1. 前言
人类因医疗科技快速的发展，寿命能比以往更长更久；随着老年人口的不断增加，相对的轮椅的发展也日趋重要了，然而对于这些年长而行动不便的使用者而言，轮椅及轮椅辅具已成为生活中不可取代的代步工具(徐正会、陈国桂2007)。一般市售的轮椅在发生碰撞之后却没有相关的安全保护措施装置来保护乘坐在上面的使用者，因为外面所贩售的轮椅并没有加装安全装置，只有简单的像是折弯手把、杀车装置、坐椅等相关设备(杨茗棠、黄保山2005，张凤珠2008，张凤珠2010)，都是需要他人从旁协助行动才能确保安全。
有关电动轮椅速度控制增加使用时之安全性的研发，列举如下：刘虣虣、廖进荣、林圣贤(2000) 发明一种电动轮椅车安全辅助煞车装置，于轮椅马达设有电磁煞车器、减速机构及马达电枢电路，使轮椅可藉由电磁煞车器锁住马达，进而达到辅助煞车及确实增进行车安全之目的者。谢世甲、林倚男( 2005) 发明一种电动轮椅之定速控制装置，可将一电动轮椅之速度控制在一定范围内，当该电动轮椅设置有此定速控制装置时，可提升乘坐者行进之操控性、安全性与舒适性，更提升产品的竞争力。林梅英(2007)发明一种电动轮椅之控制方法,,该电动轮椅控制器系以实际侦测到的脉波数变化比较判断电动轮椅目前是处于平地行进的状态还是处于上/下坡的状态;如处于平地行进状态则控制程式跳回正常速度控制回路继续执行；如处于上坡或下坡状态,则控制程式跳至上坡或下坡判断式中进行比较与判断；借此，以供控制电动轮椅顺畅地行进于各种坡段者。郭永吉、谢世甲、吴盈达、涂世旺(2009) 发明一种电动轮椅之方向速度控制装置，可以在上下坡时都能控制提供适当的动力，进而令该电动轮椅于高低起伏、颠簸不定的地面移动时，也能维持适当速度且保持整体稳定性。
轮椅乘坐者通常体弱多病，反应较慢，手动轮椅遇到下坡的时候有可能会来不及反应，或者是根本来不及刹车，对老人家或者是上肢比较没力者一直用手去刹车其实是很吃力的，而且手掌也有可能因为这样而受伤。本作品之研发动机在于发展出一套轮椅下坡定速装置，使手动轮椅在下坡路段时，能以定速来行驶，增加轮椅下坡的安全；另一设计乃在椅子下方设置重量感测装置，扶手上设有煞车控制按钮，用以控制煞车系统，平常无人乘坐时，煞车锁住以利使用者乘坐或起身，轮椅不会滑动。当重量感测装置侦测到乘坐者之重量并由扶手上的煞车控制按钮解除煞车，煞车系统才会关闭，轮椅可以开始行驶。而在非乘坐状态下，使用者若想移动轮椅，可操作椅背手之按钮开关，解除煞车系统，把轮椅移至其他地方。
2. 工作原理
2.1 工作原理及功能
本研究主要功能乃在于运用一些设计巧思，为达到乘坐者确实已经坐上轮椅才能行走，所以在椅子下装有重量感测装置来确认乘坐者是否坐稳，乘坐者确定坐好，即可自行解除扶手上的煞车按钮，轮椅才可以移行。轮椅在下坡路段时，能以定速来行驶，增加轮椅下坡的安全。此轮椅下坡定速装置具有侦侧路面环境，斜坡角度及轮椅行驶速度等功能，将此测量资料经由控制晶片运算处理后，产生控制讯号驱动煞车装置，产生适当之制动力，达到定速效果，增加轮椅下坡时之安全性。 「轮椅下坡定速装置」，以加速度规测量斜坡角度，光编码器测量轮椅速度，将此测量资料送往控制晶片，产生控制讯号驱动定速装置达到定速效果。
2.2 主要核心功能
本作品采用盛群HT66F50控制IC之数位与类比输入功能读取重量感测装置，斜坡角度及轮椅行驶速度等资讯，此测量资料经由HT66F50控制晶片运算处理后，产生控制讯号驱动煞车装置，产生适当之制动力，达到定速效果，增加轮椅下坡时之安全性。
3. 作品的结构
本文主要特色包含：斜坡角度侦测装置，轮椅行驶速度侦测装置，HT66F50控制晶片与电路及减速装置。分述如下：
3.1斜坡角度侦测装置
轮椅内加速规是用来侦测路面的角度，当路面倾斜时，加速规测得重力加速度之类比讯号可转换成倾斜角度。
3.2轮椅速度侦测装置
轮椅行驶速度由光学编码器侦测，光学编码器主要构成为一个可旋转圆盘，其周围边缘有许多细缝之槽孔。在圆盘的一侧放置光源，另一例放置光感测器。当圆盘旋转时，光感测器即接收到on-off的脉波，计算脉波的速度，即可计算出轮椅行驶速度。
3.3减速与煞车装置
轮椅在下坡的时候，摩擦轮利用马达反转的动力，增加摩擦轮与轮之间的摩擦力，让大轮可以减速，而维持同样的速度。
3.4煞车控制装置
包括把手与扶手设有煞车控制钮，可控制煞车，让使用者乘坐或起身时，轮椅不滑动，避免发生跌倒碰撞。 。结合以上安全装置，便可大大提升轮椅使用者的安全性与便利性。
3.5控制晶片与电路
包含一单晶片微控器及感测器与驱动器之控制电路。本作品之程式架构与线路图(如图8、9所示)。
4. 测试与结果
本作品实体图及各装置所在位置。
4.1测试项目
1. 本组作品是从一般市面上的轮椅上发现出来的缺点，加以改良成具备有高度安全并且成本较低的优良安全轮椅。
2. 以加速规侦测路面的角度，并依路面之倾斜度订定轮椅行驶之速度上限。
3. 以光学编码器正确回授轮椅之行驶速度。
4. 轮椅之定速可由控制器，马达与煞车完成。
5. 经实际测试本作品可达到于不同之斜坡产生不同之煞车力以维持行驶时之速度。
6. 重量感测装置用以辨识上方是否有乘坐者，配合扶手设有煞车控制钮，可控制煞车，让使用者于乘坐或起身时，轮椅不滑动，避免发生跌倒碰撞。
7. 在无乘坐状态下，使用者想要移动轮椅，在椅背上的手把有一个按钮开关，同时按住开关可把初始的煞车系统解除，以达到轮椅移至其他地方。
4.2结果
现今许多公共场所例如学校，公园，公家机关等…所设置的残障坡道斜度都不一样，有些斜坡角度太大的时候，会导致身障者发生翻车的危险。另外，户外休闲场所存在着更多危险环境，若无良好的安全装置将严重影响老年人外出的意愿，所以我们设计这种减速的装置可以大幅减少意外的发生，让使用轮椅的身障者或是高龄者有更安全的保障，也会让他们更乐于外出。享受美好的户外休闲活动。
本文作者为:南开科技大学 自动化工程系:沈明河 教授、林政萱、陈致诚、陈世恩、王硕廷
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