智能輪椅的發展現狀

莊璇 楊子倩

摘要：智能已經成了未來世界的專有名詞，在這樣的大背景下，我國的康養產品也步入了智能化領域，智能輪椅便是這一大環境下最具代表性的產物。本文介紹國內外智能輪椅的發展現狀和所涉及的關鍵技術，從藝術、安全等角度探討智能輪椅外觀設計原則，并對其未來發展作出展望。

關鍵詞：智能輪椅;技術;設計

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）11-00-02

0 引言

目前，我國老齡化人口比重不斷上升，腿腳不方便的老年人越來越多，因為各種災難或者意外造成身體殘疾的人數也在增加，普通的輪椅雖然價格便宜，但是使用起來比較費力，只是機械式的代步工具，且安全指數不高。這類人士迫切地需要一種智能輪椅來協助他們的日常生活，減輕生活負擔，提高幸福指數。當前我國對智能輪椅的研究開發頗有成效，研發出更加智能、更加高效的智能輪椅必定會減輕社會負擔，促進社會發展。

1 智能輪椅的定義

隨著人民生活質量的提高，人們對輪椅的要求也越來越苛刻，更加注重其功能、外觀、舒適性。智能輪椅是科技領域的研究熱點，其實智能輪椅和移動機器人在本質上是相同的，我們可以將智能輪椅簡單地理解成是在原來電動輪椅的模型上加入移動機器人的技術，或者是在移動機器人身上留出一塊加上了軟墊靠背的座位空間。智能輪椅涉及世界上的許多智能技術，其研究面十分廣闊，包括導航定位、自動駕駛、避障、攝像頭識別、人機交互接口、傳感器等等。

2 智能輪椅的國內外研究現狀

迄今為止，科研人員已經開展了幾十年的智能輪椅研究，世界上第一輛智能輪椅于1986年在英國誕生。從此之后，越來越多的國家開始涉足智能輪椅這一領域。我國的智能輪椅相較于國外來說開始得較晚，近年來我國十分重視智能康養領域的發展，注重對老人和殘障人士的關懷。國家投入大量的時間和精力，并根據我國的科學技術的發展和社會主義特色研制出和國外水平相當的智能輪椅[1]，如中科院自動化所研制的多模態交互智能輪椅、上海交通大學發明的多功能智能輪椅等等，這些智能輪椅是十分具有代表性的，開啟了我國智能輪椅的研發之路。現在有很多企業開始研發售賣智能輪椅，如愛爾威研發的可以智能跟隨、自動折疊的HT3智能輪椅，這款輪椅還支持手機遙控和無線遙控;南京康尼智能技術有限公司研發的康尼KS1智能輪椅可以隨意調節座椅靠背的角度，座椅可以升降，以協助用戶站立。

國外初期的智能輪椅只是安裝了一些簡單的測距傳感器，在后期的研究中，才開發出越來越多的智能模塊。如密歇根大學研發的NavChair（導航椅），該輪椅增加了基于DOS（磁盤操作系統）的計算機系統、超聲波傳感器以及位于輪椅操縱桿和電源模塊之間的接口模塊，采用了一般避障、門道和沿墻跟隨這三種操作方式。德國烏爾姆大學開發出機器人移動輔助設備Maid（仆人），這款智能輪椅有半自主和完全自主模式兩種工作模式，方便不同的人使用。日本WHILL（蔚爾）科技公司與松下電子公司合作推出了一款能夠自動駕駛的智能輪椅機器人WHILLNEXT（蔚爾之下），用戶使用智能手機輸入地點，智能移動機器人便會將用戶送往目的地，這款智能輪椅還具有遠程遙控功能，用戶同樣能夠使用智能手機將輪椅召回身邊。

3 智能輪椅的關鍵技術

綜合相關文獻來看，目前世界上研發出的智能輪椅有如下幾個關鍵技術：導航系統、人機交互接口、控制系統。

3.1 導航系統

智能輪椅最主要的功能就是移動功能，因此導航系統是整個技術板塊中最關鍵的技術。導航技術的研究起步比較早，這一模塊的技術相對比較成熟，導航系統主要包含的技術有智能輪椅自動定位、多傳感器信息融合、規劃安全有效的最佳路徑。

3.1.1 定位技術

自定位是指智能輪椅在工作環境坐標系中通過自身配置的傳感器實時確定自己所處坐標和姿態的技術。最常見且應用最多的定位技術就是GPS定位技術，智能輪椅一般會使用綜合定位方法提升定位功能的精準性和可靠性。

