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面向残疾人轮椅的系统设计研究

面向残疾人轮椅的系统设计研究

作者：廖俊森北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,随着意外事故的多发以及人口老龄化进程的加快,下肢残疾者的人数逐年递增,国内市场对轮椅的需求量也随之增加。但由于国内整体经济水平的限制,轮椅市场的结构比较单一,主要为能够满足基本出行需求的普通轮椅。残疾人收入有限,无... 详细信息

近年来,随着意外事故的多发以及人口老龄化进程的加快,下肢残疾者的人数逐年递增,国内市场对轮椅的需求量也随之增加。但由于国内整体经济水平的限制,轮椅市场的结构比较单一,主要为能够满足基本出行需求的普通轮椅。残疾人收入有限,无法负担起高端轮椅、定制化轮椅的高昂费用,其个性化需求得不到满足。本文基于产品系统设计思想,设计了一款模块化的轮椅,残疾人可以根据自身需求,选购合适的模块,组合成能够满足其个性化需求的轮椅。首先,从系统的概念出发,引出产品系统设计的相关概念以及产品设计流程和设计方法;综合研究产品系统设计以及机械产品设计的相关理论,提出产品系统设计在机械设计中的应用形式。其次,在产品系统设计思想的指导下,对轮椅系统进行分析,完成轮椅和残疾人的相关调研,明确轮椅的功能需求;介绍模块化设计方法,并完成轮椅系统的模块划分。然后,通过研究人体坐姿尺寸,确定轮椅系统设计的尺寸依据,并介绍了轮椅主要运动模块的原理,完成运动机构的相关计算;使用Solidworks完成轮椅的三维建模和装配。最后,在Solidworks Motion的软件环境下完成轮椅主要机构的运动仿真,确定结构设计的合理性;通过ANSYS Workbench完成轮椅关键模块的有限元分析,对比材料参数,确定轮椅关键模块结构的安全性。

关键词：轮椅产品系统设计模块化有限元分析

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老年多功能电动轮椅的人性化设计研究

老年多功能电动轮椅的人性化设计研究

作者：杨楠西南交通大学

学位级别：硕士

现如今,随着社会老龄化程度的加深,关爱老年人越来越成为社会关注的焦点。轮椅,成为行动不便老年人日常生活的一种重要工具,它不仅是代步工具,更重要的是可以借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动,这可以使他们更好的和周围的人群进行... 详细信息

现如今,随着社会老龄化程度的加深,关爱老年人越来越成为社会关注的焦点。轮椅,成为行动不便老年人日常生活的一种重要工具,它不仅是代步工具,更重要的是可以借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动,这可以使他们更好的和周围的人群进行交流,更多的接触社会。因此,在这种环境下,多功能电动轮椅的需求也日益增加。人性化设计方法是实现人造物和使用者之间身、心良好亲和性的重要保障。因此,针对老年人年龄和身体状况提供的产品人性化设计成为促进老年产业发展的重要方面。此次课题研究是针对中国工薪阶层老年人使用的电动轮椅,运用人性化的设计方法,在现有的轮椅结构和功能的基础上进行一些整合和改进的设计,争取使其在原有的基础上更符合使用者的要求。运用人机工程学的相关理论,通过对老年人身心需求的调查研究,以及老年人使用电动轮椅的姿势分析,对电动轮椅展开设计研究。论文首先对人性化做了系统的概述,并且就国内外电动轮椅的研究现状做了调查和研究,进而分析了我国老年人的体态变化和运动机能的老化等生理特征,研究了老年人的认知心理和感性心理等心理特征的变化,同时运用语义差分法探讨了老年人的心理需求与电动轮椅造型设计之间的关系。随着年龄增长,老年人的人体尺寸发生变化,肢体运动能力尤其是下肢活动能力降低,老年人生理特征的变化对电动轮椅的基本尺寸、材料选择及肢体辅助功能设计提出了要求。在色彩视知觉、注意力、记忆力等方面,老年人的认知心理存在明显的老化现象,从而影响电动轮椅的界面设计。老年人的情绪情感、兴趣偏好等感性心理也发生显著变化,具有安全感、归属感、自主感以及审美体验等心理诉求,老年人电动轮椅的造型设计应符合这种心理变化。综合以上的研究,针对本次的设计调整了轮椅的外观形态,结构上增强了功能的多样性和变化性,同时加强了安全性的设计,增强了用户使用轮椅时的安全系数。功能的多样化可以让用户在脱离家人、护理人员的情况下在轮椅上能完成尽量多的动作,人性化的设计可以让使用者享有原有的功能基础的同时更安全、更舒适、更方便。

