基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)多模態(tài)智能輪椅的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘 要：近年來，隨著人工智能、模式識別、圖像處理、計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能輪椅的功能將變得更加完善和豐富，它也將真正走進(jìn)老年人和殘疾人的生活。在現(xiàn)代社會，智能輪椅不應(yīng)該僅僅成為一種代步工具，為使用者提供方便，它還應(yīng)該具備安全監(jiān)測功能及用戶健康監(jiān)護(hù)等功能，為使用者提供必要的安全保障。在智能輪椅的設(shè)計中，應(yīng)該通過文獻(xiàn)研究與實(shí)地調(diào)研等方法對多個角度下的老年人情感需求和生活需求進(jìn)行探究，從而構(gòu)建出老年人需求與產(chǎn)品設(shè)計特點(diǎn)之間的匹配關(guān)系，從而對其功能、外觀等要素進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，體現(xiàn)出“以人為本”的設(shè)計理念。目前，國內(nèi)的輪椅市場以中低端為主，無法完全滿足老年人的需求，因此，設(shè)計智能輪椅具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能輪椅；人口老齡化；人性化；智能化；人機(jī)交互；模塊化

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-0-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.033

0 引 言

隨著年齡的增長，人們的身體機(jī)能也在持續(xù)衰退，肢體力量逐漸減弱，出現(xiàn)視力、聽力障礙，對外界反應(yīng)緩慢，當(dāng)發(fā)生緊急事件時，人們無法保持身體的平衡，或是姿勢不協(xié)調(diào)摔倒。造成意外摔倒的原因是可以預(yù)防的，特別是通過對老年人醫(yī)療器械的改善，可以很大程度預(yù)防事故的發(fā)生。在進(jìn)行適老化改造的過程中，需要根據(jù)老年人的年齡、生理階段等對其進(jìn)行相應(yīng)的環(huán)境改造，并對其進(jìn)行適老化產(chǎn)品設(shè)計，為老年人的生活提供便利。同時也要充分考慮殘疾老人對改造后輪椅的心理慰藉需求。據(jù)報道，中國每年因車禍而受傷的人大約有23萬人，其中超過半數(shù)的人在康復(fù)和活動方面都要依靠輪椅。同時，在中國老齡化趨勢和生活質(zhì)量不斷提高的需求下，老年人市場的爆炸式增長勢頭日益明顯。輪椅越來越像是老人的雙腿，慢慢走進(jìn)了他們的日常生活[1]。

輪椅對于殘疾人來說，是維持其生命尊嚴(yán)，拓展其生存空間，提高其生活質(zhì)量，乃至再就業(yè)的關(guān)鍵。而模塊化的設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)客戶針對性配置，使用者只需要增加一個小型臺面來放置計算機(jī)或增加一個醫(yī)療輔助裝置即可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。輪椅可以被分成兩種類型，一種為電力驅(qū)動，一種為人工驅(qū)動。輪椅是一種在傷員、病員、殘疾人居家康復(fù)、周轉(zhuǎn)運(yùn)輸、就診、外出活動等方面極其重要的移動工具，它既能滿足肢體殘障者和行動不便人員的代步需求，更能方便家屬移動和照顧病員，也能讓病員借助輪椅進(jìn)行體育鍛煉，參加社會活動[2-3]。

1 智能輪椅發(fā)展存在的問題

1.1 消費(fèi)群體的局限性

智能輪椅的消費(fèi)群體比較單一，大部分面向行動不方便的老年人士以及殘障人士，消費(fèi)行為是不定的，消費(fèi)的頻率相較于其他智能技術(shù)產(chǎn)品較低，模式比較單一，缺乏直接的盈利點(diǎn)。

1.2 統(tǒng)籌水平要求比較高

智能輪椅行業(yè)存在的首要問題：競爭力度主要在于相關(guān)設(shè)備是否齊全和創(chuàng)新研發(fā)力度。智能輪椅行業(yè)的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新成果決定了企業(yè)間的竟?fàn)幖夹g(shù)成效與市場覆蓋率。智能輪椅行業(yè)屬于高科技行業(yè)，對于技術(shù)及統(tǒng)籌的要求比較高。

