淺談智能輪椅的研究設(shè)計

黃挺程　藍(lán)偉巍　陳珍珍

摘 要：中國即將步入老年化社會，可與預(yù)見未來幾十年，隨著老齡化的加深，同時由獨(dú)生子女政策的影響，子女們必將不能看護(hù)需要照顧的老人。由于受到人力與資源的限制，一種更高效更便捷的智能輪椅有待開發(fā)。本著為有所需要的老人，病人提供更好地服務(wù)，文章討論如何開發(fā)出更智能、更便捷的智能輪椅。在當(dāng)前的市場分析中，研究了結(jié)合當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案，將輪椅使用狀態(tài)進(jìn)行時時管理，進(jìn)行更人性化的功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能輪椅；物聯(lián)網(wǎng)；人性化；遠(yuǎn)程監(jiān)管

1 概述

目前美、德、日、法、加以及中國等國家對智能輪椅進(jìn)行了研究，使智能輪椅具有記憶地圖，智能避障，自動行走，爬樓地，與用戶交互等多種功能。鑒于此，研究了一種基于物聯(lián)網(wǎng)接入，芯片智能控制的智能輪椅，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計，有利于智能輪椅的功能擴(kuò)展和升級。本文介紹了在基于單片機(jī)作為核心控制，集成了陀螺儀，WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊，溫度感應(yīng)，心律感應(yīng)器和液晶顯示模塊。方便易用，操作簡便，用戶顯示界面友好，總體造價相對便宜劃算。

2 智能輪椅特性優(yōu)勢

在本次研究設(shè)計進(jìn)行前，在對當(dāng)下市場流行的智能輪椅進(jìn)行了深入的調(diào)查和分析，得出以下的結(jié)論：智能輪椅要實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能輪椅的人文實(shí)用性，科學(xué)先進(jìn)性。

2.1 人文實(shí)用性

智能輪椅要考慮到老年人，或是先天后天殘肢者的健康等情況，實(shí)現(xiàn)科學(xué)性的人機(jī)交互。實(shí)現(xiàn)他人遙控控制，自身獨(dú)立控制行走和自動識別控制三種模式，其中模式的切換簡單。在使用過程中，滿日常的行走外，還能實(shí)現(xiàn)輪椅-躺椅切換，在使用者休息時型變?yōu)樘梢巍Ｍㄟ^自動控制模式，在設(shè)定的路線實(shí)現(xiàn)自由行走，滿足如使用者如廁、吃藥、就餐、睡覺等固定地點(diǎn)自動尋路。

2.2 科學(xué)先進(jìn)性

在當(dāng)下興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革命中，機(jī)-物的信息交互能夠?qū)崿F(xiàn)信息節(jié)點(diǎn)的快速反應(yīng)控制管理。智能輪椅的核心處理器為單片機(jī)，在接入外置模塊，如心律監(jiān)控感應(yīng)，溫度感應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)對使用者的心率進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，為可能出現(xiàn)的情況采取數(shù)據(jù)，對使用者的身體健康狀況負(fù)責(zé)；WIFI模塊可實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備接入控制，如使用者不方便對輪椅進(jìn)行操控時，可由他人進(jìn)行遙控控制；另接入紅外超聲模塊，對障礙物進(jìn)行避障和行進(jìn)速率等功能控制，設(shè)置過程中對異常的障礙進(jìn)行鳴笛提示，降低進(jìn)行速率并對當(dāng)前線路進(jìn)行再規(guī)劃。

3 智能輪椅的組成結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行智能輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要考慮了以下三點(diǎn)：（1）輪椅設(shè)計規(guī)格符合標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療護(hù)理要求，符合人機(jī)工程原理，保證用戶體驗(yàn)的最佳舒適性；（2）輪椅結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性要符合醫(yī)療護(hù)理要求；（3）輪椅使用過程中涉及的某些情況，增加適當(dāng)?shù)妮o助裝置和客觀人性化裝置，如：人工緊急制動、餐桌架、雜物袋等。[1]

智能輪椅的外觀結(jié)構(gòu)圖1所示。

3.1 機(jī)械部件

主要的機(jī)械部件有座椅，輪胎，核心控制模塊箱，電源，電機(jī)等。以上部件在實(shí)際設(shè)計過程中主要由散件購買后再進(jìn)行組裝。實(shí)際的設(shè)計過程中，以上組件在生產(chǎn)過程中并未按照統(tǒng)一的生產(chǎn)規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，使得組件在結(jié)合過程中容易出現(xiàn)不兼容的情況。實(shí)際的規(guī)模生產(chǎn)過程中，統(tǒng)一的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的為設(shè)備的鍥和度提供了可靠地保證。

3.2 模塊單元

在本文討論的智能輪椅設(shè)計中，以STM32單片機(jī)為核心處理器，選擇STM32有足夠的I/O接口，滿足了在設(shè)計過程中的眾多模塊接入的需求。其中接入的模塊有WiFi網(wǎng)絡(luò)模塊，陀螺儀模塊，心律感應(yīng)器模塊，溫度和超聲紅外模塊。

其中WIFI 模塊主要用于接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括使用者當(dāng)前體溫、心率狀態(tài)，所在位置等。超聲和紅外模塊主要為線路的規(guī)劃和輪椅的行進(jìn)進(jìn)行避障等。

4 智能輪椅關(guān)鍵技術(shù)

智能輪椅之所以是相對一般輪椅的不同主要因?yàn)樗侵悄艿?，具有很好的信息處理能力。一般的智能輪椅包含以下部分：控制管理系統(tǒng)，線路導(dǎo)航系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)。[2]

4.1 控制管理系統(tǒng)

控制管理系統(tǒng)包含兩個模塊，主要為信息處理模塊和電機(jī)反饋控制模塊。通過傳感器接收到的信息在核心控制芯片中進(jìn)行計算處理后，將得到的有規(guī)律的數(shù)據(jù)傳送到電機(jī)反饋控制單元，電機(jī)反饋控制單元依據(jù)此進(jìn)行操作控制。

4.2 線路導(dǎo)航系統(tǒng)

線路導(dǎo)航系統(tǒng)是將使用者日常所在是行進(jìn)線路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)寫入控制單元程序中，當(dāng)輪椅識別到使用者在該區(qū)域，就可自動選擇進(jìn)行線路導(dǎo)航或者人工操作。

4.3 人機(jī)交互系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)主要是將感應(yīng)器所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時的將數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，有針對性地在人機(jī)交互界面顯示，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出所采集到的數(shù)據(jù)的特征，并對該特征進(jìn)行診斷。

5 結(jié)束語

在科技創(chuàng)新的大趨勢下，越來越高效的數(shù)據(jù)信息處理讓很多日常的憂患變成可解決。在新的形勢下，智能輪椅會更有效地為所需要的人群提供可靠服務(wù)，在工業(yè)與信息的公共作用下形成新的局面。

參考文獻(xiàn)

[1]周偉，謝存禧.基于單片機(jī)的多功能智能輪椅的模塊化設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2010（3）.

[2]李雪蓮.老年智能輪椅研究設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計，2014（4）.

作者簡介：黃挺程（1992，07-），男，壯族，廣西崇左，本科，廣西民族大學(xué)通信工程專業(yè)學(xué)生。

藍(lán)偉巍（1992，04-），男，壯族，廣西河池，本科，廣西民族大學(xué)通信工程學(xué)生。

陳珍珍（1994，03-），女，漢族，廣西北海，本科，廣西民族大學(xué)通信工程學(xué)生。