精益求精的智能輪椅

李維妮 張靜怡 樊 帆 沈思憶

（上海健康醫(yī)學院康復學院 上海 201318）

人們對生活和生命質(zhì)量的追求愈來愈高，對康復的期望愈來愈強。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的提高，在精神生活豐富多彩的同時，對健康的追求也日益迫切。特別是我國老齡化社會的到來，康復顯得尤為重要。

1 智能輪椅的簡介

我們研究的重點是智能化養(yǎng)老型康復輔具——智能輪椅。智能輪椅是對傳統(tǒng)輪椅進行改進，增添了例如導航定位，并裝有芯片，能與使用者的家人們構造聯(lián)系橋梁；或者是增添了現(xiàn)代化儀器的安裝就像能隨時監(jiān)測體溫的智能化體溫儀；還有能自動識別監(jiān)測身體健康，察覺不好直接撥出急救電話等功能。它能夠很好的幫助老年人和殘障人士單獨的生活，并節(jié)省家庭護理費用，也可減輕社會負擔。

智能輪椅主要有口令識別與語音合成、機器人自定位、動態(tài)隨機避障、多傳感器信息融合、實時自適應導航控制等功能。智能輪椅關鍵技術是安全導航問題，采用的基本方法是靠超聲波和紅外測距，個別也采用了口令控制。超聲波和紅外導航的主要不足在于可控測范圍有限，視覺導航可以克服這方面的不足。在智能輪椅中，輪椅的使用者應是整個系統(tǒng)的中心和積極的組成部分。對使用者來說，智能輪椅應具有與人交互的功能。這種交互功能可以很直觀地通過人機語音對話來實現(xiàn)。盡管個別現(xiàn)有的移動輪椅可用簡單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動機器人和輪椅尚不多見。

2 智能輪椅的優(yōu)點

2.1 受眾廣

智能輪椅不僅適用于年老體弱的人，同樣的，它也適合于重度殘疾的傷患。老年人隨著年齡增長，身體各項機能逐漸退化，此時電動輪椅會是更好的選擇。現(xiàn)在大多數(shù)地方都有斜坡或者電梯，坐輪椅上下樓梯已經(jīng)不是問題，坐輪椅養(yǎng)傷也不失為一種好選擇。無論是老年人還是傷患有了智能輪椅出行代步，大大降低跌倒摔傷或再次受傷的風險，在一定程度上為大家?guī)砹吮憷?，也使得越來越多的選擇使用智能輪椅。

2.2 操作方便

傳統(tǒng)的手推輪椅必須依靠人力推拉前進，一個人操作也很不方便。智能輪椅則不一樣，只要充好電，無須家里人時時陪著，自己就能輕易操作。在手動輪椅的基礎上安裝了動力驅(qū)動裝置，可以增強老年人的自理能力，簡單的生活要求基本都能靠一人一輪椅，不用長時間請保姆跟隨，也不用子女一直陪護，節(jié)約了時間與金錢成本。同時智能輪椅具備導航功能，更加便于使用者出行。

2.3 安全環(huán)保

智能輪椅采用電力啟動，與傳統(tǒng)的手推輪椅一樣，不會對環(huán)境造成新的污染。智能輪椅生產(chǎn)技術越來越成熟，為了解決電動輪椅在速度上，剎車系統(tǒng)上必須要合理，在保證安全的同時，要讓電動車出行在外不能一下子沒電、上不了坡、震動大、剎不住車、速度過快等問題，車身上的各類設備經(jīng)過專業(yè)人士多次檢測合格后才能量產(chǎn)。目前智能輪椅的失控概率接近零平穩(wěn)，電力持久，速度可調(diào)節(jié)。相較于常人，老年人與傷患更容易受傷，智能輪椅的安全使用是重中之重，安全不過關只會雪上加霜，所以不僅是商家，買家在選擇購買智能輪椅時一定要關注安全性能是否過關。智能輪椅具有定位、動態(tài)隨機避障功能，出行更加安全，家人能隨時查看使用者的位置來確認其是否安全，縱然遇到問題也能在第一時間發(fā)現(xiàn)并找到他。

2.4 舒適度

智能輪椅是在傳統(tǒng)基礎上，結合現(xiàn)在的高技術以及人體流學等特點，這樣的目的就是讓使用者更舒適，有更多的活動空間以及更方便使用。老年人或傷患需要長時間坐在輪椅上，如果坐墊不舒服或者不透氣可能會引起痔瘡的毛病，輪椅靠背不舒服，也可能會引起或加重腰背的毛病。有的輪椅品牌，在輪椅的坐墊上面選擇質(zhì)量比較好的防菌材質(zhì)，使用更加舒適，在健康上面也是有保障的。