3.1.2 多傳感器信息融合

在智能輪椅運行的過程中，需要通過至少兩個或者更多傳感器獲取外界復雜多元的環境信息，并且對取得的信息進行融合處理，分析檢測四周的環境是否可以安全通過，作出正確的選擇。正確選擇傳感器是導航系統成功的關鍵，故研究人員一般會安裝多個傳感器完成信息的融合，如紅外傳感器、超聲波傳感器、CCD圖像傳感器等。

3.1.3 路徑規劃

智能輪椅路徑規劃可以分為兩類，一種是以環境信息為基礎的全局路徑規劃，另一種是根據傳感器提供的信息作出局部路徑規劃。在其運動中，智能輪椅對從多個傳感器獲得的數據進行融合分析，結合用戶指令和已知信息，利用控制算法對路徑進行規劃。

3.2 人機交互接口

人與機器的和諧交互是智能輪椅必須要實現的目標，人機接口是人與機器互動交流的重要媒介，因此在設計上應該從技術、心理、社會、經濟、外觀、功能等多個方面考慮?？偟膩碚f，人機交互可以從兩個角度來講：從使用者角度來講，要能夠簡單便捷地傳輸命令，更加自然容易地操控輪椅;從輪椅角度來講，要能夠更加快速準確地理解用戶的思維和命令。只要能夠很好地識別這兩個方面，就能達到“人機合一”。目前，考慮到用戶的身體狀況不同，為了幫助使用者更好地操控輪椅，一般會多個接口結合使用，最常見的接口技術有語音控制、鷹眼系統、呼吸驅動、手勢驅動、頭部運動驅動等。

3.3 控制系統

智能輪椅的控制系統應融合于外界環境，在行駛的過程中，要及時感知道路四周的環境并作出決策，按照初始規劃的結果，結合自身的坐標狀態和速度向機械裝置控制模塊發出操作命令，完成行進、轉彎、避障等一系列命令。為了保證用戶駕駛的舒適性、安全性，系統的反應必須要及時，處理問題的速度要快，正確性要高，所以對控制算法的研究尤為重要。

4 針對老年人與殘疾人的設計原則

雖然智能輪椅內部的關鍵技術很值得研究，但是也不能忽略了智能輪椅的外觀設計[2]。智能輪椅也應該向其他家具產品一樣，做到顏值與智能并存。智能輪椅的造型直接影響使用者的體驗與感受，通過觀察了解老年人以及不同年齡段殘疾人的生活方式和心理特點，筆者得出三大結論。

4.1 使用要簡易

一些高齡老人在視覺、聽覺和觸覺等感官方面有明顯的退化，甚至行動遲緩，辨別能力下降[3]。這就要求智能輪椅在人機交互接口方面的設計要盡可能簡單易懂，從設計的角度來看，很多智能輪椅的功能鍵指示較為模糊，所表達的功能意圖還不夠明確，導致老人在使用的過程中易錯誤操作，從而影響學習的信心，在一系列操作都沒有反應的情況下，老人會產生敬而遠之的心理，抗拒使用智能產品[4]。所以功能按鍵的符號要具有明確的指示性和引導性，強化符號的代表意義，要適當地減去不必要的功能，避免一些復雜的操作流程，或者用一些具有代表性的顏色代替符號使用。功能按鍵的位置選擇很重要，應置于老人可以輕松觸碰到的位置，同時也要避免老人抬手或者轉身時無意地觸碰。交互接口的設計原則應從人的角度出發，要保證操作的簡單性。

4.2 造型風格要多樣化

對于能夠實現生活自理的人來說，車就是我們平常的交通工具，同理，對于殘疾人和老人來說，智能輪椅就是他們的交通工具。平常我們使用的車有不同的顏色、不同的款式、不同的品牌可供用戶選擇，甚至還可以自己動手改裝，改裝汽車似乎已經成了愛車一族的趣味和潮流。為什么我們不可以將這種趣味性應用到智能輪椅的設計上呢？每個不同年齡段的人對美都是有追求的，而且各自對美的定義都不一樣。很多人認為老人對產品的外觀不會太在意，然而事實上老人更愿意使用那些看起來好看的產品，他們不希望自己使用的東西被年輕人嫌棄。智能輪椅的外觀造型設計首先要符合人機工程學原理，在外觀顏色搭配上也要考慮到老年人的喜好和心理感受?，F在市面上很多智能輪椅一般都采用黑白灰的配色，這樣的配色會顯得比較莊嚴沉悶，讓人覺得智能輪椅是機械化的產物?？梢栽谥悄茌喴晤伾渲蒙峡梢远嘁恍┻x擇，甚至可以由使用者自行搭配，一些暖色系的搭配會讓人感到溫馨和諧，而灰色系的搭配會讓人感到郁悶沉重。對于使用者來說，他們一天中接觸智能輪椅的時間最長，智能輪椅在某種程度上可以算是他們的家具了，低沉的配色會拉開使用者和產品的距離[5]。智能輪椅的造型也有很多講究，由于疾病或者事故受傷的人群中也不乏一些小朋友，可在針對小朋友的智能輪椅外觀造型上設計得較為卡通一點，適當地加入一些卡通動漫元素，或者一些裝飾品。這樣可以拉近小朋友與產品的距離，彌補小朋友缺失的童年生活，讓他們產生心理安全感。

