智能轮椅的发展现状

庄璇 杨子倩

摘要：智能已经成了未来世界的专有名词，在这样的大背景下，我国的康养产品也步入了智能化领域，智能轮椅便是这一大环境下最具代表性的产物。本文介绍国内外智能轮椅的发展现状和所涉及的关键技术，从艺术、安全等角度探讨智能轮椅外观设计原则，并对其未来发展作出展望。

关键词：智能轮椅;技术;设计

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）11-00-02

0 引言

目前，我国老龄化人口比重不断上升，腿脚不方便的老年人越来越多，因为各种灾难或者意外造成身体残疾的人数也在增加，普通的轮椅虽然价格便宜，但是使用起来比较费力，只是机械式的代步工具，且安全指数不高。这类人士迫切地需要一种智能轮椅来协助他们的日常生活，减轻生活负担，提高幸福指数。当前我国对智能轮椅的研究开发颇有成效，研发出更加智能、更加高效的智能轮椅必定会减轻社会负担，促进社会发展。

1 智能轮椅的定义

随着人民生活质量的提高，人们对轮椅的要求也越来越苛刻，更加注重其功能、外观、舒适性。智能轮椅是科技领域的研究热点，其实智能轮椅和移动机器人在本质上是相同的，我们可以将智能轮椅简单地理解成是在原来电动轮椅的模型上加入移动机器人的技术，或者是在移动机器人身上留出一块加上了软垫靠背的座位空间。智能轮椅涉及世界上的许多智能技术，其研究面十分广阔，包括导航定位、自动驾驶、避障、摄像头识别、人机交互接口、传感器等等。

2 智能轮椅的国内外研究现状

迄今为止，科研人员已经开展了几十年的智能轮椅研究，世界上第一辆智能轮椅于1986年在英国诞生。从此之后，越来越多的国家开始涉足智能轮椅这一领域。我国的智能轮椅相较于国外来说开始得较晚，近年来我国十分重视智能康养领域的发展，注重对老人和残障人士的关怀。国家投入大量的时间和精力，并根据我国的科学技术的发展和社会主义特色研制出和国外水平相当的智能轮椅[1]，如中科院自动化所研制的多模态交互智能轮椅、上海交通大学发明的多功能智能轮椅等等，这些智能轮椅是十分具有代表性的，开启了我国智能轮椅的研发之路。现在有很多企业开始研发售卖智能轮椅，如爱尔威研发的可以智能跟随、自动折叠的HT3智能轮椅，这款轮椅还支持手机遥控和无线遥控;南京康尼智能技术有限公司研发的康尼KS1智能轮椅可以随意调节座椅靠背的角度，座椅可以升降，以协助用户站立。

国外初期的智能轮椅只是安装了一些简单的测距传感器，在后期的研究中，才开发出越来越多的智能模块。如密歇根大学研发的NavChair（导航椅），该轮椅增加了基于DOS（磁盘操作系统）的计算机系统、超声波传感器以及位于轮椅操纵杆和电源模块之间的接口模块，采用了一般避障、门道和沿墙跟随这三种操作方式。德国乌尔姆大学开发出机器人移动辅助设备Maid（仆人），这款智能轮椅有半自主和完全自主模式两种工作模式，方便不同的人使用。日本WHILL（蔚尔）科技公司与松下电子公司合作推出了一款能够自动驾驶的智能轮椅机器人WHILLNEXT（蔚尔之下），用户使用智能手机输入地点，智能移动机器人便会将用户送往目的地，这款智能轮椅还具有远程遥控功能，用户同样能够使用智能手机将轮椅召回身边。

3 智能轮椅的关键技术

综合相关文献来看，目前世界上研发出的智能轮椅有如下几个关键技术：导航系统、人机交互接口、控制系统。

3.1 导航系统

智能轮椅最主要的功能就是移動功能，因此导航系统是整个技术板块中最关键的技术。导航技术的研究起步比较早，这一模块的技术相对比较成熟，导航系统主要包含的技术有智能轮椅自动定位、多传感器信息融合、规划安全有效的最佳路径。

3.1.1 定位技术

自定位是指智能轮椅在工作环境坐标系中通过自身配置的传感器实时确定自己所处坐标和姿态的技术。最常见且应用最多的定位技术就是GPS定位技术，智能轮椅一般会使用综合定位方法提升定位功能的精准性和可靠性。

