智能輪椅的發(fā)展現(xiàn)狀

莊璇 楊子倩

摘要：智能已經(jīng)成了未來(lái)世界的專有名詞，在這樣的大背景下，我國(guó)的康養(yǎng)產(chǎn)品也步入了智能化領(lǐng)域，智能輪椅便是這一大環(huán)境下最具代表性的產(chǎn)物。本文介紹國(guó)內(nèi)外智能輪椅的發(fā)展現(xiàn)狀和所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，從藝術(shù)、安全等角度探討智能輪椅外觀設(shè)計(jì)原則，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展作出展望。

關(guān)鍵詞：智能輪椅;技術(shù);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2021）11-00-02

0 引言

目前，我國(guó)老齡化人口比重不斷上升，腿腳不方便的老年人越來(lái)越多，因?yàn)楦鞣N災(zāi)難或者意外造成身體殘疾的人數(shù)也在增加，普通的輪椅雖然價(jià)格便宜，但是使用起來(lái)比較費(fèi)力，只是機(jī)械式的代步工具，且安全指數(shù)不高。這類人士迫切地需要一種智能輪椅來(lái)協(xié)助他們的日常生活，減輕生活負(fù)擔(dān)，提高幸福指數(shù)。當(dāng)前我國(guó)對(duì)智能輪椅的研究開(kāi)發(fā)頗有成效，研發(fā)出更加智能、更加高效的智能輪椅必定會(huì)減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。

1 智能輪椅的定義

隨著人民生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)輪椅的要求也越來(lái)越苛刻，更加注重其功能、外觀、舒適性。智能輪椅是科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其實(shí)智能輪椅和移動(dòng)機(jī)器人在本質(zhì)上是相同的，我們可以將智能輪椅簡(jiǎn)單地理解成是在原來(lái)電動(dòng)輪椅的模型上加入移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)，或者是在移動(dòng)機(jī)器人身上留出一塊加上了軟墊靠背的座位空間。智能輪椅涉及世界上的許多智能技術(shù)，其研究面十分廣闊，包括導(dǎo)航定位、自動(dòng)駕駛、避障、攝像頭識(shí)別、人機(jī)交互接口、傳感器等等。

2 智能輪椅的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

迄今為止，科研人員已經(jīng)開(kāi)展了幾十年的智能輪椅研究，世界上第一輛智能輪椅于1986年在英國(guó)誕生。從此之后，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始涉足智能輪椅這一領(lǐng)域。我國(guó)的智能輪椅相較于國(guó)外來(lái)說(shuō)開(kāi)始得較晚，近年來(lái)我國(guó)十分重視智能康養(yǎng)領(lǐng)域的發(fā)展，注重對(duì)老人和殘障人士的關(guān)懷。國(guó)家投入大量的時(shí)間和精力，并根據(jù)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)主義特色研制出和國(guó)外水平相當(dāng)?shù)闹悄茌喴蝃1]，如中科院自動(dòng)化所研制的多模態(tài)交互智能輪椅、上海交通大學(xué)發(fā)明的多功能智能輪椅等等，這些智能輪椅是十分具有代表性的，開(kāi)啟了我國(guó)智能輪椅的研發(fā)之路?，F(xiàn)在有很多企業(yè)開(kāi)始研發(fā)售賣智能輪椅，如愛(ài)爾威研發(fā)的可以智能跟隨、自動(dòng)折疊的HT3智能輪椅，這款輪椅還支持手機(jī)遙控和無(wú)線遙控;南京康尼智能技術(shù)有限公司研發(fā)的康尼KS1智能輪椅可以隨意調(diào)節(jié)座椅靠背的角度，座椅可以升降，以協(xié)助用戶站立。

國(guó)外初期的智能輪椅只是安裝了一些簡(jiǎn)單的測(cè)距傳感器，在后期的研究中，才開(kāi)發(fā)出越來(lái)越多的智能模塊。如密歇根大學(xué)研發(fā)的NavChair（導(dǎo)航椅），該輪椅增加了基于DOS（磁盤操作系統(tǒng)）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、超聲波傳感器以及位于輪椅操縱桿和電源模塊之間的接口模塊，采用了一般避障、門道和沿墻跟隨這三種操作方式。德國(guó)烏爾姆大學(xué)開(kāi)發(fā)出機(jī)器人移動(dòng)輔助設(shè)備Maid（仆人），這款智能輪椅有半自主和完全自主模式兩種工作模式，方便不同的人使用。日本W(wǎng)HILL（蔚爾）科技公司與松下電子公司合作推出了一款能夠自動(dòng)駕駛的智能輪椅機(jī)器人WHILLNEXT（蔚爾之下），用戶使用智能手機(jī)輸入地點(diǎn)，智能移動(dòng)機(jī)器人便會(huì)將用戶送往目的地，這款智能輪椅還具有遠(yuǎn)程遙控功能，用戶同樣能夠使用智能手機(jī)將輪椅召回身邊。