4.3 安全要有保證

安全一直是社會最關注的問題，在講究美觀的同時也要保證產品自身的安全性，為用戶提供安全保障。智能輪椅的造型應多采用流線型或者圓弧，避免一些尖銳的形狀[6]，避免用戶在使用過程中因不小心磕碰而造成不必要的傷害。應在兩側的扶手或者手柄上加入防滑墊，輪椅的最外側輪廓應加入防撞泡沫或者防撞海綿?？梢詫⑵嚨陌踩珰饽冶Ｗo措施應用到智能輪椅上，在發生危險時起到緩沖的作用，有效減輕碰撞帶來的傷害。智能輪椅的機械部分不能裸露在外，應適當選用一些裝飾加以遮掩，防止用戶在智能輪椅運行的過程中不小心與機械系統接觸，造成意外傷害。

5 發展趨勢與展望

5.1 智能化[7]

如今智能輪椅已經不單單是移動輔助工具了，要想真正地輔助殘疾人和老年人的日常生活，就應該提高智能技術，綜合多種智能領域技術，開發出更多的功能板塊，簡化用戶操作。

5.2 人性化

智能輪椅是為老人及殘疾人設計的，應該依據他們的殘疾程度和心理需求來設計。例如，軟硬程度要適中，色彩搭配要講究，造型上要多用曲線防止磕碰。一些病人可能會因為久坐而僵直難耐，可以通過語音或者功能鍵來調節輪椅角度，將其轉變成平躺式或者斜靠背式。

5.3 模塊化

智能輪椅要想真正進入市場必須以模塊化的方式制造，在整個模塊化系統中包含基本模塊和單個功能模塊，每個功能模塊組合成具有不同功能的智能輪椅，用戶根據自己的需要選擇相對應的功能模塊[8]。實現模塊化生產有利于滿足不同類型消費者的多樣化功能需求，也能在一定程度上方便企業生產，控制企業的生產成本，同時也保證了產品質量和售后服務。

5.4 產品化

智能輪椅應該作為家具或者康養產品投入市場，而不是作為科技成果在實驗室展出[9]。科技公司應該積極開發新產品，打開智能輪椅市場。

6 結語

通過對國內相關研究的文獻綜述總結可以知道，我國智能輪椅的發展還不成熟，仍需進一步開發研究。在研發新智能技術的同時，尤其要注重外觀設計方面的探討，我國康養產品模塊的設計不如國外發展的全面，缺乏人性化的設計。人性化的設計往往能拉近人與機器之間的距離，平衡人和機器之間的關系，避免兩者成為對立面，更好地將其統一起來。在如今這個醫護人員資源緊張，智能生活發展迅猛的大環境下，智能輪椅不單是移動輔助工具，更是能真正解決殘疾人和老人生活問題的生活助手，是他們生活的一部分。在之后的研究道路上，研究人員需要將大量精力和熱情投入設計與技術中，這樣才能推動智能輪椅更好地發展。

參考文獻：

[1] 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（01）：6，33.

[2] 任新宇，王倩.論綠色產品設計的特征及策略[J].設計，2018（08）：108-110.

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[4] 張浩峰，王瑋.淺析老年家具設計的發展趨勢[J].家具，2019，40（04）：42-45.

[5] 孫嘉楠，李若輝.產品設計中的色彩搭配[J].藝海，2020（05）：108-109.

[6] 邊鋆，于娜，邱子宸.智能化醫用家具設計探究[J].藝術科技，2019，32（05）：21-22.

[7] 吳智慧.基于宜居生活的智能家具與智能家居[J].輕工標準與質量，2019（05）：21-22.

[8] 周橙旻，吳智慧，羅欣，等.康養家具行業發展現狀與趨勢[J].家具，2020，41（02）：1-6.

[9] 李若輝，關惠元.智能化背景下基于開放式創新的企業商業模式演化[J].企業經濟，2018，37（06）：25-31.

作者簡介：莊璇（1999—），女，江蘇宿遷人，本科在讀，研究方向：產品設計。

楊子倩（1984—），女，江蘇揚州人，碩士，講師，研究方向：家具設計與理論。