针对行动不便人群的智能轮椅设计

邵小轩葛宇堃吴承聪景云李庭南

北京工业大学北京100124

摘要：轮椅是很多人在受伤无法行走之后首选的代步工具。传统的轮椅具有单人操作不便、无法进行平面之间的转移、个人生活起居困难等问题，使得它的使用体验并不乐观。该产品创新将辅助站立与多功能车轮结合在一起，满足伤者起身站立与攀爬楼梯的基本要求，致力于给伤者一个与平常无异的生活体验。

关键词：工业设计；行动不便人士；智能化；独立生活；文件综述背景

1.现状

中国康复器具协会统计，我国轮椅年销量约150万辆，其中一二线城市占100万辆。除了近两亿的老年人口，8500万左右的残疾人以及不稳定的受伤群体也是轮椅的消费群体。可见，轮椅的销量与潜在用量存在差距。面对如此庞大的市场，为行动不便人士设计的产品市场的反应却相对迟缓。不仅是此类产品的数量和种类还不能满足现有的需求，更重要的是目前市场上的产品的质量、设计以及专业性方面还存在着许多问题。尤其是行动不便者和残疾人最需要的轮椅，可以购买到的产品最多只停留在可以实现电机驱动。

而在还未面世的产品中，Madarasz等人提出的半自主导航轮椅具有一定的参考性，他拥有在办公室环境运动的能力，可以进行从当前位置到建筑物内其他位置的路径规划，系统具有避障功能，所有的传感器和限位装置都安装在轮椅下，一个监控系统负责高级的操作导航，减轻使用者的工作负担。不过，其仍未解决对使用者的心理感受，并且缺乏真正的智能导航，无法为使用者提供高度上的支持以弥补轮椅坐姿较低等问题。

2.数据支持

2.1调研数据分析

通过对比调研数据，我们发现在使用轮椅的受访者当中，残疾是其使用的主要原因，年龄大的老人也占较大比例；首先，轮椅的使用过程中，公共场合是最为关键的部分，也导致了一部分用户因此产生不好的使用体验，由此不难得出，改善公共场合中轮椅的适用性极为重要；绝大部分受访者对轮椅抱有不反感的情绪，也认为轮椅不会影响周边的人，因此用户群体将不会因社会环境产生极大的变化；其次，受访者对智能化、遥控、辅助站立等提升自主性的功能较为关注，我们认为针对以往轮椅缺乏可操作性、自主性的痛点进行改良将吸引更多关注；最后在轮椅的选择中，安全性是被最为看重的，由此用户对交通工具、湿滑路面等使用情境的安全担忧也是我们所应关注的重点。

2.2用户画像

我们采访了20位轮椅使用者，得到了较为可信的数据。在这里我展示两个比较典型的用户画像。

由分析图可以非常清晰看出来，用户样本之间有着比较明显的交集。从问题统计图上可以取得很多之前没有想到过的痛点，我们的设计也将集中于这一部分进行。简单来说，老年人更喜欢轻便，能解决问题就行的轻量型轮椅；年轻一点的人更喜欢有良好交互体验的轮椅。由此，我们将用户群进行再一步细分，确定了我们的核心用户——独居的行动不便人士，且明确了设计方向。

3.该轮椅设计创新点

3.1辅助站立

老龄人口以及残障人士的护理问题一直是备受关注的社会问题。

一方面老龄人口快速增长，越来越多的老年人因缺乏站立能力，日常生活的种种基本需求都需要在他人的照料下才能得到满足，影响老年人身心健康的同时也对家庭和社会造成了不小的负担。

另一方面，对于因其他病症而导致身体机能降低需要长期卧病的行动不便人群而言，他们的选择只有在家中由家人照料或者住院由医护人员护理，家庭护理虽然节省了费用，但照顾病人生活中的种种起居会严重影响家人正常的生活规律，也是对病人和家人的沉重心理负担；而住院护理费用不菲，大多数家庭不到迫不得已的时刻往往不会选择将病人送进医院进行护理。因此对于大多数轮椅使用者来说，一款带有辅助站立功能的轮椅都能大大减轻护理人员的压力，方便使用者的大部分日常使用场景，在帮助他们自行站立的同时，也能一定程度上锻炼和调节下肢的肌肉，改善他们的生活自理能力。