3 智能輪椅的關(guān)鍵技術(shù)

綜合相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，目前世界上研發(fā)出的智能輪椅有如下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：導(dǎo)航系統(tǒng)、人機(jī)交互接口、控制系統(tǒng)。

3.1 導(dǎo)航系統(tǒng)

智能輪椅最主要的功能就是移動(dòng)功能，因此導(dǎo)航系統(tǒng)是整個(gè)技術(shù)板塊中最關(guān)鍵的技術(shù)。導(dǎo)航技術(shù)的研究起步比較早，這一模塊的技術(shù)相對(duì)比較成熟，導(dǎo)航系統(tǒng)主要包含的技術(shù)有智能輪椅自動(dòng)定位、多傳感器信息融合、規(guī)劃安全有效的最佳路徑。

3.1.1 定位技術(shù)

自定位是指智能輪椅在工作環(huán)境坐標(biāo)系中通過(guò)自身配置的傳感器實(shí)時(shí)確定自己所處坐標(biāo)和姿態(tài)的技術(shù)。最常見(jiàn)且應(yīng)用最多的定位技術(shù)就是GPS定位技術(shù)，智能輪椅一般會(huì)使用綜合定位方法提升定位功能的精準(zhǔn)性和可靠性。

3.1.2 多傳感器信息融合

在智能輪椅運(yùn)行的過(guò)程中，需要通過(guò)至少兩個(gè)或者更多傳感器獲取外界復(fù)雜多元的環(huán)境信息，并且對(duì)取得的信息進(jìn)行融合處理，分析檢測(cè)四周的環(huán)境是否可以安全通過(guò)，作出正確的選擇。正確選擇傳感器是導(dǎo)航系統(tǒng)成功的關(guān)鍵，故研究人員一般會(huì)安裝多個(gè)傳感器完成信息的融合，如紅外傳感器、超聲波傳感器、CCD圖像傳感器等。

3.1.3 路徑規(guī)劃

智能輪椅路徑規(guī)劃可以分為兩類，一種是以環(huán)境信息為基礎(chǔ)的全局路徑規(guī)劃，另一種是根據(jù)傳感器提供的信息作出局部路徑規(guī)劃。在其運(yùn)動(dòng)中，智能輪椅對(duì)從多個(gè)傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，結(jié)合用戶指令和已知信息，利用控制算法對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃。

3.2 人機(jī)交互接口

人與機(jī)器的和諧交互是智能輪椅必須要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，人機(jī)接口是人與機(jī)器互動(dòng)交流的重要媒介，因此在設(shè)計(jì)上應(yīng)該從技術(shù)、心理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、外觀、功能等多個(gè)方面考慮?？偟膩?lái)說(shuō)，人機(jī)交互可以從兩個(gè)角度來(lái)講：從使用者角度來(lái)講，要能夠簡(jiǎn)單便捷地傳輸命令，更加自然容易地操控輪椅;從輪椅角度來(lái)講，要能夠更加快速準(zhǔn)確地理解用戶的思維和命令。只要能夠很好地識(shí)別這兩個(gè)方面，就能達(dá)到“人機(jī)合一”。目前，考慮到用戶的身體狀況不同，為了幫助使用者更好地操控輪椅，一般會(huì)多個(gè)接口結(jié)合使用，最常見(jiàn)的接口技術(shù)有語(yǔ)音控制、鷹眼系統(tǒng)、呼吸驅(qū)動(dòng)、手勢(shì)驅(qū)動(dòng)、頭部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)等。

3.3 控制系統(tǒng)

智能輪椅的控制系統(tǒng)應(yīng)融合于外界環(huán)境，在行駛的過(guò)程中，要及時(shí)感知道路四周的環(huán)境并作出決策，按照初始規(guī)劃的結(jié)果，結(jié)合自身的坐標(biāo)狀態(tài)和速度向機(jī)械裝置控制模塊發(fā)出操作命令，完成行進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、避障等一系列命令。為了保證用戶駕駛的舒適性、安全性，系統(tǒng)的反應(yīng)必須要及時(shí)，處理問(wèn)題的速度要快，正確性要高，所以對(duì)控制算法的研究尤為重要。

