浅谈智能轮椅的研究设计

浅谈智能轮椅的研究设计

中国即将步入老年化社会，可与预见未来几十年，随着老龄化的加深，同时由独生子女政策的影响，子女们必将不能看护需要照顾的老人。由于受到人力与资源的限制，一种更高效更便捷的智能轮椅有待开发。本着为有所需要的老人，病人提供更好地服务，文章讨论如何开发出更智能、更便捷的智能轮椅。在当前的市场分析中，研究了结合当下物联网技术方案，将轮椅使用状态进行时时管理，进行更人性化的功能实现。

标签：智能轮椅；物联网；人性化；远程监管

1 概述

目前美、德、日、法、加以及中国等国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图，智能避障，自动行走，爬楼地，与用户交互等多种功能。鉴于此，研究了一种基于物联网接入，芯片智能控制的智能轮椅，并对控制系统进行模块化设计，有利于智能轮椅的功能扩展和升级。本文介绍了在基于单片机作为核心控制，集成了陀螺仪，WIFI网络模块，温度感应，心律感应器和液晶显示模块。方便易用，操作简便，用户显示界面友好，总体造价相对便宜划算。

2 智能轮椅特性优势

在本次研究设计进行前，在对当下市场流行的智能轮椅进行了深入的调查和分析，得出以下的结论：智能轮椅要实现实现智能轮椅的人文实用性，科学先进性。

2.1 人文实用性

智能轮椅要考虑到老年人，或是先天后天残肢者的健康等情况，实现科学性的人机交互。实现他人遥控控制，自身独立控制行走和自动识别控制三种模式，其中模式的切换简单。在使用过程中，满日常的行走外，还能实现轮椅-躺椅切换，在使用者休息时型变为躺椅。通过自动控制模式，在设定的路线实现自由行走，满足如使用者如厕、吃药、就餐、睡觉等固定地点自动寻路。

2.2 科学先进性

在当下兴起的物联网技术革命中，机-物的信息交互能夠实现信息节点的快速反应控制管理。智能轮椅的核心处理器为单片机，在接入外置模块，如心律监控感应，温度感应，可实现对使用者的心率进行实时监控，为可能出现的情况采取数据，对使用者的身体健康状况负责；WIFI模块可实现智能设备接入控制，如使用者不方便对轮椅进行操控时，可由他人进行遥控控制；另接入红外超声模块，对障碍物进行避障和行进速率等功能控制，设置过程中对异常的障碍进行鸣笛提示，降低进行速率并对当前线路进行再规划。

3 智能轮椅的组成结构

在进行智能轮椅结构设计时，主要考虑了以下三点：（1）轮椅设计规格符合标准的医疗护理要求，符合人机工程原理，保证用户体验的最佳舒适性；（2）轮椅结构的可靠性、稳定性和安全性要符合医疗护理要求；（3）轮椅使用过程中涉及的某些情况，增加适当的辅助装置和客观人性化装置，如：人工紧急制动、餐桌架、杂物袋等。[1]

智能轮椅的外观结构图1所示。

3.1 机械部件

主要的机械部件有座椅，轮胎，核心控制模块箱，电源，电机等。以上部件在实际设计过程中主要由散件购买后再进行组装。实际的设计过程中，以上组件在生产过程中并未按照统一的生产规格、标准生产，使得组件在结合过程中容易出现不兼容的情况。实际的规模生产过程中，统一的生产标准的为设备的锲和度提供了可靠地保证。

3.2 模块单元

在本文讨论的智能轮椅设计中，以STM32单片机为核心处理器，选择STM32有足够的I/O接口，满足了在设计过程中的众多模块接入的需求。其中接入的模块有WiFi网络模块，陀螺仪模块，心律感应器模块，温度和超声红外模块。

其中WIFI 模块主要用于接入网络进行实时的数据传输，传输内容包括使用者当前体温、心率状态，所在位置等。超声和红外模块主要为线路的规划和轮椅的行进进行避障等。

4 智能轮椅关键技术

智能轮椅之所以是相对一般轮椅的不同主要因为它是智能的，具有很好的信息处理能力。一般的智能轮椅包含以下部分：控制管理系统，线路导航系统，人机交互系统。[2]

4.1 控制管理系统

控制管理系统包含两个模块，主要为信息处理模块和电机反馈控制模块。通过传感器接收到的信息在核心控制芯片中进行计算处理后，将得到的有规律的数据传送到电机反馈控制单元，电机反馈控制单元依据此进行操作控制。

4.2 线路导航系统

线路导航系统是将使用者日常所在是行进线路进行数据处理，将数据写入控

制单元程序中，当轮椅识别到使用者在该区域，就可自动选择进行线路导航或者人工操作。

4.3 人机交互系统

人机交互系统主要是将感应器所收集到的数据进行处理，实时的将数据进行优化，有针对性地在人机交互界面显示，并对数据进行分析，指出所采集到的数据的特征，并对该特征进行诊断。

5 結束语

在科技创新的大趋势下，越来越高效的数据信息处理让很多日常的忧患变成可解决。在新的形势下，智能轮椅会更有效地为所需要的人群提供可靠服务，在工业与信息的公共作用下形成新的局面。

参考文献

[1]周伟，谢存禧.基于单片机的多功能智能轮椅的模块化设计[J].机械设计与制造，2010（3）.

[2]李雪莲.老年智能轮椅研究设计[J].机械设计，2014（4）.

蓝伟巍（1992，04-），男，壮族，广西河池，本科，广西民族大学通信工程学生。

陈珍珍（1994，03-），女，汉族，广西北海，本科，广西民族大学通信工程学生。