关键词：轮椅老年人人性化人机工程学多功能安全性

基于Android智能手机的轮椅控制系统设计

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基于Android智能手机的轮椅控制系统设计

作者：林向南华中科技大学

学位级别：硕士

随着逐步步入人口老龄化社会，我国对轮椅的需求量越来越大，然而，国内外市场上的轮椅控制系统较复杂、价格普遍很高，普通百姓操作不便也很难有能力购买。针对这种情况，本文结合电动轮椅以及功能强大、价格低下的智能手机，提出了一... 详细信息

随着逐步步入人口老龄化社会，我国对轮椅的需求量越来越大，然而，国内外市场上的轮椅控制系统较复杂、价格普遍很高，普通百姓操作不便也很难有能力购买。针对这种情况，本文结合电动轮椅以及功能强大、价格低下的智能手机，提出了一种基于Android智能手机的轮椅人机交互方式及控制系统——基于Android智能手机的轮椅控制系统：在电动轮椅的基础上，通过硬件改造和软件设计，设计实现了以Android智能手机作为人机交互接口和客户端处理器的轮椅控制系统，具有开发较容易、操作简单方便、价格相对低廉、控制方法多样、系统功能丰富、使用范围较广的优点。首先，分析了本课题的研究背景、目的和意义，提出了基于Android智能手机的轮椅控制系统概念，并介绍了智能轮椅控制系统和智能手机国内外研究现状。然后，分析了轮椅控制系统的功能需求，设计了控制系统硬件改造方案和控制方案，并给出了控制系统总体设计方案。硬件方面，详细阐述了控制系统硬件改造设计，包括硬件组成、主要硬件选型和关键电路设计。通过单片机控制电机驱动器输入信号，通过Wi-Fi模块实现手机与单片机间的通信，接收解析用户手机发出的控制命令。软件方面，详细阐述了控制系统软件设计，基于系统的稳定性和可靠性考虑，采用模块化设计方法对单片机和Android客户端软件进行了设计，自上而下把各个功能设计成若干子模块，层次分明、条理清晰。单片机程序实现硬件初始化、串口通信以及电机驱动器输入信号控制。Android客户端结合手机嵌入的各类传感器，实现Wi-Fi通信，触屏按钮、触屏滑动、手机姿势和离线语音识别等控制方式操作以及速度切换操作，并实现GPS地图定位、指南针定向、摔倒远程报警等功能。最后，对控制系统进行了调试测试，实验验证了本文设计的基于Android智能手机的轮椅控制系统的可行性。

关键词： Android 轮椅 Wi-Fi 手机传感器离线语音识别

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自动驾驶轮椅进出门问题研究及系统实现

自动驾驶轮椅进出门问题研究及系统实现

作者：钟吉祥西安电子科技大学

学位级别：硕士

进入本世纪后,随着中国老龄化程度不断加深,残疾人以及老年行动不便人士的数量快速上升,对智能化轮椅的需求越来越迫切。对于很多轮椅用户来说,其生理反应速度较慢,对轮椅的操控能力较弱,使得他们难以安全便捷地使用传统的非智能化轮椅... 详细信息