4 針對(duì)老年人與殘疾人的設(shè)計(jì)原則

雖然智能輪椅內(nèi)部的關(guān)鍵技術(shù)很值得研究，但是也不能忽略了智能輪椅的外觀設(shè)計(jì)[2]。智能輪椅也應(yīng)該向其他家具產(chǎn)品一樣，做到顏值與智能并存。智能輪椅的造型直接影響使用者的體驗(yàn)與感受，通過(guò)觀察了解老年人以及不同年齡段殘疾人的生活方式和心理特點(diǎn)，筆者得出三大結(jié)論。

4.1 使用要簡(jiǎn)易

一些高齡老人在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感官方面有明顯的退化，甚至行動(dòng)遲緩，辨別能力下降[3]。這就要求智能輪椅在人機(jī)交互接口方面的設(shè)計(jì)要盡可能簡(jiǎn)單易懂，從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，很多智能輪椅的功能鍵指示較為模糊，所表達(dá)的功能意圖還不夠明確，導(dǎo)致老人在使用的過(guò)程中易錯(cuò)誤操作，從而影響學(xué)習(xí)的信心，在一系列操作都沒(méi)有反應(yīng)的情況下，老人會(huì)產(chǎn)生敬而遠(yuǎn)之的心理，抗拒使用智能產(chǎn)品[4]。所以功能按鍵的符號(hào)要具有明確的指示性和引導(dǎo)性，強(qiáng)化符號(hào)的代表意義，要適當(dāng)?shù)販p去不必要的功能，避免一些復(fù)雜的操作流程，或者用一些具有代表性的顏色代替符號(hào)使用。功能按鍵的位置選擇很重要，應(yīng)置于老人可以輕松觸碰到的位置，同時(shí)也要避免老人抬手或者轉(zhuǎn)身時(shí)無(wú)意地觸碰。交互接口的設(shè)計(jì)原則應(yīng)從人的角度出發(fā)，要保證操作的簡(jiǎn)單性。

4.2 造型風(fēng)格要多樣化

對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)生活自理的人來(lái)說(shuō)，車就是我們平常的交通工具，同理，對(duì)于殘疾人和老人來(lái)說(shuō)，智能輪椅就是他們的交通工具。平常我們使用的車有不同的顏色、不同的款式、不同的品牌可供用戶選擇，甚至還可以自己動(dòng)手改裝，改裝汽車似乎已經(jīng)成了愛(ài)車一族的趣味和潮流。為什么我們不可以將這種趣味性應(yīng)用到智能輪椅的設(shè)計(jì)上呢？每個(gè)不同年齡段的人對(duì)美都是有追求的，而且各自對(duì)美的定義都不一樣。很多人認(rèn)為老人對(duì)產(chǎn)品的外觀不會(huì)太在意，然而事實(shí)上老人更愿意使用那些看起來(lái)好看的產(chǎn)品，他們不希望自己使用的東西被年輕人嫌棄。智能輪椅的外觀造型設(shè)計(jì)首先要符合人機(jī)工程學(xué)原理，在外觀顏色搭配上也要考慮到老年人的喜好和心理感受。現(xiàn)在市面上很多智能輪椅一般都采用黑白灰的配色，這樣的配色會(huì)顯得比較莊嚴(yán)沉悶，讓人覺(jué)得智能輪椅是機(jī)械化的產(chǎn)物。可以在智能輪椅顏色配置上可以多一些選擇，甚至可以由使用者自行搭配，一些暖色系的搭配會(huì)讓人感到溫馨和諧，而灰色系的搭配會(huì)讓人感到郁悶沉重。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，他們一天中接觸智能輪椅的時(shí)間最長(zhǎng)，智能輪椅在某種程度上可以算是他們的家具了，低沉的配色會(huì)拉開(kāi)使用者和產(chǎn)品的距離[5]。智能輪椅的造型也有很多講究，由于疾病或者事故受傷的人群中也不乏一些小朋友，可在針對(duì)小朋友的智能輪椅外觀造型上設(shè)計(jì)得較為卡通一點(diǎn)，適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┛ㄍ▌?dòng)漫元素，或者一些裝飾品。這樣可以拉近小朋友與產(chǎn)品的距離，彌補(bǔ)小朋友缺失的童年生活，讓他們產(chǎn)生心理安全感。

