多人机交互方式智能轮椅的设计与应用

我国将要进入老龄化社会的阶段,在未来的几十年时间,伴随着社会老龄化程度的加强,以及独生子女带来的结果,儿女将无法看护行动不便的老人。鉴于人工和各种社会资源的限制,一类高效便捷的智能化轮椅亟待开发。本着为有需求的老人、患者提供更便捷的生活的目的,文章对开发更智能并且更方便的智能化轮椅进行探讨。研究综合了时下最前沿的物联网技术,对轮椅的状态纳入实时监管,开发更人性化的产品。     

安装于电动轮椅上轻型作业臂的研制及评价

以残障人士和老年人最常见的10项日常活动作为辅助目标,研制了一款安装于电动轮椅上的6自由度轻型作业臂。文中对作业臂的本体、末端手爪和控制器进行了详细设计。对该作业臂安装于轮椅上可操作度的分析表明:作业臂在常见作业点上具有良好的操作性能;典型喝水服务试验则表明该作业臂能辅助残障人士和老年人的日常生活,为带作业臂智能轮椅系统进入残疾人和老年人的生活奠定了基础。     

融合激光SLAM实现无人驾驶轮椅空间定位优化

移动机器人空间定位是实现无人驾驶的重要环节,但仅使用单一传感器进行定位会产生定位误差,且误差会不断累积。为提高对移动机器人的空间定位精度,提出了一种融合3种传感器的空间定位方法,即激光雷达（LiDAR）、惯性测量单元（IMU）、光电编码器三种传感器。首先,采用扩展卡尔曼滤波算法融合了基于距离流算法的光电里程计信息、IMU偏航数据信息及双光电编码器的轮式里程计信息;其次,通过对扩展卡尔曼滤波进行差分改进来消除在融合过程中因存在两个绝对姿态信息而产生的振荡现象;最后,在自主搭建的无人驾驶轮椅移动平台上对优化后的定位精度进行了实验验证。经多次重复实验的结果表明,多传感器融合优化后的轨迹在定位偏差最值和绝对误差均值方面均较真实运动轨迹有明显降低,且环境越复杂优化效果越好,表明所提方法可有效提高无人驾驶轮椅的空间定位精度。     

一种轮-履复合式爬楼梯轮椅设计与分析

设计了一种新型轮-履复合式爬楼梯轮椅,其采用前、后双履带单元方式实现爬楼梯功能.建立了爬楼梯轮椅三维模型,对轮椅在爬楼梯的情况下进行了稳定性分析;通过ADAMS软件进行运动学分析,得到轮椅质心的速度和加速度曲线.仿真结果表明:新型轮椅具有良好的稳定性和平稳性.     

融合表面肌电和姿势信息的轮椅绩效评价方法

目的 为客观评价轮椅的使用效益,使用表面肌电设备测试轮椅使用过程中的肌电信号,并融合姿势信号IMU来构建人机评价模型。方法 分别对轮椅的折叠、刹车方式及行驶坡度进行试验来评估轮椅的使用绩效,通过对比用力肌群间的疲劳状况来判定较为舒适的轮椅折叠及刹车方式。实验要求被试者在执行轮椅任务时,分别使用两种折叠方式和三种刹车方式不同的轮椅进行实验,并在操作动作任务过程中采集sEMG和IMU信号,在实验任务结束后填写NASA-TLX量表。结果 根据模型的评价指标对实验数据进行了比较与分析,横向收折式折叠和凹口式刹车(手刹位于前方)的轮椅疲劳度低,在3~4°坡度范围下轮椅使用者的受力最小,较为舒适,从而验证了模型在轮椅人机评价上的可行性,为优化轮椅设计提供参考。结论 人机评价模型适用于评估产品绩效,同时提出的融合表面肌电和姿势信息的轮椅绩效评价方法具有较高的精度和准确性,能够有效地评估轮椅使用者的绩效水平。     

生活方式视角下获得性下肢残疾青年轮椅体验设计

目的 源于对获得性下肢残疾青年群体社会融入问题的关注,探讨其生活方式转变与轮椅设计需求的关系,通过体验设计的提升,促进目标群体生活信心的重建。方法 在理解获得性下肢残疾青年群体特征和社会融入问题的基础上,结合网络文本分析和用户访谈结果,改良AIOD生活方式测量模型,建立该群体生活方式的测量维度。基于测量模型维度,进行问卷调查,通过统计分析建构该群体的生活方式并进行细分。以生活方式测量结果为依据,结合CUE体验设计框架,输出轮椅体验设计机会点。结果 研究发现获得性下肢残疾青年群体的生活方式可细分为积极乐观型、安稳生活型、消极懈怠型,从包容各类型方式的角度出发提出适应多元化生活方式的轮椅设计策略,进行可控性、有效性、易用性、感知性和认可性等方面的优化轮椅体验,满足生活转型产生的新需求,进一步促进生活转型积极心理的形成。     

一种新型自动上下楼轮椅的力学分析

一种新型可自动上下楼梯的轮椅既适应平地行走,又能在无人陪同的情况下搭载使用者自动上下楼梯,极大地方便了老年人和腿脚不便人士的日常生活。新型轮椅在投入生产前必须要进行严格的测试分析,首先要满足轮椅上下楼梯的功能,对其平地行走和上下楼过程进行力学计算和动力分析,为其动力系统的选定提供数据支撑;同时也要保障人员在使用过程中的安全性,故要对其结构进行强度和刚度的校核并针对上下楼过程开展运动分析,以验证其安全性能。     

老年女性轮椅使用者裤装功能设计与着装舒适性研究

文章针对老年女性轮椅使用者,设计制作了一款新型外出裤和一款新型家居裤,并制作了一款普通梭织裤和一款普通针织裤进行对比实验,通过动作分解分析法、着装压力测量法及主观评价法研究了四款裤装的穿着性能.研究发现:对于穿上和脱下裆部的动作,新型外出裤自主完成度最高,分别为0.75和1.00,其穿脱便利性和如厕便利性也最高,分别为...     

座面可调电动轮椅的机构运动仿真

通过运动仿真,对座面可调的多功能轮椅进行机构设计。基于人机工程学及位姿分析,设计各构件尺寸。在MATLAB中建立轮椅运动学模型,通过仿真分析得到了各刚体关键铰接点的位移、速度、加速度等参数。将得到的运动学参数与轮椅的功能要求进行比较,对轮椅整车机构进行修正。所设计的轮椅能辅助残障者实现坐立、站立、平躺等多种姿态间的转变,也便于轮椅与其它康复设备的安全对接。多刚体运动学仿真方法能更直观进行机构功能分析,从而缩短设计周期。     

基于物联网的电动轮椅控制系统研究

基于物联网技术,实现了电动轮椅控制系统的联网化设计。将压力传感器、电流传感器等传感器整合应用,并借助微处理器ESP8266和直流电机驱动板等,实现了电动轮椅远程提供用户信息、用户远程控制和监控轮椅的目的。使用达南美克控制器作为基本控制器,开发物联网控制器(IoT控制器)以实现电动轮椅的联网功能,两组控制器可以相互独立工作。用户通过IoT控制器能够监控轮椅的运行状态、使用者的乘坐状态和远程控制轮椅。测试结果表明,该控制系统运行稳定,符合研究目的。