基于自动平衡技术的轮椅研究分析

基于自动平衡技术的轮椅研究分析

汪文成1 牧冬艳 2

（安徽信息工程学院 管理工程学院 芜湖 241000）

摘 要

在物联网兴起的时代,产品的设计和改造需要向更智能化方向迈出脚步,移动互联时代的发展为智能轮椅市场提供了新的契机。本文分析了自动平衡技术在轮椅应用的可行性，并在此基础上提出了智能平衡轮椅应用的优势，旨在为未来智能轮椅市场的发展提供借鉴和参考。

关键词：物联网；应用模式；智能平衡轮椅

一、研究的背景

目前市场上的轮椅各式各样、功能强大,但大多是在理想的道路条件下发挥最好的用处。但对于楼梯口、上下坡的残疾人通道以及偏远地区的农村地区的沙石路段。一方面上坡会使坐在轮椅上的人行驶时身体前倾与后仰,给推轮椅的家属朋友增加了阻力，另一方面对于手动式轮椅,如果上破太陡峭,可能也会导致翻车。即便是电动轮椅,这也会增加马达的负载,从而时轮椅的寿命大大降低。同时对于大部分农村没有平整宽阔的道路,市场上轮椅在行驶过程中的抖动也会时轮椅部分构件磨损,严重的会使使用者出现危险。

二、研究的目的

随着社会老年化程度的逐步加深，轮椅使用率也逐年递增,目前市场的轮椅发展,由于社会需求出现了全自动式、手动式、折叠式、履带爬坡式。虽然轮椅的功能越来越强大,但我国残疾人保障设施未得到完全普及,部分残疾人、老年人居住旧式小区,外出时残疾人通道也较为稀少,乡村地区道路不平整,给残疾人出行带来了极大的阻碍。为了解决上述问题，完善残疾人保障设备的功能,为出行不便的人提供便利,具有极其重大的意义。本项目要解决的就是针对上下坡、抖动路段保证轮椅使用者身体竖直平衡,不受地形改变而改变身体的倾斜,增加抗震性能，保障轮椅使用者的安全。

三、研究的内容

我们团队研发设计了核心产品智能平衡代步轮椅,是一款通过借助陀螺仪特有的连接方式保持平衡的平衡代步轮椅。智能平衡轮椅是一种新型可自动调节平衡的带有人工操纵控制器的轮椅。其包括自动平衡装置,在斜坡或者颠簸路段保持人的身体在水平面平衡。人工简易操纵控制器,可以有效的掌控轮椅的方向以及运作。同时采用先进的EPDS刹车系统,在上下坡的时候松开操纵杆即自动刹车,防止溜车。可以在上下坡、颠簸路段保证轮椅使用者身体竖直平衡，不受地形改变而倾斜，增加抗震性能，提高使用安全性。

图1 智能平衡轮椅概念图

（一）产品优势体现

1.研发设计上,我们采用自动平衡调节装置,产品结构稳定、安全性高。通过陀螺仪和不倒翁配重块的结合,通过上述陀螺仪特有的连接方式达到轮椅面对不同地形使人体保持竖直平衡的作用。无论遇到斜坡左右倾斜还是上下倾斜底座子、环轮、电机等零件都会通过陀螺仪特有的方式保持平衡,各个零件相互制约、相互作用,保持力的平衡。

2.产品设计上,操作简便,可自动实现平衡,可满足各个水平人群的需求。由于平衡代步轮椅的平衡原理是通过借助不倒翁的原理来实现的,不需要复杂的操作便可实现平衡代步轮椅的自然平衡。

3.性价比高,产品所需成本低。设计所用零件物美价廉,相比于国外平衡轮椅所用的特殊零件更容易制造生产,可极大减少公司生产成本,实现利润最大化。

4.产品售前售后服务优良,充分满足客户体验。在产品出售之前给用户提供一周的体验期以及使用培训,让客户可以充分感受我们轮椅的功能。售后提供为期一年的质保服务,并安排技术人员定期检查客户轮椅性能,充分保障客户使用安全。

5.搭配专用小智app,超强用户体验感。可以通蓝牙等方式连接智能平衡轮椅,可实时监测使用轮椅人健康状况。同时可以通过监测到的数据,通过运用大数据人工智能的技术，对用户的身体状况进行监测，对数据进行分析和管控，时刻保障用户的安全，同时为其提供合理的健康计划。

（二）产品功能设计

1.平衡性:本产品借助陀螺仪与特有的连接方式,对轮椅整体与载人载物进行自适应调整,从而保持平衡,加装不倒翁配重块使得稳定性更好;

2.减震性:采用优质钢材制作的减震弹簧,可以缓解由于路面崎岖所导致的颠簸,提高用户使用的舒适度,同时我们在座椅的配饰上为客户需求不同而选择可更换式配件:皮质、尼龙、等等,

3.可拆卸性:本产品可以将一些部件进行折叠拆卸,方便用户进行携带和搬运;同时在选料的时候选择航天金属,减轻结构重量的同时保证了产品的高质量

4.刹车系统:采用先进的EPDS刹车系统,该刹车系统的优点主要是可以在不消耗蓄电池的电量,在制动瞬间和下坡制动时产生短时返充电,作用时间虽短但可对电池起到维护作用,同时它作为制动系统中较为优异的存在,它拥有极致的制动效果,且会随速度的增大而愈加明显,经过调整可达到松手即停的效果;

5.电动控制功能:通过智能化控制器对该产品进行优化,智能断电,错误操作纠正等,方便用户的同时更保护了用户的安全。

6.定制功能:本产品支持定制附加功能:按摩、摇椅、一键通讯、 GPS定位、测量身体基本数据、紧急呼叫等。

四、总结与展望

由于市场缺少我们这种智能平衡代步轮椅,需求的市场存在者很大缺口,这将是一个新产品的初始位置,它将开启全新的生命周期。从产品导入期开始期之前,应当放眼未来,开始研发新的跳板。在不同过程中,对各个发展阶段制定不同的推广策略。在产品改善的道路上,我们选择加入互联网的优势,让每个子产品之间互相关联,互相补充,达到一种理想状态;在机械结构以及舒适度上,通过选择和开发新型材料以及外观设计来完善产品,保证实用性的同时让用户体验达到极佳。

参考文献

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[2]张邦成,王华振,王占礼,郭化超,刘铁军.电动轮椅椅面平衡控制系统设计[J].机械设计与制造,2013(09):210-212+216.

[3]常宏,常鹏,蒋维,董剑南,秦海洋.基于平衡车的自助上下楼梯轮椅[J].山东交通学院学报,2017,25(04):71-75.

基金项目:2020年安徽省大学生创新创业训练计划立项项目:《新平衡——智能平衡代步轮椅》（编号：S202013613037X）

作者简介：汪文成（1999-），男（汉族），安徽安庆人，本科在读，研究方向：财务管理；牧冬艳（2000-），女（汉族），安徽铜陵人，本科在读，研究方向：财务管理；

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