多功能智能轮椅

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　　0 引言
　　医疗卫生行业在轮椅研发方面存有一定的缺陷，不但影响了残疾人的正常行动，并且从科学性层面上也不能满足日常行为的需求。现阶段笔者对原有轮椅做出规划整改，其中包括：科学性、先进性以及实用性，都比原有的结构方式简单化，并且又能满足残疾人的生活需求。
　　1 多功能智能轮椅优势特点
　　1.1 科学性、先进性、实用性
　　科学性：考虑腿残（瘫）人的健康及其他状况，“行走”、机械手控制和床椅互变均设遥控和自动控制两种模式，且两者切换简单，拥有三自由度机械手, 适合障残人士使用。自动巡线”行走”时，设置有遇障蜂鸣并延时再自动清障, 能自动识别交通指示灯，还有进医院后再蜂鸣( 叫医生)并自动椅变床等功能，适应了自动巡线”行走”的实际情况, 体现了科学性。先进性：采用当今流行的Arduino 模块作为智能轮椅、遥控器和交通灯的核心部件, 采用 Arduino 和nrf24L01无线模块来实现稳定遥控控制. 利用3D 打印技术，设计并生产机械结构部件。实用性：本项目可开发成机器人玩具和机器人竞赛项目, 也可以开发成腿残（瘫）人的实用生活伙伴, 具有实用性。
　　1.2 项目的创新性
　　“行走”、“机械手控制”和“床椅互变”均设有遥控和自动控制两种模式，还具有自动“识别交通指示灯”、自动“驱障扫障”和自动“报警”功能；Arduino 开源平台作为机器人、遥控器和交通灯的核心处理装置, 其中遥控控制和交通灯自动识别是通过nrf24L01无线模块发送和接收信号，再通过Arduino 模块的控制实现相关功能；其次还利用了3D 打印技术设计并生产相关机械结构部件。
　　2 多功能智能轮椅组成结构
　　2.1 机械部件
　　除轮胎外，机械手、床椅装置、托盘、按装底盘等机械部件主要利用3D 打印技术设计并生产。
　　2.2 电路结构
　　其中智能轮椅以Arduino 2560为核心处理器，连接的外设有4 个舵机（其中
　　3 个舵机用于机械手、另外1 个舵机用于
　　变形椅）、蜂鸣器（用于鸣叫报警）、L298N驱动模块（用于驱动电机）、超声波模块（用于检测障碍物）、光电传感器（用于巡线）、nrf24L01无线通讯模块（用于无线通讯, 接受遥控器信号和交通灯信号）。
　　具体电路如下图示。

　　遥控器和交通灯均以Arduino UNO为核心处理器，其中遥控器用于操纵机器人前进左右、机械手3 个自由度的动作、
　　微动开关共10个，模式切换和变形采用2P 拨码开关； nrf24L01无线模块用于实时发送信息给机器人。交通灯有红灯和绿灯和用于倒计数的7 段数码管；nrf24L01
　　无线通讯模块用于实时发送红绿灯信息给机器人。
　　3 智能轮椅方案演示及效果分析
　　智能轮椅方案测评: 两平方米场地分室内和室外两部分，室内设计有两物品分别为垃圾和食物（饭盒），室外设置巡黑线路径到医院，路途分别设置有障碍物、垃圾场、又一障碍物、红绿灯。假设老人精神状态良好，先遥控床变椅，预示一天的开始，它可以在室内遥控自由行走，然后还可以通过遥控机械手检拾食物（饭盒）和垃圾上车；若瘫痪老人生病时，切换到自动巡线模式自动送老人到医院，路途中，它先遇到一个障碍物，蜂鸣停几秒给障碍物让路时间，再用机械手拨开障碍物，接着经过垃圾场，可遥控扔掉垃圾和空饭盒，再遇到另一个障碍物，蜂鸣停几秒给障碍物让路时间，再用机械手拨开障碍物，还接着路经交通指示灯，通过nrf24L01无线模块接收色光信号（由0 和1 表示），
　　经arduino 模块实现绿灯走红灯停；到医院前（门口）先停再前进（进到医院）蜂鸣（叫医生）再自动”椅变床”，结束任务。
　　方案分析: 机器人、交通灯和摇控器均采用开源的arduino 模块为主控制芯片，其中机械手由三舵机控制，实现捡拾、扔除物品和清除路障功能；床椅变换由一舵机控制；遥控功能和红绿灯信号识别均由nrf24L01无线模块发送和接收信号再由Arduino 模块实现控制，在障碍物、垃圾场、医院等处均通过光电传感器识别标记实现停车。
　　智能轮椅演示效果：经过反复调试,实验能较好完成项目方案的相关任务, 展示好设定的各项功能, 达到预期效果。 具体有: 室内先遥控”床变椅”，预示一天的开始，它可以在室内遥控自由行走，然后还可以通过遥控机械手检拾食物（饭盒）和垃圾上车；若瘫痪老人生病时，切换到自动巡线模式自动送老人到医院，路途中，它先遇到一个障碍物，蜂鸣停几秒给障碍物让路时间，再用机械手拨开障碍物，接着经过垃圾场，可遥控扔掉垃圾和空饭盒，再遇到另一个障碍物，蜂鸣停几秒给障碍物让路时间，再用机械手拨开障碍物，还接着路经交通指示灯，通过nrf24L01无线模块接收色光信号（由0 和1 表示），经arduino 模块实现
　　绿灯走红灯停；到医院前（门口）先停再前进（进到医院）蜂鸣（叫医生）再自动”椅变床”，结束任务。
　　4 结语
　　本项目团队成员2014年参加过广州大学主办的arduino 技术和三D 打印技术培训，还参加过2014年度广东科学中心创意机器人特训营的培训活动，代码的设计和机械部件的三D 打印在广州大学机器人实验室师生帮助下完成。
　　【参考文献】
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　　[3] 张毅，代凌凌. 基于SEMG 控制的智能轮椅无障碍人机交互系统[J].华中科技大学学报，2011,02（27）：81-82.
　　[4] 陶永，王田苗. 基于分层POMDP 的智能轮椅行为控制方法[J]. 高技术通讯，2010,12（06）：22-23.
　　[5] 何清华，黄素平. 智能轮椅的研究现状和发展趋势[J]. 机器人技术与应用，2003,12（65）：11-12.
　　　　

李小路

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