淺談智能輪椅的研究設計

黃挺程　藍偉巍　陳珍珍

摘 要：中國即將步入老年化社會，可與預見未來幾十年，隨著老齡化的加深，同時由獨生子女政策的影響，子女們必將不能看護需要照顧的老人。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。本著為有所需要的老人，病人提供更好地服務，文章討論如何開發出更智能、更便捷的智能輪椅。在當前的市場分析中，研究了結合當下物聯網技術方案，將輪椅使用狀態進行時時管理，進行更人性化的功能實現。

關鍵詞：智能輪椅；物聯網；人性化；遠程監管

1 概述

目前美、德、日、法、加以及中國等國家對智能輪椅進行了研究，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網接入，芯片智能控制的智能輪椅，并對控制系統進行模塊化設計，有利于智能輪椅的功能擴展和升級。本文介紹了在基于單片機作為核心控制，集成了陀螺儀，WIFI網絡模塊，溫度感應，心律感應器和液晶顯示模塊。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 智能輪椅特性優勢

在本次研究設計進行前，在對當下市場流行的智能輪椅進行了深入的調查和分析，得出以下的結論：智能輪椅要實現實現智能輪椅的人文實用性，科學先進性。

2.1 人文實用性

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，實現科學性的人機交互。實現他人遙控控制，自身獨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，還能實現輪椅-躺椅切換，在使用者休息時型變為躺椅。通過自動控制模式，在設定的路線實現自由行走，滿足如使用者如廁、吃藥、就餐、睡覺等固定地點自動尋路。

2.2 科學先進性

在當下興起的物聯網技術革命中，機-物的信息交互能夠實現信息節點的快速反應控制管理。智能輪椅的核心處理器為單片機，在接入外置模塊，如心律監控感應，溫度感應，可實現對使用者的心率進行實時監控，為可能出現的情況采取數據，對使用者的身體健康狀況負責；WIFI模塊可實現智能設備接入控制，如使用者不方便對輪椅進行操控時，可由他人進行遙控控制；另接入紅外超聲模塊，對障礙物進行避障和行進速率等功能控制，設置過程中對異常的障礙進行鳴笛提示，降低進行速率并對當前線路進行再規劃。

3 智能輪椅的組成結構

在進行智能輪椅結構設計時，主要考慮了以下三點：（1）輪椅設計規格符合標準的醫療護理要求，符合人機工程原理，保證用戶體驗的最佳舒適性；（2）輪椅結構的可靠性、穩定性和安全性要符合醫療護理要求；（3）輪椅使用過程中涉及的某些情況，增加適當的輔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]

智能輪椅的外觀結構圖1所示。

3.1 機械部件

主要的機械部件有座椅，輪胎，核心控制模塊箱，電源，電機等。以上部件在實際設計過程中主要由散件購買后再進行組裝。實際的設計過程中，以上組件在生產過程中并未按照統一的生產規格、標準生產，使得組件在結合過程中容易出現不兼容的情況。實際的規模生產過程中，統一的生產標準的為設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計中，以STM32單片機為核心處理器，選擇STM32有足夠的I/O接口，滿足了在設計過程中的眾多模塊接入的需求。其中接入的模塊有WiFi網絡模塊，陀螺儀模塊，心律感應器模塊，溫度和超聲紅外模塊。

其中WIFI 模塊主要用于接入網絡進行實時的數據傳輸，傳輸內容包括使用者當前體溫、心率狀態，所在位置等。超聲和紅外模塊主要為線路的規劃和輪椅的行進進行避障等。

4 智能輪椅關鍵技術

智能輪椅之所以是相對一般輪椅的不同主要因為它是智能的，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，線路導航系統，人機交互系統。[2]

4.1 控制管理系統

控制管理系統包含兩個模塊，主要為信息處理模塊和電機反饋控制模塊。通過傳感器接收到的信息在核心控制芯片中進行計算處理后，將得到的有規律的數據傳送到電機反饋控制單元，電機反饋控制單元依據此進行操作控制。

4.2 線路導航系統

線路導航系統是將使用者日常所在是行進線路進行數據處理，將數據寫入控制單元程序中，當輪椅識別到使用者在該區域，就可自動選擇進行線路導航或者人工操作。

4.3 人機交互系統

人機交互系統主要是將感應器所收集到的數據進行處理，實時的將數據進行優化，有針對性地在人機交互界面顯示，并對數據進行分析，指出所采集到的數據的特征，并對該特征進行診斷。

5 結束語

在科技創新的大趨勢下，越來越高效的數據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，在工業與信息的公共作用下形成新的局面。

參考文獻

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

[2]李雪蓮.老年智能輪椅研究設計[J].機械設計，2014（4）.

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

藍偉巍（1992，04-），男，壯族，廣西河池，本科，廣西民族大學通信工程學生。

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