进入本世纪后,随着中国老龄化程度不断加深,残疾人以及老年行动不便人士的数量快速上升,对智能化轮椅的需求越来越迫切。对于很多轮椅用户来说,其生理反应速度较慢,对轮椅的操控能力较弱,使得他们难以安全便捷地使用传统的非智能化轮椅。本文以智能轮椅为研究课题,主要针对轮椅在自动驾驶情况下进出窄门这一问题进行研究,寻找安全、舒适和高效的方法。相较于室外道路导航而言,自动驾驶轮椅室内进出门过程中存着在近门环境下无法获取精确的GPS定位信息,以及定位精度要求高等问题。同时室内门的情况多种多样,难以预测,且轮椅自身因负荷变化等因素也会对轮椅的控制产生扰动。针对以上问题本文主要从轮椅软硬件系统设计、室内定位和室内导航这三个方面开展研究。本文的硬件系统分为遥控模块、主控模块、电机电源模块、多传感器模块四个部分。遥控模块负责人机交互;主控模块负责对系统资源整体调控及与嵌入式操作系统进行交互;电机电源模块负责控制轮椅直线或差速运动;多传感器模块负责环境感知和获取轮椅位姿。软件系统主要分为本地主控制程序、远程主控制程序、传感器控制程序。本地主控制程序负责为轮椅提供定位和导航;远程主控制程序负责通过手机实现对轮椅控制、标定和报警;传感器控制程序负责对传感器数据进行采集、标定和校准。对于轮椅室内定位,本文综合使用基于EKF的INS定位和基于最小二乘的UWB定位方法,采用基于级联EKF的UWB/INS组合定位,来实现在室内环境下的高精度定位。该方法首先通过对INS的定位数据进行EKF四元数解算,然后用其结果来判定UWB定位NLOS误差,最后使用基于EKF的UWB数据来对INS数据进行校准,从而提高室内定位的精度。对于室内轮椅导航,本文使用多传感器融合方法来实现对环境的感知,主要通过轮椅前方安装的固态激光雷达来获取轮椅前方点云数据,使用EKF进行数据处理,并与轮椅姿态传感器获取的数据进行融合,获取环境信息,然后用其结果进行路径规划和自动避障。本文对传统人工势场法进行了改进,避免了容易进入局部极小值陷阱的缺陷,并使用RS优化规划路径,通过虚拟引力和斥力来实现高质量的路径规划与自动避障。本文设计实现的自动驾驶轮椅,在仿真环境和室内真实环境下进行了多姿态的进出窄门实验,多次实验结果表明,能够达到轮椅安全、舒适及高效自主行驶进出门的要求。

关键词：轮椅室内定位多传感器融合路径规划自主导航

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一种姿态控制电动轮椅的结构设计与研究

一种姿态控制电动轮椅的结构设计与研究

作者：王晨东北林业大学

学位级别：硕士

目前,由于交通安全事故、突发意外事件、疾病的困扰以及人口老龄化等原因,在世界范围内有大量失去行走功能的群体迫切需要代步工具来满足日常生活需求。为满足这种需求,轮椅作为一种载具,在生活中越来越常见。为适应不同种类使用群体的... 详细信息

