基于物聯網技術多模態智能輪椅的研究現狀與發展趨勢

摘 要：近年來，隨著人工智能、模式識別、圖像處理、計算機技術和傳感器技術的不斷發展，智能輪椅的功能將變得更加完善和豐富，它也將真正走進老年人和殘疾人的生活。在現代社會，智能輪椅不應該僅僅成為一種代步工具，為使用者提供方便，它還應該具備安全監測功能及用戶健康監護等功能，為使用者提供必要的安全保障。在智能輪椅的設計中，應該通過文獻研究與實地調研等方法對多個角度下的老年人情感需求和生活需求進行探究，從而構建出老年人需求與產品設計特點之間的匹配關系，從而對其功能、外觀等要素進行創新改進，體現出“以人為本”的設計理念。目前，國內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，設計智能輪椅具有重要意義。

關鍵詞：智能輪椅；人口老齡化；人性化；智能化；人機交互；模塊化

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：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，人們的身體機能也在持續衰退，肢體力量逐漸減弱，出現視力、聽力障礙，對外界反應緩慢，當發生緊急事件時，人們無法保持身體的平衡，或是姿勢不協調摔倒。造成意外摔倒的原因是可以預防的，特別是通過對老年人醫療器械的改善，可以很大程度預防事故的發生。在進行適老化改造的過程中，需要根據老年人的年齡、生理階段等對其進行相應的環境改造，并對其進行適老化產品設計，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，其中超過半數的人在康復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，拓展其生存空間，提高其生活質量，乃至再就業的關鍵。而模塊化的設計可以實現客戶針對性配置，使用者只需要增加一個小型臺面來放置計算機或增加一個醫療輔助裝置即可實現相關功能。輪椅可以被分成兩種類型，一種為電力驅動，一種為人工驅動。輪椅是一種在傷員、病員、殘疾人居家康復、周轉運輸、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行體育鍛煉，參加社會活動[2-3]。

1 智能輪椅發展存在的問題

1.1 消費群體的局限性

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

1.2 統籌水平要求比較高

智能輪椅行業存在的首要問題：競爭力度主要在于相關設備是否齊全和創新研發力度。智能輪椅行業的技術開發與創新成果決定了企業間的竟爭技術成效與市場覆蓋率。智能輪椅行業屬于高科技行業，對于技術及統籌的要求比較高。

1.3 部分輪椅的人機交互仍不方便

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

1.4 創新能力和綜合實力薄弱

目前，國內相關智能輪椅公司缺少核心技術，部分制造公司采取系統集成模式，很難形成有競爭力的產品。很多小商販都熱衷于“短平快”的經營方式，而廠商大多不愿意做長遠投資，更不愿意進行長遠經營。

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 供應鏈整合度較低

智能輪椅產品的供應鏈十分復雜且品類繁雜，對于企業的資金量要求比較高。智能輪椅的研發周期較長，成本較高，初期投入比較大，小型企業無法進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，其在人力、財力、物力方面能夠得到較大支持[5-6]。

1.7 競爭對手實力雄厚

智能輪椅行業已經存在一些成功的先行者，他們結合自身特色，借鑒外國經驗，結合當地的風土人情以及人文，打造出了適合自身長期發展的一系列產品，在消費者群體中已經取得了較好的口碑。

2 智能輪椅發展趨勢

2.1 功能改進

隨著人工智能、計算機和模式識別技術的不斷進步，當前，智能輪椅的模塊化發展趨勢越來越明顯。一方面，由于使用者的身體能力有一定的差異，因此，智能輪椅的導航系統、人機交互界面以及機械臂等須模塊化，便于用戶根據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模生產，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行升級和再開發[7]。

2.2 需求開拓

開發潛在消費者。隨著經濟重心的偏移，為打開智能輪椅的消費市場，可根據人們的需求進行進一步拓展。人們在追求性能優越的同時，也注重外觀的審美、重量的輕便和運用操作的簡化，因此可根據需求的多樣化進行分類，提供定制化等高端服務，擴大企業市場份額。

