精益求精的智能轮椅

李维妮 张静怡 樊 帆 沈思忆

（上海健康医学院康复学院 上海 201318）

人们对生活和生命质量的追求愈来愈高，对康复的期望愈来愈强。随着国民经济的持续发展，人民物质生活水平的提高，在精神生活丰富多彩的同时，对健康的追求也日益迫切。特别是我国老龄化社会的到来，康复显得尤为重要。

1 智能轮椅的简介

我们研究的重点是智能化养老型康复辅具——智能轮椅。智能轮椅是对传统轮椅进行改进，增添了例如导航定位，并装有芯片，能与使用者的家人们构造联系桥梁；或者是增添了现代化仪器的安装就像能随时监测体温的智能化体温仪；还有能自动识别监测身体健康，察觉不好直接拨出急救电话等功能。它能够很好的帮助老年人和残障人士单独的生活，并节省家庭护理费用，也可减轻社会负担。

智能轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。智能轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这方面的不足。在智能轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使用者来说，智能轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见。

2 智能轮椅的优点

2.1 受众广

智能轮椅不仅适用于年老体弱的人，同样的，它也适合于重度残疾的伤患。老年人随着年龄增长，身体各项机能逐渐退化，此时电动轮椅会是更好的选择。现在大多数地方都有斜坡或者电梯，坐轮椅上下楼梯已经不是问题，坐轮椅养伤也不失为一种好选择。无论是老年人还是伤患有了智能轮椅出行代步，大大降低跌倒摔伤或再次受伤的风险，在一定程度上为大家带来了便利，也使得越来越多的选择使用智能轮椅。

2.2 操作方便

传统的手推轮椅必须依靠人力推拉前进，一个人操作也很不方便。智能轮椅则不一样，只要充好电，无须家里人时时陪着，自己就能轻易操作。在手动轮椅的基础上安装了动力驱动装置，可以增强老年人的自理能力，简单的生活要求基本都能靠一人一轮椅，不用长时间请保姆跟随，也不用子女一直陪护，节约了时间与金钱成本。同时智能轮椅具备导航功能，更加便于使用者出行。

2.3 安全环保

智能轮椅采用电力启动，与传统的手推轮椅一样，不会对环境造成新的污染。智能轮椅生产技术越来越成熟，为了解决电动轮椅在速度上，刹车系统上必须要合理，在保证安全的同时，要让电动车出行在外不能一下子没电、上不了坡、震动大、刹不住车、速度过快等问题，车身上的各类设备经过专业人士多次检测合格后才能量产。目前智能轮椅的失控概率接近零平稳，电力持久，速度可调节。相较于常人，老年人与伤患更容易受伤，智能轮椅的安全使用是重中之重，安全不过关只会雪上加霜，所以不仅是商家，买家在选择购买智能轮椅时一定要关注安全性能是否过关。智能轮椅具有定位、动态随机避障功能，出行更加安全，家人能随时查看使用者的位置来确认其是否安全，纵然遇到问题也能在第一时间发现并找到他。

2.4 舒适度

智能轮椅是在传统基础上，结合现在的高技术以及人体流学等特点，这样的目的就是让使用者更舒适，有更多的活动空间以及更方便使用。老年人或伤患需要长时间坐在轮椅上，如果坐垫不舒服或者不透气可能会引起痔疮的毛病，轮椅靠背不舒服，也可能会引起或加重腰背的毛病。有的轮椅品牌，在轮椅的坐垫上面选择质量比较好的防菌材质，使用更加舒适，在健康上面也是有保障的。

