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(xué)院康復(fù)學(xué)院 上海 201318）

人們對(duì)生活和生命質(zhì)量的追求愈來愈高，對(duì)康復(fù)的期望愈來愈強(qiáng)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)，對(duì)健康的追求也日益迫切。特別是我國(guó)老齡化社會(huì)的到來，康復(fù)顯得尤為重要。

1 智能輪椅的簡(jiǎn)介

我們研究的重點(diǎn)是智能化養(yǎng)老型康復(fù)輔具——智能輪椅。智能輪椅是對(duì)傳統(tǒng)輪椅進(jìn)行改進(jìn)，增添了例如導(dǎo)航定位，并裝有芯片，能與使用者的家人們構(gòu)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(shí)監(jiān)測(cè)體溫的智能化體溫儀；還有能自動(dòng)識(shí)別監(jiān)測(cè)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(dú)的生活，并節(jié)省家庭護(hù)理費(fèi)用，也可減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。

智能輪椅主要有口令識(shí)別與語音合成、機(jī)器人自定位、動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實(shí)時(shí)自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功能。智能輪椅關(guān)鍵技術(shù)是安全導(dǎo)航問題，采用的基本方法是靠超聲波和紅外測(cè)距，個(gè)別也采用了口令控制。超聲波和紅外導(dǎo)航的主要不足在于可控測(cè)范圍有限，視覺導(dǎo)航可以克服這方面的不足。在智能輪椅中，輪椅的使用者應(yīng)是整個(gè)系統(tǒng)的中心和積極的組成部分。對(duì)使用者來說，智能輪椅應(yīng)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(jī)語音對(duì)話來實(shí)現(xiàn)。盡管個(gè)別現(xiàn)有的移動(dòng)輪椅可用簡(jiǎn)單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動(dòng)機(jī)器人和輪椅尚不多見。

2 智能輪椅的優(yōu)點(diǎn)

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(zhǎng)，身體各項(xiàng)機(jī)能逐漸退化，此時(shí)電動(dòng)輪椅會(huì)是更好的選擇?，F(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(fēng)險(xiǎn)，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(jìn)，一個(gè)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(shí)時(shí)陪著，自己就能輕易操作。在手動(dòng)輪椅的基礎(chǔ)上安裝了動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，可以增強(qiáng)老年人的自理能力，簡(jiǎn)單的生活要求基本都能靠一人一輪椅，不用長(zhǎng)時(shí)間請(qǐng)保姆跟隨，也不用子女一直陪護(hù)，節(jié)約了時(shí)間與金錢成本。同時(shí)智能輪椅具備導(dǎo)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(dòng)，與傳統(tǒng)的手推輪椅一樣，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成新的污染。智能輪椅生產(chǎn)技術(shù)越來越成熟，為了解決電動(dòng)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(shí)，要讓電動(dòng)車出行在外不能一下子沒電、上不了坡、震動(dòng)大、剎不住車、速度過快等問題，車身上的各類設(shè)備經(jīng)過專業(yè)人士多次檢測(cè)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(guān)只會(huì)雪上加霜，所以不僅是商家，買家在選擇購(gòu)買智能輪椅時(shí)一定要關(guān)注安全性能是否過關(guān)。智能輪椅具有定位、動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障功能，出行更加安全，家人能隨時(shí)查看使用者的位置來確認(rèn)其是否安全，縱然遇到問題也能在第一時(shí)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(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)在的高技術(shù)以及人體流學(xué)等特點(diǎn)，這樣的目的就是讓使用者更舒適，有更多的活動(dòng)空間以及更方便使用。老年人或傷患需要長(zhǎng)時(shí)間坐在輪椅上，如果坐墊不舒服或者不透氣可能會(huì)引起痔瘡的毛病，輪椅靠背不舒服，也可能會(huì)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(diǎn)

智能輪椅往往不需要人幫忙使用，許多使用者都是一人獨(dú)自使用，在使用的過程中，如果沒有監(jiān)護(hù)人，要是出現(xiàn)了頭腦意識(shí)不清醒，或者手腳不聽使喚的現(xiàn)象，這時(shí)行駛中的電動(dòng)智能輪椅并不能自動(dòng)停下來，這勢(shì)必會(huì)帶來生命危險(xiǎn)。同時(shí)，智能輪椅是靠電維持工作的，使用不當(dāng)時(shí)可能會(huì)引起觸電。而且，電動(dòng)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(dāng)中相當(dāng)于是搬運(yùn)一個(gè)上百斤的東西上下樓，對(duì)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(diǎn)。安全導(dǎo)航技術(shù)不夠完善，導(dǎo)航采用的基本方法是靠超聲波和紅外測(cè)距，個(gè)別也采用了口令控制。超聲波和紅外導(dǎo)航的主要不足在于可控測(cè)范圍有限，無法探測(cè)到更遠(yuǎn)距離之外的狀況，視覺導(dǎo)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(shí)別簡(jiǎn)單口令，使用者與機(jī)器交互不流暢，也會(huì)出現(xiàn)口令無法識(shí)別的情況。還有，過萬的智能輪椅還是一種不小的家庭負(fù)擔(dān)，因此絕大多數(shù)人會(huì)選擇價(jià)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?yàn)樘林鼗旧弦蕴耍F(xiàn)在市場(chǎng)上賣的鋁合金和航太鋁合金的比較好，而且價(jià)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(qiáng)度材料。輕型高強(qiáng)度材料是強(qiáng)度高、體質(zhì)輕的新型材料。分輕型高強(qiáng)度金屬材料和輕型高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的碳基復(fù)合材料，亦具備強(qiáng)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(shí)常要經(jīng)受風(fēng)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(shù)對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，納米粉可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。智能輪椅都是通電的，為了預(yù)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(gè)方面。調(diào)節(jié)高度可以安裝一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿，通過轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)折疊傘，既可以遮陽又可以擋雨，三輪車和殘疾車就有這個(gè)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(huì)不舒服，需要時(shí)常按摩來舒緩。按摩功能緩解這個(gè)問題，雖然不能代替人工按摩，但暫時(shí)的舒緩作用還是不錯(cuò)的。一張按摩椅一小時(shí)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(shí)舒緩的作用，而基礎(chǔ)的按摩功能耗電量會(huì)更少，對(duì)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(huì)有突然停下、轉(zhuǎn)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(huì)跌出去，造成更多的傷害。同時(shí)安全帶小巧方便，安裝和使用也很簡(jiǎn)單。因此可以增加一個(gè)安全帶起到保護(hù)的作用。

4 總結(jié)

智能輪椅作為一種服務(wù)機(jī)器人是面向行動(dòng)不便人群的輔助行走機(jī)器人，但是，目前很多實(shí)驗(yàn)室研制出的智能輪椅還停留在樣機(jī)或是少數(shù)定做階段，市面上都是半自動(dòng)智能輪椅。其設(shè)計(jì)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(jìn)一步的發(fā)展改進(jìn)，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(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品，能夠讓更多有需要的人使用到，將會(huì)是我們做出的微薄貢獻(xiàn)。