Design and Operation of Autonomous Wheelchair Towing Robot

要約

本研究では、手動車椅子の容易な電動化を実現するための車椅子牽引ロボットの新しいコンセプトを紹介する。
このコンセプトの開発には、病院内の目的地まで患者を安全に輸送するための牽引ロボット ハードウェアと自動運転アルゴリズムの設計が含まれます。
手動車椅子の前輪キャスターに連結された牽引ロボットと手動車椅子のドッキング・分離を容易にする新たなドッキング機構を開発しました。
牽引ロボットにはメカナムホイールドライブが搭載されており、ドッキングモードでは運動学的制約を遵守しながら、スタンドアロン走行モードではロボットが高い自由度で移動することができます。
当社の新しい牽引ロボットは、前方の地面を観察できるカメラ センサーを備えており、病院の廊下に設置された色分けされた誘導レーンをロボットが自律的にたどることができます。
この研究では、車線をキャプチャするための専用の画像処理技術と、経路を効果的にトレースして自律的な経路追従を実現するための制御アルゴリズムを導入します。
私たちが提案したプラットフォームの自律牽引性能は、色付きのレーンを備えた病院環境を作成した実際の実験によって検証されました。

要約(オリジナル)

In this study, a new concept of a wheelchair-towing robot for the facile electrification of manual wheelchairs is introduced. The development of this concept includes the design of towing robot hardware and an autonomous driving algorithm to ensure the safe transportation of patients to their intended destinations inside the hospital. We developed a novel docking mechanism to facilitate easy docking and separation between the towing robot and the manual wheelchair, which is connected to the front caster wheel of the manual wheelchair. The towing robot has a mecanum wheel drive, enabling the robot to move with a high degree of freedom in the standalone driving mode while adhering to kinematic constraints in the docking mode. Our novel towing robot features a camera sensor that can observe the ground ahead which allows the robot to autonomously follow color-coded wayfinding lanes installed in hospital corridors. This study introduces dedicated image processing techniques for capturing the lanes and control algorithms for effectively tracing a path to achieve autonomous path following. The autonomous towing performance of our proposed platform was validated by a real-world experiment in which a hospital environment with colored lanes was created.

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