1.3 部分輪椅的人機(jī)交互仍不方便

部分人機(jī)界面不能很好地識別駕駛員的有意識與非有意識行為；輪椅的安全系數(shù)較低；部分智能輪椅重視功能的實(shí)現(xiàn)，而對其控制與傳感系統(tǒng)的要求過高；部分擁有一定技術(shù)力量的研究機(jī)構(gòu)在沒有清晰的市場定位和資金支持情況下，很難實(shí)現(xiàn)智能輪椅的產(chǎn)品化[4]。

1.4 創(chuàng)新能力和綜合實(shí)力薄弱

目前，國內(nèi)相關(guān)智能輪椅公司缺少核心技術(shù)，部分制造公司采取系統(tǒng)集成模式，很難形成有競爭力的產(chǎn)品。很多小商販都熱衷于“短平快”的經(jīng)營方式，而廠商大多不愿意做長遠(yuǎn)投資，更不愿意進(jìn)行長遠(yuǎn)經(jīng)營。

1.5 成本較高、功耗較大

相對殘障人士及部分老年人而言，輪椅價格偏高，且電動輪椅功耗較大。

1.6 供應(yīng)鏈整合度較低

智能輪椅產(chǎn)品的供應(yīng)鏈?zhǔn)謴?fù)雜且品類繁雜，對于企業(yè)的資金量要求比較高。智能輪椅的研發(fā)周期較長，成本較高，初期投入比較大，小型企業(yè)無法進(jìn)行長期的針對智能輪椅的研究，在后期的市場營銷過程中很難開拓市場。研究智能輪椅大多依靠大型企業(yè)，其在人力、財力、物力方面能夠得到較大支持[5-6]。

1.7 競爭對手實(shí)力雄厚

智能輪椅行業(yè)已經(jīng)存在一些成功的先行者，他們結(jié)合自身特色，借鑒外國經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情以及人文，打造出了適合自身長期發(fā)展的一系列產(chǎn)品，在消費(fèi)者群體中已經(jīng)取得了較好的口碑。

2 智能輪椅發(fā)展趨勢

2.1 功能改進(jìn)

隨著人工智能、計算機(jī)和模式識別技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前，智能輪椅的模塊化發(fā)展趨勢越來越明顯。一方面，由于使用者的身體能力有一定的差異，因此，智能輪椅的導(dǎo)航系統(tǒng)、人機(jī)交互界面以及機(jī)械臂等須模塊化，便于用戶根據(jù)自身情況定制不同的功能模塊。另一方面，為了使智能輪椅能夠大規(guī)模生產(chǎn)，通過模塊化方式可以有效降低成本，提高智能輪椅的性價比，還可以方便地對每一個功能模塊進(jìn)行升級和再開發(fā)[7]。

2.2 需求開拓

開發(fā)潛在消費(fèi)者。隨著經(jīng)濟(jì)重心的偏移，為打開智能輪椅的消費(fèi)市場，可根據(jù)人們的需求進(jìn)行進(jìn)一步拓展。人們在追求性能優(yōu)越的同時，也注重外觀的審美、重量的輕便和運(yùn)用操作的簡化，因此可根據(jù)需求的多樣化進(jìn)行分類，提供定制化等高端服務(wù)，擴(kuò)大企業(yè)市場份額。

2.3 加大對代理機(jī)構(gòu)的選擇力度

正常的工作完成后，對智能輪椅代理機(jī)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格篩查，對工作人員進(jìn)行后續(xù)教育，不斷加強(qiáng)智能輪椅行業(yè)機(jī)構(gòu)工作人員的法制教育和執(zhí)業(yè)道德教育，規(guī)范代理平臺和人員行為，促進(jìn)智能輪椅行業(yè)代理平臺的有序競爭和發(fā)展[8]。

2.4 培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)人才

保障智能輪椅行業(yè)經(jīng)營管理的核心歸根到底在于人，因此應(yīng)該嚴(yán)格選拔智能輪椅行業(yè)的從業(yè)人員，提高對專業(yè)知識儲備以及專業(yè)技能的要求，定期對從業(yè)人員進(jìn)行考核評比，通過考核的方式倒逼其規(guī)范自身行為。

2.5 人性化程度越來越高

在設(shè)計智能輪椅時，安全、舒適、易操作是主要考慮的因素。智能輪椅的設(shè)計從細(xì)節(jié)出發(fā)，力求設(shè)計出安全、舒適的智能輪椅。例如，在盡量簡化輪椅操作方法的基礎(chǔ)上，使用不同的人機(jī)交互接口，使得智能輪椅系統(tǒng)可以更好地與使用者交流，也可以更加精確地理解使用者的操縱意圖。除此之外，還應(yīng)該采取一些措施，如：盡可能選用具有良好透氣性的坐墊，保證殘障人士使用輪椅的舒適性，采用這些措施會使得智能輪椅越來越人性化[9]。

