智慧型輪椅輔助動力系統(II);Intelligent Wheelchair Auxiliary Power System (II)

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題名:	智慧型輪椅輔助動力系統(II);Intelligent Wheelchair Auxiliary Power System (II)
作者:	林苑婷
貢獻者:	國立中央大學機械工程學系
關鍵詞:	輪椅;強化學習;強健控制;外力估測;觀測器;Wheelchair;Reinforcement Learning;Robust Control;Unknown External Force Prediction;Observer
日期:	2025-07-31
上傳時間:	2025-08-07 17:24:49 (UTC+8)
出版者:	國家科學及技術委員會(本會)
摘要:	動力輔助型輪椅的主要用途為提供手推型輪椅適當的輔助力，以幫助使用者可以利用自己的力量行動。與常見的搖桿(Joystick)操縱型的純電動輪椅之使用目的不同，動力輔助型的輪椅屬於手推力觸發的動力輔助系統，強調使用者必須自己出力之後，系統才可以提供輔助力。本計畫為多年期計畫的第二期，因考量我國正面臨高齡化及少子化問題日益嚴重，加上外勞來源缺乏問題，未來20年的長者們恐難以獲得充足的人力照顧，解決方法之一為高齡長者必須保持行動自主，樂於持續活動與運動，以便保持生理與心理的健康，並且大幅縮短臥床時間。台灣輪椅產業已具實力與規模，若能持續研發高階產品，可望持續創造佳績擴大全球市佔率，以造福更多的人群。本研究擬設計一種可以外加於傳統輪椅上的智慧型動力輔助系統，主要構想為在輪椅兩側的驅動輪各安裝一組具備電動馬達的動力模組，以摩擦力傳遞輔助動力或煞車力至輪胎。該動力模組具備創新設計機構，具備快拆機構及讓馬達自動接合或離開輪胎的創新機構設計。控制系統具備強健運動控制器以及人工智慧系統，可以經過強化學習演算法訓練後，根據所估測的使用者推動左右兩側手推環(Pushrim)的力量，線上(Online)預測使用者的行駛意圖，然後提供讓使用者感受貼心與安全舒適的最佳輔助力。根據總計畫的目標，第一年的計畫工作已經完成機構與電路硬體的建立及核心演算法的發展，產出項目包括 : 一套動力輔助動力創意機構設計與動力模組原型，一套具備智慧型動力輔助控制系統與量測系統之輪椅實體，以及一種智慧型輪椅動力輔助力控制演算法。模擬結果顯示，該演算法在使用者推力不足，不考慮輪胎打滑的條件下，可以提供符合使用者目標行駛路徑所需的安全與平滑的輔助力。延續上一年度的成果，本年度計畫將以下列各項為性能指標： (1) 安全性：User 提供足夠的推力之後，系統才提供輔助力，避免出現非預期輔助力的問題。 (2) 平順性：輔助力必須具備平順性，避免讓User感受到頓挫感。 (4) 有感：提供足夠的轉彎穩定輔助力與加速輔助力。 (5) 貼心：可以根據User 的行駛意圖而提供適當的輔助力，避免讓User有不受控制的感覺。 (6) 學習能力：加入強化學習，可以因應User不同的出力模式而給予適當的輔助力，達成貼心的目標。 (7) 輔助力控制演算法必須可應用於單晶片微處理器：演算法必須降低計算複雜度及記憶空間需求，以便可以實現於單晶片微處理機上。為了達到上述指標，本年度將以技術可產品化為目標，進一步優化輔助動力演算法，然後於實驗車上驗證性能，以便移轉產業使用。計畫預計以一年完成以下工作： (1) 輔助動力控制演算法加入輪胎驅動力控制技術，而成為驅動力控制型的輔助動力系統，避免因為打滑導致難以控制方向的安全問題，使輪椅可以延伸應用於戶外各種路況。 (2) 輔助動力控制演算法加入線上參數識別演算法以及學習能力，以便適應不同地形以及體重負載的變異。 (3) 撰寫C語言程式，將動力輔助力控制演算法實現於單晶片的控制實現於第一年所發展的輪椅實驗系統，然後進行實驗驗證性能與性能改善。
關聯:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
顯示於類別:	[機械工程學系] 研究計畫

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