2.5 智能輪椅的缺點

智能輪椅往往不需要人幫忙使用，許多使用者都是一人獨自使用，在使用的過程中，如果沒有監(jiān)護人，要是出現(xiàn)了頭腦意識不清醒，或者手腳不聽使喚的現(xiàn)象，這時行駛中的電動智能輪椅并不能自動停下來，這勢必會帶來生命危險。同時，智能輪椅是靠電維持工作的，使用不當時可能會引起觸電。而且，電動輪椅的重量一般都是在上百斤的，如果是居住在沒有電梯的樓層當中相當于是搬運一個上百斤的東西上下樓，對于老年人來說是完全沒有辦法做到的，所以這是智能輪椅的一大缺點。安全導航技術不夠完善，導航采用的基本方法是靠超聲波和紅外測距，個別也采用了口令控制。超聲波和紅外導航的主要不足在于可控測范圍有限，無法探測到更遠距離之外的狀況，視覺導航可以克服這方面的不足。而口令控制不足主要在目前只能識別簡單口令，使用者與機器交互不流暢，也會出現(xiàn)口令無法識別的情況。還有，過萬的智能輪椅還是一種不小的家庭負擔，因此絕大多數(shù)人會選擇價格適中的傳統(tǒng)輪椅而非功能完善的智能輪椅。

3 智能輪椅的優(yōu)化

3.1 重量

現(xiàn)在輪椅的材質(zhì)大致有鋼管的，鋁合金的，航太鋁合金的，鋼管輪椅因為太沉重基本上要淘汰了，現(xiàn)在市場上賣的鋁合金和航太鋁合金的比較好，而且價格也不貴。雖然鋁合金和航太鋁合金所制的輪椅的重量已經(jīng)輕便不少，但根據(jù)調(diào)查問卷顯示仍然有32.56%的人覺得輪椅重量過重，所以我們找到了新型高強度材料。輕型高強度材料是強度高、體質(zhì)輕的新型材料。分輕型高強度金屬材料和輕型高強度非金屬材料兩類。前者有鋁鋰合金、鈦鋁合金、鎂合金、鈹合金和鈦合金等，其中最典型的是鋁鋰合金，這種合金強度更高，質(zhì)更輕，還具有抗疲勞和耐腐蝕性能。后者主要是碳纖誰增強的碳基復合材料，亦具備強度高、質(zhì)輕、耐腐蝕特性。

3.2 安全隱患

輪椅經(jīng)常被使用，時常要經(jīng)受風吹日曬，要經(jīng)受家里可能潮濕的環(huán)境，輪椅的耐腐蝕性一定要好。我們可以采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，納米粉可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。智能輪椅都是通電的，為了預防觸電，我們可以在輪椅接通電路部位貼上隔離層以防觸電。

3.3 舒適度

根據(jù)調(diào)查問卷顯示大部分使用者覺得輪椅不夠舒適，主要在于高度不可調(diào)節(jié)，座椅太硬這兩個方面。調(diào)節(jié)高度可以安裝一個轉動搖桿，通過轉動搖桿讓座椅上升。座椅可以采用柔軟的面料或裝配小靠墊來提升舒適度。

3.4 新功能

3.4.1 折疊傘

在輪椅上安裝一個折疊傘，既可以遮陽又可以擋雨，三輪車和殘疾車就有這個功能。無論是夏季火熱的太陽還是突如其來的大雨，參照嬰兒車遮陽篷的設計簡單的手一拉就可以打開輪椅背后的折疊傘遮陽擋雨，方便快捷，出門忘記帶傘也不用怕，更不用自己撐傘。用手一推便能收回，折疊在輪椅背后，輕小方便，不占地方。

3.4.2 按摩功能

久坐輪椅的人肌肉得不到鍛煉，腿腳腰背都會不舒服，需要時常按摩來舒緩。按摩功能緩解這個問題，雖然不能代替人工按摩，但暫時的舒緩作用還是不錯的。一張按摩椅一小時大概消耗一度電，耗電很少，安裝在輪椅上的按摩功能僅需腰背和大小腿部位就足夠了，起到暫時舒緩的作用，而基礎的按摩功能耗電量會更少，對輪椅電量消耗幾乎沒有影響。

3.4.3 安全帶

智能輪椅在行駛過程中可能會有突然停下、轉彎、道路不平整、甚至是翻倒的情況，如果沒有安全帶，老人可能會跌出去，造成更多的傷害。同時安全帶小巧方便，安裝和使用也很簡單。因此可以增加一個安全帶起到保護的作用。

4 總結

智能輪椅作為一種服務機器人是面向行動不便人群的輔助行走機器人，但是，目前很多實驗室研制出的智能輪椅還停留在樣機或是少數(shù)定做階段，市面上都是半自動智能輪椅。其設計并非完美無缺，他仍存在問題需要解決。希望最后呈現(xiàn)的產(chǎn)品能得到進一步的發(fā)展改進，能夠和廠家合作幫助到更多需要我們幫助的受眾群，能夠通過宣傳和推廣讓更多的人了解到這項技術產(chǎn)品，能夠讓更多有需要的人使用到，將會是我們做出的微薄貢獻。