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作者:許博爾(2012-03-27);推薦:徐業良(2012-03-27)

電動輪椅提升使用者行動能力之需求及關鍵技術探討計畫書

1.       研究背景及目的

人口老化過程所引發的各種問題已經顯現,老化帶來的身體機能衰退,可能從單純生活上的不便,逐漸演變成「身心障礙」,儘管老化和身心障礙意義並不相同,但因老化導致身心障礙的趨勢則相當明顯高齡者因老化造成的身心障礙,可以靠提供適切的生活環境和輔具加以克服

下肢行動障礙是高齡者常見的障礙類型之一,輪椅則是最常見、最重要的行動輔具。根據美國國民健康訪問暨殘疾調查(National Health Interview Survey on Disability, NHIS-D)19941995年的資料顯示,65歲以上的高齡者約有90萬人使用輪椅(占總高齡者人口的19%);美國國家衛生統計中心(National Center for Health Statistics, NCHS)2004年美國境內的統計,傳統輪椅的使用者約有57.5%為高齡者。雖然兩者的統計數據為多年以前,但同樣顯示高齡者為重要的輪椅使用者族群之一。

「行動能力(mobility)」是高齡者要能享有高品質的晚年生活,最基本的需求之一,然而使用輪椅的高齡者往往上肢也過度虛弱而無法自行推動輪椅,還是需要照護者協助推動輪椅,使用一般輪椅並無法幫助提升高齡者獨立行動能力。使用者上肢力量無法自行推動輪椅時,使用電動輪椅是一個可能的選擇,然而操控電動輪椅時操作者必須能夠準確感測周遭環境、預測可能的障礙或危險,然後操作一支搖桿或其他輸入裝置來控制電動輪椅,對大部分使用者來說,電動輪椅的操控方式困難度仍然相當高

隨著相關技術的進步,對於如何有效地以電動輪椅提升使用者的行動能力可以有更多元的設計思考,例如工業技術研究院基於對輪轂馬達的研究成果,規畫進行「電動助推輪椅」的開發,期望藉由較傳統電動輪椅更輕巧、同時具有動力輔助輪椅推行之設計,提高使用者操作的方便性與行動能力,提高社會參與及生活品質。

目前國內並無類似電動助推輪椅的市售商品,但有部分相似的研究,如獲2007年「國家新創獎」學術研究組獎的手輪馬達電動輪椅(圖1),其將一般手動輪椅的手扶圈與輪轂馬達的轉子結合,當使用者轉動手扶圈時,輪轂馬達產生扭力減少使用者的施力,達到助推之功能。美國專利U.S. Patent 7,828,101U.S. Patent 7,721,835,專利名稱同為Self-propelled wheel for bicycles and similar vehicles,則揭露相同設計概念,但應用於自行車的助推技術,值得注意的是兩者皆在實施例中說明可應用於輪椅上。圖2-a說明U.S. Patent 7,828,101的設計是直接將輪轂馬達整合於自行車前輪中,而圖2-b則說明U.S. Patent 7,721,835是設計一可加裝於自行車前輪的助推機構。美國專利U.S. Patent 5,860,487,專利名稱為Electrically assisted vehicle,也同樣申請具助推概念的輪轂馬達控制技術,但不同的是其將自行車、輪椅的應用領域以附屬項的方式申請,對應用於輪椅的技術保護效果較佳。

1. 手輪馬達電動輪椅

2. 自行車助推設計

如以「輪轂馬達(hub motor, disk motor, thin motor, etc.)」為關鍵字,在美國專利資料中不分欄位進行檢索,符合條件之專利共有8,372件專利,同樣的檢索條件加入「輪椅(wheelchair)」再次檢索,則僅有127件專利,顯示現階段產業界的研發可能仍集中於輪轂馬達本身的技術上,對於以輪椅的應用著墨較少,且對應用於輪椅的欲解決問題闡述可能也較少;同樣的檢索條件以Web of Science進行文獻搜尋,也有相同的情形,顯示兩者資料的趨勢相當。因此本計畫建議將檢索之標的擴展至電動輪椅甚至是一般手推輪椅,並以行動能力為技術重點,以求資料的完整性及正確性。

本計畫即以工業技術研究院輪轂馬達於電動助推輪椅應用的思考出發,結合元智大學老人福祉科技研究中心研發經驗,針對電動輪椅提升使用者行動能力的相關技術之研究文獻與專利,進行使用需求、技術發展等資料的蒐集與歸納,透過相關資料中的欲解決問題(task)及對應的技術手段(method),協助定義電動輪椅提升使用者行動能力的關鍵技術與創新功能規畫。

2.       計畫執行流程與預期成果

計畫需求項目

本計畫執行有下列重點需求項目:

Ÿ   針對研究文獻與專利(美國、歐洲、日本、與台灣)兩類資料進行搜尋,並確認關鍵字;

Ÿ   使用者於行動能力之需求探討;

Ÿ   資料中所敘述之欲解決問題歸納;

Ÿ   資料中針對問題所採取之解決技術歸納;

