人机交互肌电智能轮椅的控制系统设计

一、选题背景：

随着全球范围内人口老龄化和残障人士人口比例的增加，社会对于提供更加智能化、便捷的辅助工具的需求也日益迫切。在这一背景下，智能轮椅作为一种关键的辅助工具，在改善行动不便人士的生活质量和自主性方面扮演着不可替代的角色。然而，传统的轮椅控制方式却存在着一系列局限性，这限制了这些人群的日常活动和社会融入。

传统轮椅控制方式的局限性主要表现在以下几个方面：首先，手动操作的需求使得行动不便人士在使用轮椅时需要消耗更多的体力和精力，进而可能导致疲劳和不便。其次，对于一些严重运动能力受限的人士，甚至无法通过手动方式控制轮椅，不得不依赖外部人员的帮助，进而限制了他们的独立性和自主性。此外，传统轮椅的操作方式较为简单，难以满足复杂环境下的移动需求，这在城市等拥挤、多变的场景中可能显得尤为不足。

因此，为了满足日益增长的行动不便人士的需求，研发一种更加智能、灵活、人性化的轮椅控制系统显得尤为迫切和重要。人机交互肌电智能轮椅的控制系统便是在这一背景下应运而生的创新解决方案。通过结合肌电信号、姿势传感器等高级技术，这种智能轮椅能够更加准确地捕捉用户的意图，使其操作更加自然、便捷、精准。这将有效地解决了传统轮椅控制方式存在的诸多问题，使行动不便人士能够更加轻松地自主移动，提高他们的生活质量和社会参与度。

综上所述，人机交互肌电智能轮椅的控制系统作为满足老龄化和残障人士需求的创新解决方案，在实际应用中具有广泛的应用前景和重要的社会意义。通过在智能辅助设备领域的引领，这一技术将为行动不便人士的生活带来实质性的改善，同时也为技术创新与社会关怀的融合提供了充分的示范和可能。

二、研究意义

提升生活质量与社会包容度： 针对运动障碍人群，如肢体不便或运动能力受限的人士，人机交互肌电智能轮椅可以为他们提供更加自主、独立的移动能力，从而显著提升他们的生活质量和社交参与度。同时，这样的智能辅助设备有助于提高行动不便人群的社会包容性。他们能够更加自主地参与社会活动，减少了因行动不便而可能造成的社会排斥。

安全与便捷性： 通过肌电信号和姿势传感器的应用，系统可以更精准地捕捉用户的意图，降低误操作的风险，提高轮椅的安全性。同时，操作更加自然便捷，用户可以更加轻松地控制轮椅的移动和停止。

智能辅助设备发展： 人机交互技术的应用对智能辅助设备的发展具有推动作用。通过结合肌电信号、姿势传感器等，实现自然的人机交互，有助于推动智能设备的创新，为用户带来更加智能、人性化的体验。

综上所述，人机交互肌电智能轮椅的控制系统不仅有着直接的实用价值，也涉及到科技创新、社会包容性等方面的意义。通过这样的研究和创新，可以为行动不便人士带来更多的机会和便利，为智能辅助设备领域的发展贡献一份重要的力量。

三、研究内容

本研究的主要内容是设计和开发一个基于肌电信号的人机交互智能轮椅控制系统。具体包括以下几个方面：

1.肌电信号采集与处理：利用肌电传感器实时采集用户的肌肉活动信号，并进行信号处理和滤波等预处理工作，提取有用的特征信息。

2.模式识别算法设计与实现：通过训练和优化模式识别算法，将肌电信号与特定的轮椅控制动作进行关联，实现对用户意图的识别和分类。

3.轮椅控制系统设计与集成：设计和开发一个智能轮椅控制系统，包括控制电路、传感器接口、驱动系统等，将识别的用户意图转化为实际的轮椅运动控制指令。

4.系统性能评估与优化：通过实际测试和用户反馈，评估系统的准确性、稳定性和响应速度，并对系统进行必要的优化和改进。

本研究将采用实验研究和工程实践相结合的方法，通过构建实际的系统原型，验证所提出方法的可行性和有效性。

本系统的功能包括：肌电信号采集功能、车轮转动控制功能、实时屏显功能、人离开座位自动停止功能、遇见障碍自动刹车避让。

1.使用肌电传感器获取肌肉信号，将信号发送至主控Arduino，由Arduino对信号进行处理分析。

2.Arduino对肌电信号进行分析处理，判断出人体动作的意图，并控制轮椅进行相应运动。

3.可以通过OLED屏幕实时获取轮椅当前的运动状态。

4.可以通过光电传感器实时获取轮椅是否有人。

5.可以通过光电传感器实时获取轮椅前方是否有障碍物，将信号发送至主控Arduino。