2.3 加大對代理機構的選擇力度

正常的工作完成后，對智能輪椅代理機構進行嚴格篩查，對工作人員進行后續教育，不斷加強智能輪椅行業機構工作人員的法制教育和執業道德教育，規范代理平臺和人員行為，促進智能輪椅行業代理平臺的有序競爭和發展[8]。

2.4 培養專業素質人才

保障智能輪椅行業經營管理的核心歸根到底在于人，因此應該嚴格選拔智能輪椅行業的從業人員，提高對專業知識儲備以及專業技能的要求，定期對從業人員進行考核評比，通過考核的方式倒逼其規范自身行為。

2.5 人性化程度越來越高

在設計智能輪椅時，安全、舒適、易操作是主要考慮的因素。智能輪椅的設計從細節出發，力求設計出安全、舒適的智能輪椅。例如，在盡量簡化輪椅操作方法的基礎上，使用不同的人機交互接口，使得智能輪椅系統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，還能夠根據周圍環境自動避障，或利用互聯網等技術進行導航，并滿足遠程通信需求。隨著技術的進步，智能輪椅的功能將越來越完善。

2.7 提高違規成本

事實上，大到產品質量事故，小到產品質量缺陷，在研發過程中，質量管理工作中出現的問題，在某種程度上，都與研發主體的不平衡有一定的關系。所以，構建一個責權一致的長效管理機制，一直以來都是產品質量制度建設的重要內容。同時，應該加大力度提高違規成本，從而減少智能輪椅產品的質量問題，減少安全隱患。

2.8 普及程度逐步提高

隨著嵌入式技術的快速發展，以其為核心的智能輪椅控制器將逐漸改變現有輪椅控制器價格高、功耗大、續航時間短等缺點。與此同時，隨著人們經濟生活水平的持續提升以及科技產品的更新，我們相信，在不遠的未來，智能輪椅將會慢慢走進需要者家中[10]。

3 結 語

隨著人口老齡化進程不斷加快，針對現有產品對老年人情感需求關注不到位的問題，本項目擬從多個角度分析老年人的情緒與需求變化，并在此基礎上建立基于情緒的產品設計特性與情感需求匹配關系，逐步對產品與服務的用戶體驗進行優化，為用戶提供具有高性價比的產品與服務，進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

[1]何清華，黃素平，黃志雄.智能輪椅的研究現狀和發展趨勢[J].機器人技術與應用，2003，16（2）：12-16.

[2]唐宏.多功能輪椅結構設計與應用[J].現代制造技術與裝備， 2020，56（6）：58-59.

[3]廖曉輝，沈大中，王東署.智能輪椅的研究現狀與關鍵技術分析

[J].制造業自動化，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交互系統[J].華中科技大學學報（自然科學版），2011，39（11）：106-107.

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

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

[7]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，2010，10（3）：18-20.

[8]王麗軍，王景川，陳衛東.動態環境下智能輪椅的路徑規劃與導航[J].上海交通大學學報，2010，44（11）：1524-1528.

[9]曾辛未，張華，劉繼忠.智能輪椅GPS定位導航系統設計[J].現代電子技術，2016，39（11）：161-163.

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

收稿日期：2023-05-15 修回日期：2023-06-20

基金項目：山東省大學生創新訓練項目（S202213320064）

作者簡介：胡登龍（1979—），男，碩士，副教授，研究方向為應用經濟學、創新創業。

楊 藝（2002—），女，本科在讀，學生，研究方向為智能技術。

閆茹鈺（2003—），女，本科在讀，學生，研究方向為智能技術。

劉雪瑩（2002—），女，本科在讀，學生，研究方向為智能技術。

盧姿伊（2004—），女，本科在讀，學生，研究方向為智能技術。