3.1.2 多传感器信息融合

在智能轮椅运行的过程中，需要通过至少两个或者更多传感器获取外界复杂多元的环境信息，并且对取得的信息进行融合处理，分析检测四周的环境是否可以安全通过，作出正确的选择。正确选择传感器是导航系统成功的关键，故研究人员一般会安装多个传感器完成信息的融合，如红外传感器、超声波传感器、CCD图像传感器等。

3.1.3 路径规划

智能轮椅路径规划可以分为两类，一种是以环境信息为基础的全局路径规划，另一种是根据传感器提供的信息作出局部路径规划。在其运动中，智能轮椅对从多个传感器获得的数据进行融合分析，结合用户指令和已知信息，利用控制算法对路径进行规划。

3.2 人机交互接口

人与机器的和谐交互是智能轮椅必须要实现的目标，人机接口是人与机器互动交流的重要媒介，因此在设计上应该从技术、心理、社会、经济、外观、功能等多个方面考虑。总的来说，人机交互可以从两个角度来讲：从使用者角度来讲，要能够简单便捷地传输命令，更加自然容易地操控轮椅;从轮椅角度来讲，要能够更加快速准确地理解用户的思维和命令。只要能够很好地识别这两个方面，就能达到“人机合一”。目前，考虑到用户的身体状况不同，为了帮助使用者更好地操控轮椅，一般会多个接口结合使用，最常见的接口技术有语音控制、鹰眼系统、呼吸驱动、手势驱动、头部运动驱动等。

3.3 控制系统

智能轮椅的控制系统应融合于外界环境，在行驶的过程中，要及时感知道路四周的环境并作出决策，按照初始规划的结果，结合自身的坐标状态和速度向机械装置控制模块发出操作命令，完成行进、转弯、避障等一系列命令。为了保证用户驾驶的舒适性、安全性，系统的反应必须要及时，处理问题的速度要快，正确性要高，所以对控制算法的研究尤为重要。

4 针对老年人与残疾人的设计原则

虽然智能轮椅内部的关键技术很值得研究，但是也不能忽略了智能轮椅的外观设计[2]。智能轮椅也应该向其他家具产品一样，做到颜值与智能并存。智能轮椅的造型直接影响使用者的体验与感受，通过观察了解老年人以及不同年龄段残疾人的生活方式和心理特点，笔者得出三大结论。

4.1 使用要简易

一些高龄老人在视觉、听觉和触觉等感官方面有明显的退化，甚至行动迟缓，辨别能力下降[3]。这就要求智能轮椅在人机交互接口方面的设计要尽可能简单易懂，从设计的角度来看，很多智能轮椅的功能键指示较为模糊，所表达的功能意图还不够明确，导致老人在使用的过程中易错误操作，从而影响学习的信心，在一系列操作都没有反应的情况下，老人会产生敬而远之的心理，抗拒使用智能产品[4]。所以功能按键的符号要具有明确的指示性和引导性，强化符号的代表意义，要适当地减去不必要的功能，避免一些复杂的操作流程，或者用一些具有代表性的颜色代替符号使用。功能按键的位置选择很重要，应置于老人可以轻松触碰到的位置，同时也要避免老人抬手或者转身时无意地触碰。交互接口的设计原则应从人的角度出发，要保证操作的简单性。

4.2 造型风格要多样化

对于能够实现生活自理的人来说，车就是我们平常的交通工具，同理，对于残疾人和老人来说，智能轮椅就是他们的交通工具。平常我们使用的车有不同的颜色、不同的款式、不同的品牌可供用户选择，甚至还可以自己动手改装，改装汽车似乎已经成了爱车一族的趣味和潮流。为什么我们不可以将这种趣味性应用到智能轮椅的设计上呢？每個不同年龄段的人对美都是有追求的，而且各自对美的定义都不一样。很多人认为老人对产品的外观不会太在意，然而事实上老人更愿意使用那些看起来好看的产品，他们不希望自己使用的东西被年轻人嫌弃。智能轮椅的外观造型设计首先要符合人机工程学原理，在外观颜色搭配上也要考虑到老年人的喜好和心理感受。现在市面上很多智能轮椅一般都采用黑白灰的配色，这样的配色会显得比较庄严沉闷，让人觉得智能轮椅是机械化的产物。可以在智能轮椅颜色配置上可以多一些选择，甚至可以由使用者自行搭配，一些暖色系的搭配会让人感到温馨和谐，而灰色系的搭配会让人感到郁闷沉重。对于使用者来说，他们一天中接触智能轮椅的时间最长，智能轮椅在某种程度上可以算是他们的家具了，低沉的配色会拉开使用者和产品的距离[5]。智能轮椅的造型也有很多讲究，由于疾病或者事故受伤的人群中也不乏一些小朋友，可在针对小朋友的智能轮椅外观造型上设计得较为卡通一点，适当地加入一些卡通动漫元素，或者一些装饰品。这样可以拉近小朋友与产品的距离，弥补小朋友缺失的童年生活，让他们产生心理安全感。