4.3 安全要有保證

安全一直是社會(huì)最關(guān)注的問(wèn)題，在講究美觀的同時(shí)也要保證產(chǎn)品自身的安全性，為用戶提供安全保障。智能輪椅的造型應(yīng)多采用流線型或者圓弧，避免一些尖銳的形狀[6]，避免用戶在使用過(guò)程中因不小心磕碰而造成不必要的傷害。應(yīng)在兩側(cè)的扶手或者手柄上加入防滑墊，輪椅的最外側(cè)輪廓應(yīng)加入防撞泡沫或者防撞海綿。可以將汽車的安全氣囊保護(hù)措施應(yīng)用到智能輪椅上，在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)起到緩沖的作用，有效減輕碰撞帶來(lái)的傷害。智能輪椅的機(jī)械部分不能裸露在外，應(yīng)適當(dāng)選用一些裝飾加以遮掩，防止用戶在智能輪椅運(yùn)行的過(guò)程中不小心與機(jī)械系統(tǒng)接觸，造成意外傷害。

5 發(fā)展趨勢(shì)與展望

5.1 智能化[7]

如今智能輪椅已經(jīng)不單單是移動(dòng)輔助工具了，要想真正地輔助殘疾人和老年人的日常生活，就應(yīng)該提高智能技術(shù)，綜合多種智能領(lǐng)域技術(shù)，開(kāi)發(fā)出更多的功能板塊，簡(jiǎn)化用戶操作。

5.2 人性化

智能輪椅是為老人及殘疾人設(shè)計(jì)的，應(yīng)該依據(jù)他們的殘疾程度和心理需求來(lái)設(shè)計(jì)。例如，軟硬程度要適中，色彩搭配要講究，造型上要多用曲線防止磕碰。一些病人可能會(huì)因?yàn)榫米┲彪y耐，可以通過(guò)語(yǔ)音或者功能鍵來(lái)調(diào)節(jié)輪椅角度，將其轉(zhuǎn)變成平躺式或者斜靠背式。

5.3 模塊化

智能輪椅要想真正進(jìn)入市場(chǎng)必須以模塊化的方式制造，在整個(gè)模塊化系統(tǒng)中包含基本模塊和單個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊組合成具有不同功能的智能輪椅，用戶根據(jù)自己的需要選擇相對(duì)應(yīng)的功能模塊[8]。實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)有利于滿足不同類型消費(fèi)者的多樣化功能需求，也能在一定程度上方便企業(yè)生產(chǎn)，控制企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)也保證了產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)。

5.4 產(chǎn)品化

智能輪椅應(yīng)該作為家具或者康養(yǎng)產(chǎn)品投入市場(chǎng)，而不是作為科技成果在實(shí)驗(yàn)室展出[9]?？萍脊緫?yīng)該積極開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，打開(kāi)智能輪椅市場(chǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)研究的文獻(xiàn)綜述總結(jié)可以知道，我國(guó)智能輪椅的發(fā)展還不成熟，仍需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。在研發(fā)新智能技術(shù)的同時(shí)，尤其要注重外觀設(shè)計(jì)方面的探討，我國(guó)康養(yǎng)產(chǎn)品模塊的設(shè)計(jì)不如國(guó)外發(fā)展的全面，缺乏人性化的設(shè)計(jì)。人性化的設(shè)計(jì)往往能拉近人與機(jī)器之間的距離，平衡人和機(jī)器之間的關(guān)系，避免兩者成為對(duì)立面，更好地將其統(tǒng)一起來(lái)。在如今這個(gè)醫(yī)護(hù)人員資源緊張，智能生活發(fā)展迅猛的大環(huán)境下，智能輪椅不單是移動(dòng)輔助工具，更是能真正解決殘疾人和老人生活問(wèn)題的生活助手，是他們生活的一部分。在之后的研究道路上，研究人員需要將大量精力和熱情投入設(shè)計(jì)與技術(shù)中，這樣才能推動(dòng)智能輪椅更好地發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：莊璇（1999—），女，江蘇宿遷人，本科在讀，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

楊子倩（1984—），女，江蘇揚(yáng)州人，碩士，講師，研究方向：家具設(shè)計(jì)與理論。