目前,由于交通安全事故、突发意外事件、疾病的困扰以及人口老龄化等原因,在世界范围内有大量失去行走功能的群体迫切需要代步工具来满足日常生活需求。为满足这种需求,轮椅作为一种载具,在生活中越来越常见。为适应不同种类使用群体的要求,各种轮椅控制方式被设计和研究出来。本文在现有的一些电动轮椅的基础上,提出一种姿态控制电动轮椅的整体方案。通过对姿态控制电动轮椅的功能分析,确定姿态控制电动轮椅的设计思路和方案,该方案为姿态控制电动轮椅的结构设计提供了较好的依据。本文基于使用者群体的人体尺寸和不同的产品尺寸设计类型对姿态控制电动轮椅座椅的一些关键尺寸进行设计,该座椅可实现使用者乘坐姿态控制电动轮椅时较好的舒适性。结合已确定的姿态控制电动轮椅设计思路对座椅下传递机构的结构和尺寸进行设计,该结构具有一定的位移调节功能,可以更好地实现轮椅的稳定性。对动力装置进行布局和设计,并应用Matlab软件对传动轴进行优化,在满足力学性能等要求的前提下,减小传动轴尺寸,实现轻量化。为减少振动对座椅造成的影响,在姿态控制电动轮椅系统中设计减震结构,并应用Admas仿真软件对姿态控制电动轮椅进行加装减震结构和未加减震结构情况下的振动分析。通过模态参与因子和频率响应曲线两方面的对比分析,验证该减震结构可以实现较好的减震功能。设计姿态控制电动轮椅的控制系统,对控制系统的硬件进行选型,完成电气原理图等设计,并拟定姿态控制电动轮椅控制系统程序的方案。姿态控制电动轮椅可以与电动轮椅上其他智能化设计相结合,为未来的电动轮椅控制等方面的研究提供参考。

关键词：轮椅人机工程姿态控制结构设计

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基于虚拟现实技术的轮椅体验模拟器的开发

基于虚拟现实技术的轮椅体验模拟器的开发

作者：仝进科吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着社会老龄化的迅速发展和构建和谐社会的迫切要求,确保老年人、残疾人等人群在日常生活中可以自立并能参加社会活动变得越来越重要。对于老年人和残疾人来说,轮椅是最具有代表性的移动工具。拓宽轮椅的使用范围对于拓宽老年... 详细信息

近年来,随着社会老龄化的迅速发展和构建和谐社会的迫切要求,确保老年人、残疾人等人群在日常生活中可以自立并能参加社会活动变得越来越重要。对于老年人和残疾人来说,轮椅是最具有代表性的移动工具。拓宽轮椅的使用范围对于拓宽老年人和残疾人的活动范围具有十分重要的意义。所以,公共建筑和公共交通对轮椅使用者的无障碍化就变得十分重要了。本研究是在虚拟现实技术的基础上开发了轮椅模拟器系统,该系统包括虚拟空间显示部分,摇动感觉显示部分,力觉显示部分。这三个系统的联合使用使得利用虚拟空间技术亲身体验实际轮椅的行车感成为可能。在本研究中,重新推导了轮椅行走的动力学模型,并对新模型进行了有效性检验,通过对比实验,结果表明,由于新数学模型构成的模拟系统考虑到了重力在车辆转弯时对轮椅行走轨迹的影响,使得其仿真效果明显提高。另外,对系统的真实度也进行了评价实验：体验者根据自己的实际使用感觉,对新旧数学模型的模拟系统进行了主观评价和比较。实验结果表明,新建立的模拟系统与现实的相似度得到较大提高。本文也验证了该模拟器对于船舶内部结构无障碍化设计的有效性。

关键词：虚拟现实轮椅模拟器力觉模拟船舶摇动模拟

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自动驾驶轮椅沿路沿行驶的方法研究与实现

自动驾驶轮椅沿路沿行驶的方法研究与实现

作者：张焕林西安电子科技大学

学位级别：硕士

根据我国近些年人口统计数据,2018年我国65岁以上人口总数占比达到11.94%,这些高龄老人的日常出行对轮椅有比较大的依赖,使得社会对轮椅的需求量越来越大,对轮椅的智能化水平要求越来越高。本文在传统电动轮椅的基础上,对轮椅的控制系... 详细信息

