基于情感陪护的智能电动轮椅设计研究

一、引言

伴随着我国老龄化进程的不断加速以及残疾人数量的增长，对于残疾人辅助器具的需求也不断提升，不仅需要其功能完成，更需要其更具人性化与智能化。基于情感陪护的智能电动轮椅，一方面拥有智能轮椅的控制技术，如机器视觉、模式识别以及导航定位等技术；另一方面也拥有人机对话、自主导航等情感理念的控制技术。通过情感交互来实现人性化的功能与操作，提升使用者的生活质量 [1]。因此，本文探讨了基于情感陪护的智能电动轮椅的优势及关键技术、具体设计等，以期能够为智能电动轮椅的功能拓展以及使用者生活质量的提升提供一定的参考。

二、基于情感陪护的智能电动轮椅的优势

（一）实用性强

基于情感陪护的智能电动轮椅的设计，首先要突出情感功能，充分分析残疾人士及老年人的需求，体现出人机交互的特征。同时，智能电动轮椅需要遥控控制，或者利用语音控制等方式，提升人机交互的水平 [2]。或者，智能电动轮椅也可以经过系统分析，实现自主避障与导航等。通过对以往路线的分析及常用功能的记忆等，自主评估使用者的需求，实现自动化控制。多种操作模式自由切换，对于使用者而言更具便捷性。在具体的使用过程中，一般要满足日常的行走需求，同时也可以通过折叠变为躺椅或者轮椅。

（二）智能化水平高

信息技术的不断发展，使得物联网技术也实现了创新。机物信息交互能够充分响应控制信息节点，体现在智能电动轮椅中运用单片机及外置模块来实现对使用者身体素质的监测。如为了保障使用者的安全，通过温度感应与监控感应灯灯，对使用者的心率进行监测。其次，充分利用 wifi 连接的方式实现智能操作，可以使使用者的家人利用 wifi 来帮助操控轮椅。另外，通过红外超声系统来实现对轮椅速度的控制及障碍物的躲避等[3]。

三、基于情感陪护的智能电动轮椅关键技术分析

（一）智能语音控制系统

智能语音控制系统主要是实现人机之间的互动，主要分为三部分。其一，语音识别，主要是将音频信号转变为文本信号，分析使用者所要表达的内容，满足使用者的真是诉求。其二，自然语音处理模块，即通过计算机的数据分析与计算，对数据进行处理等实现人与计算机之间交流问题的分析。最后是语音合成模块，即通过不同文字形式的信息，将其转变为便于理解的口语的形式，然后输出至使用者部分。首先，电路模块硬件设计，主要包含语音输入输出模块、主处理器模块以及供电模块、存储器扩展模块。其中供电模块所采用的实低电压的方式，能够最大限度的降低功耗。核心器件电压为 5V，非核心器件电压为 1.8V[4]。主处理器模块与语音输入输出模块的接口设计之中，所采用的实多通道带缓存串行口 MeBSP 。其优势在于传输速度快、效率高，既能够单向传输，也能够双向传输。其次，智能语音处理算法设计中，开展预处理即增加高频信号占比，便于信号频谱的后续分析。所采取的是预加重与分帧处理构成，更适用于小词汇量语音端点监测。而分帧处理则通过切割语音信号，促使信号更加稳定。

（二）爬楼运动控制系统

目前所采用的爬楼运动方式主要有三种。其一，星轮式爬楼轮椅。其优势在于克服楼梯的高度差，通过公转运动，带动小轮协同进行运动。具体而言，运用若干小轮在“Y”形或“十”字形系杆上。小轮会伴随系杆绕中心轴进行公转，以此实现爬楼功能。其二，履带式爬梯轮椅。尤其在电动轮椅中的应用较为广泛，优势在于防滑性强、着地性能高以及耐磨损等。其加装了电控履带装置，可以实现爬梯、平地行使以及过崎岖路面的功能。且各路段都可以牢牢抓地，能够攀爬坡度为 45°的楼梯[5]。其三，步进支撑式爬楼轮椅。其优势在于模仿人体爬楼的动作及方式，运用两套支撑装置，交替进行支撑，具有较强的安全性。但是该类型的结构相对复杂，成本与技术要求较高，因此无法广泛进行使用。因此本文设计过程中才用了履带式爬梯。在使用过程中，充分考虑其人机交互的控制功能，预设人为操作的控制系统，包括操纵杆、按键或触摸屏控制。其一，操纵杆是基本配置，在智能电动轮椅上也保留这一操作方式是为不同人群提供更多的选择。其二，按键或触摸屏控制，按键可控制八个方向，且精确度较高。

