃則只需要距離機器人較近的障礙物信息，在運動過程中根據(jù)傳感器的信息來不斷地更新其內(nèi)部的環(huán)境信息,，規(guī)劃出一條從起點或某一子目標點到下一子目標點的優(yōu)選路徑,。 比較一些路徑搜索算法，尋求更優(yōu)解,；進一步研究對活動障礙的勢態(tài)分析,，給出避障策略這2個方面是機器人路徑規(guī)劃所要解決的主要問題。根據(jù)對環(huán)境信息了解的完整程度,，路徑規(guī)劃可采用不同的算法,。對于全局路徑規(guī)劃常采用的算法有：可視圖法、自由空間法和柵格法等,。局部路徑規(guī)劃常采用的方法有：人工勢場法,、遺傳算法和模糊邏輯算法等。 

　　近年來在這些傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上,，對這些方法有了進一步的融合與擴展,，如：基于遺傳算法路徑規(guī)劃--二維路徑編碼問題簡化為一維路徑編碼問題,，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障方法--基于實際誤差函數(shù)和隸屬函數(shù)法,，基于激光雷達的路徑規(guī)劃方法--角度勢場法，虛擬力場法--動態(tài)柵格法與勢場法結(jié)合,。