市场上现有的辅助站立装置大致可以分为依靠纯机械结构的手动式辅助站立和电动驱使的自动辅助站立装置。纯机械结构虽然少了电池的束缚并成本较低，但往往可调节性较差，并且手动调节的过程中轮椅整体的稳定得不到保证，有一定的安全隐患，对使用者的上肢力量也有较高的要求。而电动的辅助站立装置因为需要额外的支撑部件而导致轮椅体型笨重，另一方面一部分电动的辅助站立轮椅往往为了所谓的“智能”，添加了许多不常用的功能，使操作过于复杂，学习成本较高，不适用于所有人群。

本设计利用人机工程学原理，对传统辅助站立装置的结构进行了优化，使其更接近一体性，精简了结构使系统更加稳定，在此基础上不依赖人力而是使用电动驱动，使使用过程更加稳定并且调节更加精确。

3.3其他优势

本项目中设计的轮椅主要服务于独居的行动不便者，对于此类人群，该款轮椅既可以作为其主要的交通工具，也可以作为康复、恢复的辅助手段。并且通过各类传感器，高效的综合信息处理和智能化模块及快速可靠控制技术在此轮椅上的应用，已经脱离了单纯依存人力操作，存在很多不便和限制的传统轮椅，发展到现在的智能多功能轮椅。

通过研究和资料查找，我们将现有的先进设计案例进行了分析总结，得到：“可以从使用者所在的第一平面安全高效地转移到另一平面；拥有弱人工智能级的自主导航和行走能力，配置传感器摄像头等环境感知设备并可以通过获得的信息进行避障保证使用者的安全”等入手点。

在保证了上述的基本功能外，我们提供了可以帮助使用者在不离开轮椅以及不借助他人帮助的情况下站立的功能。通过特殊设计的机械和智能控制机构，本设计可以将使用者提高至其站立身高左右的高度，并提供类似的拿取、操作和书写能力。对于行动的人群，产品在使用中产生的特殊动作、声音或者对其他人造成的影响等会造成心理上的不适感，出于对设计受众的尊重，小组优化了产品在整个使用过程中对周围人的影响，尽可能做到不打扰并且减少不便与尴尬。

考虑到这些相对特殊的用户在他们的环境里方便应用机器人控制界面的可能性，以及在用户部分失去或肢体功能不断下降条件下的系统可操作性，虽然本次设计包含了先进的传感器和动力系统，用户本身也有可能对外界信息无法及时地做出反应或作出错误的判断。同时，因为部分使用者因身体原因对于精准的或需要用力按压的交互方式难以操作传统的控制器。对此，本次设计提供了以实体控制为主，手势操作作为辅助的操作解决方案，实现了功能全面并且功能展示直观的控制界面和有效的内部控制策略，以及家庭和工作单位、外出采购等其他地点的通讯交互能力也是本次康复轮椅的研究重点。

4.结论

本文介绍了一种新型轮椅的创意过程。通过整合多种调研结果，我们将目标人群定为独居行动不便人士。通过使用该轮椅可以较大程度上增强使用体验，让使用轮椅不再是一件很累的事。通过如此的组合设计，目标用户可以方便的外出，扩大了行动范围，减少身体、心理层面的不适。该轮椅通过智能遥控，可以帮助使用者完成辅助站立、攀爬楼梯等需求。而且其安全稳定，使用方便，有很大的市场前景。

参考文献：

[1]李超，一种轮组结构的爬楼梯轮椅的设计，现代机械2010.642-44

[2]段东新,医用残疾人轮椅的设计分析，机械装备2017.1252

[3]顾余辉，可躺可立式电动轮椅结构设计与运动学仿真，中国康复医学杂志201227卷1129-1132