基于改进头姿估计方法的机器人轮椅交互控制

来源：机器人杂志2018年第6期北京时间：

作者：徐国政, 巩伟杰, 朱博, 高翔, 宋爱国, 徐宝国

摘要：针对现有迭代最近点（ICP）头姿估计算法存在迭代次数偏多且易陷于局部最优、而随机森林（RF）头姿估计算法准确性和稳定性不高的问题，提出一种新的头姿估计改进方法，并基于该改进方法构建机器人轮椅实时交互控制接口．首先，分析现有迭代最近点头姿算法与随机森林头姿算法在准确性、实时性及稳定性方面存在的问题，并提出一种新的基于随机森林与迭代最近点算法融合的头姿估计改进方法；其次，为实现头姿估计到机器人轮椅交互控制的无缝连接，建立基于传统机器人轮椅操纵杆的头部姿态运动空间映射；最后，在基于标准头姿数据库分析改进头姿估计方法性能的基础上，构建机器人轮椅实验平台并规划运动轨迹，以进一步验证基于改进头姿估计方法的人机交互接口在机器人轮椅实时控制方面的有效性．实验结果表明，改进后的头姿估计方法较传统迭代最近点算法减少了迭代次数且避免了陷于局部最优，在仅增加少量运算时间的基础上，其准确性和稳定性都优于传统随机森林算法；同时，基于改进头姿估计方法的人机交互接口亦能实时平稳地控制机器人轮椅沿既定的轨迹运动．

关键词：机器人轮椅, 头姿估计, 人机交互, 实时控制