2.6 智能化水平不斷提升

智能輪椅在使用時能夠確保使用者的安全，且使用方便，極大地減少了看護(hù)人員的工作量。一些智能輪椅在工作時，除了能夠接收使用者的指令外，還能夠根據(jù)周圍環(huán)境自動避障，或利用互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航，并滿足遠(yuǎn)程通信需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能輪椅的功能將越來越完善。

2.7 提高違規(guī)成本

事實(shí)上，大到產(chǎn)品質(zhì)量事故，小到產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，在研發(fā)過程中，質(zhì)量管理工作中出現(xiàn)的問題，在某種程度上，都與研發(fā)主體的不平衡有一定的關(guān)系。所以，構(gòu)建一個責(zé)權(quán)一致的長效管理機(jī)制，一直以來都是產(chǎn)品質(zhì)量制度建設(shè)的重要內(nèi)容。同時，應(yīng)該加大力度提高違規(guī)成本，從而減少智能輪椅產(chǎn)品的質(zhì)量問題，減少安全隱患。

2.8 普及程度逐步提高

隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，以其為核心的智能輪椅控制器將逐漸改變現(xiàn)有輪椅控制器價格高、功耗大、續(xù)航時間短等缺點(diǎn)。與此同時，隨著人們經(jīng)濟(jì)生活水平的持續(xù)提升以及科技產(chǎn)品的更新，我們相信，在不遠(yuǎn)的未來，智能輪椅將會慢慢走進(jìn)需要者家中[10]。

3 結(jié) 語

隨著人口老齡化進(jìn)程不斷加快，針對現(xiàn)有產(chǎn)品對老年人情感需求關(guān)注不到位的問題，本項目擬從多個角度分析老年人的情緒與需求變化，并在此基礎(chǔ)上建立基于情緒的產(chǎn)品設(shè)計特性與情感需求匹配關(guān)系，逐步對產(chǎn)品與服務(wù)的用戶體驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，為用戶提供具有高性價比的產(chǎn)品與服務(wù)，進(jìn)而滿足智能輪椅用戶的需求。

注：本文通訊作者為胡登龍。

參考文獻(xiàn)

[1]何清華，黃素平，黃志雄.智能輪椅的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2003，16（2）：12-16.

[2]唐宏.多功能輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備， 2020，56（6）：58-59.

[3]廖曉輝，沈大中，王東署.智能輪椅的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)分析

[J].制造業(yè)自動化，2008，30（4）：1-6.

[4]張毅，代凌凌，羅元.基于SEMG控制的智能輪椅無障礙人機(jī)交互系統(tǒng)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，39（11）：106-107.

[5]李冬梅.多功能智能電動輪椅系統(tǒng)設(shè)計[J].中國科技信息，2019，31（12）：80-81.

[6]原魁.智能輪椅的研究現(xiàn)狀與趨勢[J].中國醫(yī)療器械信息，2009，15（1）：6.

[7]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，2010，10（3）：18-20.

[8]王麗軍，王景川，陳衛(wèi)東.動態(tài)環(huán)境下智能輪椅的路徑規(guī)劃與導(dǎo)航[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2010，44（11）：1524-1528.

[9]曾辛未，張華，劉繼忠.智能輪椅GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39（11）：161-163.

[10]曹偉，姜楠.多功能智能輪椅的設(shè)計與運(yùn)動仿真[J].機(jī)械工程與自動化，2017，46（3）：71-73.

收稿日期：2023-05-15 修回日期：2023-06-20

基金項目：山東省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（S202213320064）

作者簡介：胡登龍（1979—），男，碩士，副教授，研究方向?yàn)閼?yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

楊 藝（2002—），女，本科在讀，學(xué)生，研究方向?yàn)橹悄芗夹g(shù)。

閆茹鈺（2003—），女，本科在讀，學(xué)生，研究方向?yàn)橹悄芗夹g(shù)。

劉雪瑩（2002—），女，本科在讀，學(xué)生，研究方向?yàn)橹悄芗夹g(shù)。

盧姿伊（2004—），女，本科在讀，學(xué)生，研究方向?yàn)橹悄芗夹g(shù)。