2.5 智能轮椅的缺点

智能轮椅往往不需要人帮忙使用，许多使用者都是一人独自使用，在使用的过程中，如果没有监护人，要是出现了头脑意识不清醒，或者手脚不听使唤的现象，这时行驶中的电动智能轮椅并不能自动停下来，这势必会带来生命危险。同时，智能轮椅是靠电维持工作的，使用不当时可能会引起触电。而且，电动轮椅的重量一般都是在上百斤的，如果是居住在没有电梯的楼层当中相当于是搬运一个上百斤的东西上下楼，对于老年人来说是完全没有办法做到的，所以这是智能轮椅的一大缺点。安全导航技术不够完善，导航采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，无法探测到更远距离之外的状况，视觉导航可以克服这方面的不足。而口令控制不足主要在目前只能识别简单口令，使用者与机器交互不流畅，也会出现口令无法识别的情况。还有，过万的智能轮椅还是一种不小的家庭负担，因此绝大多数人会选择价格适中的传统轮椅而非功能完善的智能轮椅。

3 智能轮椅的优化

3.1 重量

现在轮椅的材质大致有钢管的，铝合金的，航太铝合金的，钢管轮椅因为太沉重基本上要淘汰了，现在市场上卖的铝合金和航太铝合金的比较好，而且价格也不贵。虽然铝合金和航太铝合金所制的轮椅的重量已经轻便不少，但根据调查问卷显示仍然有32.56%的人觉得轮椅重量过重，所以我们找到了新型高强度材料。轻型高强度材料是强度高、体质轻的新型材料。分轻型高强度金属材料和轻型高强度非金属材料两类。前者有铝锂合金、钛铝合金、镁合金、铍合金和钛合金等，其中最典型的是铝锂合金，这种合金强度更高，质更轻，还具有抗疲劳和耐腐蚀性能。后者主要是碳纤谁增强的碳基复合材料，亦具备强度高、质轻、耐腐蚀特性。

3.2 安全隐患

轮椅经常被使用，时常要经受风吹日晒，要经受家里可能潮湿的环境，轮椅的耐腐蚀性一定要好。我们可以采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，纳米粉可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。智能轮椅都是通电的，为了预防触电，我们可以在轮椅接通电路部位贴上隔离层以防触电。

3.3 舒适度

根据调查问卷显示大部分使用者觉得轮椅不够舒适，主要在于高度不可调节，座椅太硬这两个方面。调节高度可以安装一个转动摇杆，通过转动摇杆让座椅上升。座椅可以采用柔软的面料或装配小靠垫来提升舒适度。

3.4 新功能

3.4.1 折叠伞

在轮椅上安装一个折叠伞，既可以遮阳又可以挡雨，三轮车和残疾车就有这个功能。无论是夏季火热的太阳还是突如其来的大雨，参照婴儿车遮阳篷的设计简单的手一拉就可以打开轮椅背后的折叠伞遮阳挡雨，方便快捷，出门忘记带伞也不用怕，更不用自己撑伞。用手一推便能收回，折叠在轮椅背后，轻小方便，不占地方。

3.4.2 按摩功能

久坐轮椅的人肌肉得不到锻炼，腿脚腰背都会不舒服，需要时常按摩来舒缓。按摩功能缓解这个问题，虽然不能代替人工按摩，但暂时的舒缓作用还是不错的。一张按摩椅一小时大概消耗一度电，耗电很少，安装在轮椅上的按摩功能仅需腰背和大小腿部位就足够了，起到暂时舒缓的作用，而基础的按摩功能耗电量会更少，对轮椅电量消耗几乎没有影响。

3.4.3 安全带

智能轮椅在行驶过程中可能会有突然停下、转弯、道路不平整、甚至是翻倒的情况，如果没有安全带，老人可能会跌出去，造成更多的伤害。同时安全带小巧方便，安装和使用也很简单。因此可以增加一个安全带起到保护的作用。

4 总结

智能轮椅作为一种服务机器人是面向行动不便人群的辅助行走机器人，但是，目前很多实验室研制出的智能轮椅还停留在样机或是少数定做阶段，市面上都是半自动智能轮椅。其设计并非完美无缺，他仍存在问题需要解决。希望最后呈现的产品能得到进一步的发展改进，能够和厂家合作帮助到更多需要我们帮助的受众群，能够通过宣传和推广让更多的人了解到这项技术产品，能够让更多有需要的人使用到，将会是我们做出的微薄贡献。