（三）健康监测系统

健康监测系统主要包括心率传感器、温湿度传感器以及烟雾传感器组成。传感器的组合能够实现对人体生理参数的监测，包括心率、血压、血氧等。并且能够对使用者所处环境进行温湿度、烟雾浓度的监测。如对心率的监测过程中，心率传感器的组成主要包括红光 LED、光电检测器、光器件以及低噪声电子电路 [6]。传感器的测量使用的是光电容积法，通过对脉搏光信号的监测，反映人体血管波动状态，测量脉搏波。

（四）自动避障系统

自动避障系统主要通过红外线传感器，其操作为：发射出红外线→障碍物反射→接收信号并分析是否存在障碍物。在红外线反射与未反射的时候，分别输出低电平信号与高电平信号。在探测到障碍物之后，便会输出脉冲至主控板之中，在此进行相应的处理。然后输出电信号，以此对电机驱动模块实施相应的控制，继而实现避障功能。该方案的电路设计便捷且成熟度较高，性能相对稳定，可以减少由于电路复杂而导致的避障功能无法高效开展的概率。

四、基于情感陪护的智能电动轮椅的设计与实现

智能电动轮椅的使用者可能长期脱离与人交流的环境，心理健康也需要备受关注 [7]。而智能电动轮椅设计的过程中也重视情感陪护功能的实现。在设计过程中融入了语音识别、自然语音理解以及情感计算等，实现与使用者的人机交互及情感交流。具体控制系统包含麦克风、流媒体服务器以及客户端、服务器等。其中，麦克风主要用于同使用者进行交流，通过收集音频，将其信号通过网络传输至流媒体。然后经流媒体驱动将音频信号传输至后台之中，以此进行数据分析。最后，将分析结果及指令反馈给客户端，实现人机交流。通过对话来了解使用者的心理情感，分析其实时的心率等，促使使用者体验感更强。智能电动轮椅在设计的过程中还要重视词库的建设，收录使用者喜爱的话题及内容，选择一些适当的词汇进行交流，以此提升沟通的水平。

五、结语

伴随着人们生活水平的不断提升，残疾人及老年人等对于生活质量的要求也不断提升。本文所研究的基于情感陪护的智能电动轮椅，对于提升使用者的生活质量及满足其心理需求具有积极的作用。通过融入智能情感陪护控制系统，为使用者提供更为人性化的服务，继而帮助使用者实现智慧出行。

参考文献：

[1] 姚池 ， 吕牡丹 ， 王士信 . 智能电动轮椅控制系统的软硬件设计研究 [J]. 科学技术创新 ， 2025（8）：213-216.

[2] 王卓 ， 陈骏 . 电动轮椅设计作品 [J]. 上海纺织科技 ， 2024， 52（7）：23-24.

[3] 王柏睿 ， 陈恒广 ， 高静仪 ， 张潇旭 ， 王辉 . 基于物联网技术的智能电动轮椅创新研究 [J]. 漫科学（科学教育）， 2024（3）：245-247.

[4] 康浩伦 ， 孟巧玲 ， 喻洪流 . 基于电动轮椅的越障附加机构设计与仿真分析 [J]. 建模与仿真 ， 2024， 13（3）：2781-2788.

[5] 杨果平 . 养老辅具离真正” 适老化” 尚有距离 [J]. 当代老年 ，2024（3）：223-224.

[6] 黄钟书 ， 陈云 ， 谭福琼 ， 等 . 浅谈一种电动轮椅控制器设计 [J]. 中国设备工程 ， 2023（4）：101-103.

[7] 杨奕洋 ， 甘瑜 ， 张华臣 ， 等 . 辅助站立轮椅背部推杆机构优化设计 [J].2021（4）：2-3.