Ÿ   針對提升行動能力可能之創新功能設計建議;

Ÿ   資料分類及表示方式確認。

計畫執行流程

如圖3所示,成功的產品設計思考必須由使用者需求(human desirable)、科技可行性(technology feasible)、與商品化可能性(business viable)等三面向同時進行設計思考,本計畫將以三面向為資料分類依據。

3. 設計思考[IDEO(http://www.ideo.com) CEO Tim Brown]

Ÿ   使用者需求:以探討及歸納使用者的實際需求與輪椅的實際使用狀況為主要目的,邀集具有輪椅使用者照護經驗的專家舉行座談,並配合輪椅使用者的訪談進行,同時也將納入研究文獻中所說明的相關內容,以求其完整性。考量高齡化社會的來臨以及高齡者為輪椅使用者中的重要族群,使用者需求將先以高齡者為主要調查對象,脊髓損傷或其他類型的使用者,再視需要進行調整。

Ÿ   科技可行性:藉由了解目前各研究單位對於以輪椅提升使用者行動能力的技術發展,特別針對其欲解決的問題與先前技術兩項內容,以瞭解各技術於實際應用時的情形,此部分是利用Web of Science資料庫進行文獻搜尋,透過人工閱讀的方式將文獻進行分類。

Ÿ   商品化可能性:對美國、歐洲、日本、與台灣的電動輪椅專利技術進行檢索與分析,重點放在提升使用者行動能力之相關技術,同時配合研究文獻針對問題所採用的解決方法及技術,藉以瞭解現有電動輪椅相關技術的專利狀況及技術特點,並利用專利地圖(patent map)的製作,將專利資訊做有效之組織分析,以了解電動輪椅相關的產業發展。最後,利用使用者需求與輪椅使用狀況作為達成功效,將研究文獻與專利所揭露之技術的開發動向、技術手段分類,以技術群聚的方式,分析探討各種不同族群特性,並定義電動輪椅提升使用者行動能力的關鍵技術、設計需求以及後續的研發方向。

以上敘述之執行流程具體總結如圖4,本計畫執行過程中需要與工業技術研究院進行討論與確認之事項包含有:(1)關鍵字及資料搜尋範圍討論;(2)資料檢索結果確認;(3)資料分類方式討論;(4)設計需求、研發方向討論。

4. 計畫執行流程

預期成果

本計畫目的為透過研究文獻與專利資料的搜尋,瞭解使用者對於利用電動輪椅提升行動能力的需要,從而建立設計需求與關鍵技術。依據計畫執行流程,本計畫將產出三篇書面報告,主題訂立如下:

Ÿ   研究文獻與專利之清單:包含關鍵字、檢索條件、名稱之清單。

Ÿ   使用者需求與電動輪椅於行動能力之功能需求:從工程的角度出發,將使用者需求轉化為電動輪椅於提升使用者行動能力之功能需求,以建立使用者需求與科技可行性之關係,展開後續研發流程的技術項目。

Ÿ   電動輪椅於提升行動能力之技術專利檢索與分析:針對電動輪椅於行動能力提升相關的技術撰寫專利檢索與分析報告,除專利技術內容與專利管理圖表外,還將對專利說明書內之應用領域(application)、欲解決問題(task)、使用之技術手段(method)、該專利領域已存在之先前技藝與改良技術(prior art and invention)進行說明,以瞭解科技可行性與商業化可能性的關鍵,最後則以設計思考中各面向的關係為基礎,配合工業技術研究院的目標擬訂關鍵技術的研發方向。

3.       計畫時程規畫

配合計畫執行流程,圖5為計畫時程規畫。執行期間為1014月起至10月止,計畫初期預計以三週的時間與工業技術研究院討論相關關鍵字與檢索範圍,確認後約費時五週進行相關資料搜尋。資料篩選時程分成兩部分,一部分為使用者調查與專利資料篩選,預定三週內完成,另一部分為研究文獻篩選,預定二個月內完成,兩者其中包含與工業技術研究院確認資料相關性的時間。資料分類則與工業技術研究院進行討論,規畫的時程約為三週;最後,報告撰寫的時程分為數個階段,第一階段將以一週完成研究文獻與專利清單統整以及專利管理圖為主之專利檢索與分析報告,第二階段配合研究文獻篩選時程,於二個月內完成結合使用者需求之技術群聚分類,第三階段則花費一個月將使用者需求轉為關鍵技術設計需求並撰寫報告,最後是需要進行報告修改,此外各階段進行過程將持續與工業技術研究院討論。

5. 計畫時程規畫

4.       計畫經費

1為本計畫執行經費需求。因本計畫屬性為資料蒐集與歸納,需要大量人力進行資料閱讀及篩選,同時配合專家座談、使用者訪談等,因此需求經費集中於業務費。

1. 經費需求

項目

需求經費

備註

業務費

 

 

研究人力費

 

博士生1名、碩士生2名、專題生數名

耗材及雜項費用

 

報告製作(碳粉、影印裝訂等)、差旅等相關費用

管理費

 

計畫金額之10%

合計