无障碍智能轮椅
1 全自主导航模式 2 半自主导航模式
智能轮椅的全自主导航主要是解决“go-to-goal” 的问题。 使用者通过人机界面给出目标点, 由轮椅 完成路径规划和路径跟踪。 其导航技术主要采用自 主移动机器人的相关技术。 导航的方法很多, 包括 基于路标导航、 基于地图导航、 基于传感器导航和 基于视觉导航等。 导航系统通常是由其中一种或几 种方式结合起来构成。 导航系统通过各种传感器检 测环境信息, 建立环境模型, 确定轮椅的位置和方 向, 然后规划出安全有效的运动路径, 并自主实现 路径跟踪在运动过程中, 系统需要与使用者进行实 时交互, 根据目标点的变更实时调整运动路径。
半自主导航,也称为分享导航(sharednaviga-tion), 主要是解决“where he/she wants to g o”的问题,是智 能轮椅导航研究中的重点。目前智能轮椅半自主导航主要关 注于解决意图理解(Imp-licit communication)和安全避障 (safeob stacle- avoidance)的问题。
·近代 约在18世纪,出现接近现代造型设
计的轮椅。由两个大大的木质前轮与后面 单一小轮,中间配上一张有着扶手的椅子 所组成。
现代由于采用了传统的轮式结构,只能够在平地上行 走,面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。 很多场合尤其是室外比如银行门前,购物中心门前等都或 多或少有几级台阶,而对于室内仍有很多地方没有电梯, 对于那些乘坐轮椅的残疾人,他们仍然有很多不便。当然, 国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的 轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各 种因素的影响,这些措施起到的作用仍然非常有限。
无障碍智能轮椅
发展历史 机构设计 电子技术 创新及其原理 未来展望
中国最古老的轮椅记载,考古学者在一处约 公元前1600年石棺的刻画上,发现有轮椅的图 案。 欧洲最早的记载是在中世纪时期的独轮推车 (需他人推进,比较接近当代护理型的轮椅) 目前世界公认的轮椅历史中,最早的记录是中 国南北朝(公元525年)石棺上带轮子椅子的雕 刻也是现代轮椅的前身。 公元16世纪,文艺复兴时期,西班牙国王菲力 蒲二世因为患中风,而乘坐一部木质的轮椅。
意图理解是指当轮椅处于环境较为复杂的情况下,根据 自身的环境探测以及使用者的操纵指令给出合理的行动规划, 或者通过人机交互的方式来给出几种选择以供使用者参考。 不莱梅大学的Rolland系统采用了“暗示”的方法自动地从 一种模式转换到另一种模式, 而不需要使用者的干预。 当 使用者的指向不是障碍物时, 轮椅会试图绕过它。 但是该 方法过于灵活, 当稍微有些偏差时, 轮椅都将试图躲避障 碍物,而不是按照使用者的想法来接近它。 NavChair上也 采用了类似的方法, 但是对使用者的想法和意图考虑得较少。 SENARIO上给出的解决方案是当使用者操纵轮椅趋近于障碍 物时, 系统给出警报并以最小的速度趋向目标;当达到警戒 距离时, 系统将强行停止轮椅运动, 并通过人机界面提示 使用者改变控制命令。
电子技术
导航ห้องสมุดไป่ตู้
智能轮椅的导航技术主要来源于机器人技术,由于 智能轮椅是以人为中心的控制系统, 其导航又有特殊 性。 除了需要解决导航过程中轮椅运行空间环境模型 建立, 轮椅的定位以及路径规划等问题,还更应关注 导航中的安全性以及与使用者的交互性。
环境感知轮椅进行环境感知的主要手段。因此,为 了尽可能准确地获取环境信息, 智能轮椅上都配备了 多种传感器。包括内部或外部编码器,超声波传感器 (SENARIO,Rolland,NavChair),红外传感器 (RobChair,Wheelesley,SIAMO),激光测距仪 (MAid),碰撞传感器(Wheelesley),摄像头 (SIAMO,FRIEND,SENARIO)等等。
解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走 设备,也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构,使其能 够适应日常生活中所碰到大多数的地形。
步进式:
通过驱动三个互成120度 的曲柄带动三个踏板交替与楼梯 接触前行。在平路的时候和普通 的轮椅车是一样的,靠轮子行走,
在爬楼梯的时候,脚驱足动式轮机则构切:换
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障碍物是就显得力不从心。
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辅助式机构
辅助式机构主要是指通过给普通轮椅加装辅助机 构使其具有爬楼功能。目前此方面的主要研究成果为 在普通轮椅的两侧各加一套由平行四边形机构组成的 爬楼梯执行机构,四腿与轮椅原有的四个轮形成两套 支撑系统,通过四边形机构的运动,两套支撑系统轮 番着地,并将另一套支撑系统支撑托起送到上(或下) 一个台阶。由于这种轮椅是以普通轮椅为基础改造而 成的,所以结构简单,价格低。
太阳能电池主要由硅、砷化镓、 硒铟铜等材料制成,它们地发电原理 基本相同。以晶体硅为例,当太阳照 射到硅地表面时,一部分光子地能量 会被硅原子吸收,使原子内地电子发 生跃迁,从而在材料内部形成一定地 电位差,这样光能就转化为电能储存 了起来。当太阳能电池接通电路时, 电压就可以产生电流流过外部电路了。
1 正常模式 2 直立模式 3 爬楼梯模式
像普通轮椅一样在平地上前 进;如果遇到崎岖的路面,沙土 或斜坡,它就进入四轮驱动状态, 靠四个轮子行走。
直立模式,只靠一地后轮接 触地面,就像中国武术里的“金 鸡独立”。
两对后轮交替爬到上一级台阶上。 配备了一套计算机传感器和陀螺仪, 具备较强的自我平衡功能,使用智能 手柄操作。