4.3 安全要有保证

安全一直是社会最关注的问题，在讲究美观的同时也要保证产品自身的安全性，为用户提供安全保障。智能轮椅的造型应多采用流线型或者圆弧，避免一些尖锐的形状[6]，避免用户在使用过程中因不小心磕碰而造成不必要的伤害。应在两侧的扶手或者手柄上加入防滑垫，轮椅的最外侧轮廓应加入防撞泡沫或者防撞海绵。可以将汽车的安全气囊保护措施应用到智能轮椅上，在发生危险时起到缓冲的作用，有效减轻碰撞带来的伤害。智能轮椅的机械部分不能裸露在外，应适当选用一些装饰加以遮掩，防止用户在智能轮椅运行的过程中不小心与机械系统接触，造成意外伤害。

5 发展趋势与展望

5.1 智能化[7]

如今智能轮椅已经不单单是移动辅助工具了，要想真正地辅助残疾人和老年人的日常生活，就应该提高智能技术，综合多种智能领域技术，开发出更多的功能板块，简化用户操作。

5.2 人性化

智能轮椅是为老人及残疾人设计的，应该依据他们的残疾程度和心理需求来设计。例如，软硬程度要适中，色彩搭配要讲究，造型上要多用曲线防止磕碰。一些病人可能会因为久坐而僵直难耐，可以通过语音或者功能键来调节轮椅角度，将其转变成平躺式或者斜靠背式。

5.3 模块化

智能轮椅要想真正进入市场必须以模块化的方式制造，在整个模块化系统中包含基本模块和单个功能模块，每个功能模块组合成具有不同功能的智能轮椅，用户根据自己的需要选择相对应的功能模块[8]。实现模块化生产有利于满足不同类型消费者的多样化功能需求，也能在一定程度上方便企业生产，控制企业的生产成本，同时也保证了产品质量和售后服务。

5.4 产品化

智能轮椅应该作为家具或者康养产品投入市场，而不是作为科技成果在实验室展出[9]。科技公司应该积极开发新产品，打开智能轮椅市场。

6 结语

通过对国内相关研究的文献综述总结可以知道，我国智能轮椅的发展还不成熟，仍需进一步开发研究。在研发新智能技术的同时，尤其要注重外观设计方面的探讨，我国康养产品模块的设计不如国外发展的全面，缺乏人性化的设计。人性化的设计往往能拉近人与机器之间的距离，平衡人和机器之间的关系，避免两者成为对立面，更好地将其统一起来。在如今这个医护人员资源紧张，智能生活发展迅猛的大环境下，智能轮椅不单是移动辅助工具，更是能真正解决残疾人和老人生活问题的生活助手，是他们生活的一部分。在之后的研究道路上，研究人员需要将大量精力和热情投入设计与技术中，这样才能推动智能轮椅更好地发展。

参考文献：

[1] 原魁.智能轮椅的研究现状与趋势[J].中国医疗器械信息，2009，15（01）：6，33.

[2] 任新宇，王倩.论绿色产品设计的特征及策略[J].设计，2018（08）：108-110.

[3] 赵寅.居家养老产品设计研究[J].大众文艺，2018（06）：46-47.

[4] 张浩峰，王玮.浅析老年家具设计的发展趋势[J].家具，2019，40（04）：42-45.

[5] 孙嘉楠，李若辉.产品设计中的色彩搭配[J].艺海，2020（05）：108-109.

[6] 边鋆，于娜，邱子宸.智能化医用家具设计探究[J].艺术科技，2019，32（05）：21-22.

[7] 吴智慧.基于宜居生活的智能家具与智能家居[J].轻工标准与质量，2019（05）：21-22.

[8] 周橙旻，吴智慧，罗欣，等.康养家具行业发展现状与趋势[J].家具，2020，41（02）：1-6.

[9] 李若辉，关惠元.智能化背景下基于开放式创新的企业商业模式演化[J].企业经济，2018，37（06）：25-31.

作者简介：庄璇（1999—），女，江苏宿迁人，本科在读，研究方向：产品设计。

杨子倩（1984—），女，江苏扬州人，硕士，讲师，研究方向：家具设计与理论。