多模态人机交互智能轮椅的设计与研究*

王北一 ，欧阳湛锋，周昕伟，周梓茵，郑志鹏，刘小玲，古颖康

（广东职业技术学院，广东 佛山528000）

随着人口老龄化、慢性疾病和意外伤害等因素的增加，我国残疾人口数量逐年增加，越来越多的人陷入步行能力减弱甚至丧失的困境。根据中国残疾人联合会公布的有关2018年末残疾人口数量的推算报告，我国仍面临着较大的残疾人口规模，且致残原因呈现多样化和复杂化。

智能轮椅作为国家康复工程的重点项目之一，受到各界人士的重视与支持。因此，开发出功能全面、安全可靠、性价比高的智能轮椅来惠及老年人和残疾人，将对提高他们的生活质量，增强其自理能力，促进社会主义和谐社会的建设具有重要意义。但是目前很多传统的轮椅制造厂商技术研发能力有限，没有专门的技术部门来研究多种交互方式的技术以及将交互方式进行模块化设计和生产。因此将各种交互方式技术模块化并整合到智能轮椅的控制之中会有很大需求，同时也会为传统的轮椅制造厂商带来巨大的经济效益。

1 产品技术路线

通过分析和对比各种电动轮椅系统，根据产品的应用范围，我们选择以STM32为处理核心，设计一款具有多种人机交互模式和辅助功能的智能轮椅。具体的技术路线如图1所示。

图1 产品技术路线

本产品的核心技术为多种人机交互模式的设计，其中包括头动控制的人机交互模式。辅助设计包括距离检测和报警功能。

头动检测基于传感器的工作原理，目前比较流行的物体姿态算法为四元数法，本产品采用四元数法将三轴加速度和三轴角速度的原始数据转换为目标姿态数据，利用低通滤波去除原始数据的干扰。……