根据我国近些年人口统计数据,2018年我国65岁以上人口总数占比达到11.94%,这些高龄老人的日常出行对轮椅有比较大的依赖,使得社会对轮椅的需求量越来越大,对轮椅的智能化水平要求越来越高。本文在传统电动轮椅的基础上,对轮椅的控制系统结构进行优化设计,利用多传感器数据融合等技术实现了轮椅在室外环境下可以沿路沿进行自动驾驶,大大降低了轮椅使用者在室外环境下的操控难度和工作强度。由于路沿的形态并不是一个准确值,在不同场景下路沿特征的高度、宽度、形状都会有较大差别,再加上障碍物对路沿特征的遮挡等问题,这给数据采集、路沿识别都带来了很大的难度。本文从硬件系统、规整路沿下的导航以及复杂路况下的导航三个方面设计并实现了智能轮椅沿路沿的自动驾驶。本文的硬件系统采用模块化设计,分为主控模块、激光雷达模块、测距模块。主控模块负责对系统整体资源的调控;激光雷达安装在轮椅前方用来探测前方路面信息以及障碍物信息;测距模块在轮椅四个方向都有,主要负责探测轮椅与环境的距离信息。三个模块相互配合,实现对周边环境信息的感知和处理。规整路沿的自动驾驶是结合了激光雷达以及改进的人工势场法实现的。本文建立了导航、传感器、轮椅三个坐标系,将传感器获取到的数据进行整合。激光雷达获取的点云数据经过滤波、筛检等预处理后,使用圆弧建模将数据映射到二维平面,结合横向索引和径向索引从点云图中识别路沿特征,最后使用RANSAC算法进行拟合,获取路沿线的准确位置。在人工势场法中引入路沿势力场使其更满足场景需求,实现了路沿特征比较明显的情况下的沿路沿自动驾驶。复杂路况下的自动驾驶使用了模糊神经网络的算法进行导航。因外部环境的不可控因素导致传感器系统无法获取路沿准确位置的信息,本文采用了一种基于模糊神经网络的沿路沿自动驾驶方法,通过监测轮椅两侧与路沿的距离数据以及变化趋势,控制轮椅的轮速及轮速差,实现了沿路沿自动驾驶。在校园环境下经过多次测试,本文设计的沿路沿自动驾驶系统能够在多种环境下成功控制轮椅沿路沿行驶,基本达到轮椅使用者人工控制的驾驶效果。

关键词：轮椅自动驾驶导航激光雷达模糊神经网络

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轮椅上的书法苦旅

文艺生活（艺术中国） 2018年第5期 94-99页

作者：陈溪荷

杨文彪1978年九月生于湖南新化炉观镇，1994年考入湘西自治州机电学校。1997年一场意外导致脊椎受伤造成截瘫，从此开始学习书法，在浩如烟海的古今书法名帖中，先后学过颜真卿、赵孟颊、文徵明、二王、钟繇、智永、祝允明、王宠等，尤... 详细信息

杨文彪1978年九月生于湖南新化炉观镇，1994年考入湘西自治州机电学校。1997年一场意外导致脊椎受伤造成截瘫，从此开始学习书法，在浩如烟海的古今书法名帖中，先后学过颜真卿、赵孟颊、文徵明、二王、钟繇、智永、祝允明、王宠等，尤在钟繇二王及隋唐写经上多有用功。作品入展全国第四届青年书法篆刻作品展、首届中国作家书画展、中国作家书画研讨会论文作品展；2017年作品获“新疆齐鲁文化杯”首届“翰墨兵团——书香圃场”全国书法作品三等奖、第二届中粮华夏“长城杯”书画作品展三等奖、“正山堂杯”全国第三届茶文化书画作品展金俊奖。

关键词：书法篆刻书画作品展轮椅中国作家湘西自治州书法作品齐鲁文化书画展

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轮椅、拐杖、助行器购买使用全攻略

中老年保健 2023年第6期 16-25页

作者：崔婷捷中日友好医院康复医学科

拐杖、助行器、轮椅是很多老年人晚年生活的重要支持,老年人怎样才能选购到适合自己的移乘类辅助器具并安全使用呢?本文我们就从购买、使用、安全隐患、日常维护等方面来给大家做一个全面的介绍。

关键词：助行器辅助器具晚年生活日常维护轮椅拐杖安全隐患购买