这些研究人员在2020年从美国国家科学基金会(NSF)获得了150万美元的资助。有了这些资金,他们打算开发这种新型轮椅。两年后的今天,该项目已经制造出了一个工作原型,并申请了一项专利。
据该大学网站介绍,他们的目标是打入自19世纪第一项专利以来就没有太大变化的轮椅市场。
“手动轮椅的使用者,由于这种传统的设计,有很多问题。”说Elizabeth T. Hsiao-Wecksler,机械科学与工程系教授。“这种轮椅很难适应狭小的空间,(轮椅)需要双手推动,70%的手动轮椅使用者会经历上肢过度使用损伤,可能导致无法使用手动轮椅。电动轮椅可以解决这些问题,但它们通常很重,很大,很贵,而且很难操纵;大多数有能力的人都会使用手动轮椅。”
关于PURE轮椅
伊利诺伊大学的团队开发了PURE——“个性化独特的滚动体验”。
据该团队介绍,这款免提轮椅的运行方式类似于赛格威,驾驶者可以向想要的方向倾斜。独特的是,PURE基于动态稳定的基于球的机器人(球型机器人)的概念,在一个球或球形轮子上滚动。它采用全轮系统来驱动和控制球形车轮。
PURE自动在三种驾驶行为之间转换:转向、旋转和滑行。转向和旋转与典型的轮椅相似,而滑动则允许用户横向移动,就像坐在滚动的办公椅上一样。为了适应一些用户有限的躯干运动范围,PURE使用传感器来估计倾斜和扭曲的运动。它放大这些信号来控制圆球机器人的方向和速度。
伊利诺斯州残疾研究和教育服务部男女轮椅田径赛总教练亚当·布莱克尼说:“PURE的开发一直遵循我们的不变原则——它重量轻,占地面积小。”“我们希望确保目前手动轮椅使用者的独立性不会受到PURE的限制。如果我们要开发一种免提设备,它太重了,以至于用户无法轻松地将其搬入或搬出他们的车辆,或者它太大了,以至于无法在典型的生活空间中移动,我们就会错过目标。任何影响目前独立性水平的设备都不会在日常生活中使用。”
关于发展
该团队于2018年在丰田移动无限挑战赛上推出了第一代原型车,开始了该项目。他们没有赢得比赛,但继续在这个项目上努力,最终赢得了国家科学基金会的资助。
第二代PURE原型车可以支撑大约60公斤(130磅),移动速度高达2.3米/秒,从1.4米/秒开始制动只需2秒。它的宽度只有使用者的臀部,高度相当于一把标准桌椅。研究人员表示,这提供了“比电动或手动轮椅更小的足迹。
据研究人员介绍,该团队设计了一个虚拟现实模拟来测试控制和训练用户。他们还创建了一个虚拟障碍训练场来帮助用户练习。用户还可以修改圆球机器人的控制灵敏度,以适应系统。
研究人员说,去年夏天,10名身体健全的人和10名手动轮椅使用者测试了第二代原型。萧-韦克斯勒称这次测试是成功的。该团队最近将原型机带到贝克曼高级科学技术研究所的能力设计工作室的开幕式上。
“(应用健康科学学院负责发展的助理院长)吉恩·德里斯科尔(Jean Driscoll)跳上原型车,立即开始驾驶。我们甚至没有完全为她校准——它仍然是为活动范围较小的人校准的,”萧-韦克斯勒说,“但是,它的表现完全符合我们的预期,因为你可以坐在它里面,感受有机运动,并用你的身体来驱动它。”
该团队现在的目标是改进他们的设备。他们计划使用机器学习视觉系统开发高级驾驶辅助。这有助于保持路径、避免碰撞和自动控制停车。他们的目标是未来的原型来解释用户输入和障碍物检测,以安全指导用户。
这个团队
该项目的多学科团队包括来自格兰杰工程学院、美术与应用艺术学院、卡尔伊利诺伊医学院和应用健康科学学院的众多教职员工:萧-韦克斯勒,他也是卫生保健工程系统中心的临时主任;来自艺术+设计学院和卡尔伊利诺伊医学院的工业设计教授和合作pi Deana McDonagh;来自工业和企业系统工程系的临床副教授和合作pi Bob Norris;助理教授João Ramos在MechSE;残疾研究和教育服务部(DRES)男子和女子轮椅田径总教练亚当·布莱克尼;Jeannette Elliott博士,DRES的首席物理治疗师;DRES退休主任Pat Malik博士;还有许多来自校园各处的研究生和本科生。
布莱克尼说:“组建这个团队的动力是利用校园的专业知识,增加像我这样的日常轮椅使用者经常被边缘化的空间和体验。”“标准的超轻手动轮椅无疑在许多方面都很出色,在日常生活中提供了更高的独立性。与此同时,推动手动轮椅的行为妨碍了手在移动时从事其他更有意义的活动——例如与爱人牵手散步,端一杯咖啡,在房子里走动时抱着一个蹒跚学步的孩子。这些都可以通过PURE实现。”
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