子計畫一主題為『使用者導向下肢肢體障礙人士及老人之室內載具人因設計』，乃以『使 用者導向設計概念』為基礎，針對輪椅相關使用者之需求，進行人因輪椅設計。本研究依
『使用者需求』屬性及『情境模擬』、『訪談與觀察』、『新的設計思維』、『感性設計』四個 研究方向，針對室內輪椅載具設計的需求上進行分析及探討如下(如圖一)：
1. 使用者需求：
2.
不同的使用者(病患，協助者，醫生及復建人員)各有不同需求。
情境模擬：
3.
透過使用情境模擬，我們可以設身處地以使用者的角度，模擬相關的人、時、
地、物及使用過程，以投射反應真實狀態的條件並加以思考及串連，可達到貼近使用者 想法或可能遭遇之各種問題。
訪談與觀察：
4.
訪談可以深入了解使用者的需求與問題核心，而觀察則可以察覺到使用者 或是一般人看不到的問題細節，真正地接觸使用者並發現問題。
新的設計思維：
5.
透過新的設計切入點，從人因、技術、行銷等方向重新思考，找出一種 新的解決方式或新的意義表達。
感性設計：
圖一 使用者導向之屬性區別及四個研究方向
透過研究方法之概念及設計操作，本計畫在今年更著眼於室內移動載具之實務製作與 落實，本研究首先透過製作『四分之一比例模型』（如圖二所示），作為溝通之介面，於委 託廠商製作 1 比 1 全尺寸模型前，進行執行前參考與檢討基礎，並逐一系列化的對於各項 設計細節進行修改，且與各分項計畫合作，以其需求及功能之可行性，對於設計進行調整，
最後與總計畫合力將各機能整合於本設計中，待一切修正完整後，即外包廠商製作 1 比 1 全尺寸智慧型輕量化載具系統（如圖三所示）。
除了對於產品的機能、設計提出解決方案外，也從人的內心與情感感受，如 情感需求、文化議題、心理層面、認知探討等方面，透過設計方式替使用者提出更接近 實際使用需求的好設計。
圖二 四分之一比例模型製作過程與成品
圖三 全尺寸智慧型輕量化載具系統
另於智慧空間設計方面，則以伊甸社會福利基金會主辦的台灣第一屆住宅改造王友善 空間設計競賽所提供的萬芳 C 國宅平面圖進行規劃，來提供本計畫執行項目之『測試與驗 證環境』。並於今年度製作了一『1 比 5 之實體空間模型』（如圖四所示）。此一『情境展示 空間』模型呈現了下肢肢體不便者家居生活空間需求之規劃設計與情境，並確立智慧情境 空間適用之材質、色彩計畫以及無障礙空間尺度需求，並於模型底版裝設感應晶片，以提 供等比例之智慧型載具模型應執行項目之測試與驗證環境，進行智慧載具空間動態評估與 驗證。住宅各空間視機能需求不同等分項做居家環境分析評估與規劃：材質方面運用安全 建材、色彩採用具親合力及易辨識色彩以及智慧照明系統以調整空間情境。
圖四 1 比 5 之實體空間模型全區
在智慧情境空間規劃乃是結合資訊機械工程與工業設計原有的『人機互動』理論與應 用實驗發展的狀況，以期能符合目前世界各國均大力主張身心障礙者及老人應該盡量在其 家庭或一般社區等熟悉的居住環境中生活的主張。
子計畫二之『智慧載具設計』著力於坐姿變換機構以及輪椅移動平台兩部分，以下即 針對過去在此兩部分上所做過之研究及發展作探討。為使輪子轉動方向能與輪椅移動方向 維持一致且符合輕量化的目標，輪子整體機構設計主要是由一顆減速比 1/100 的馬達搭配 傘齒輪與皮帶輪所組成的齒輪箱，如圖五(a)所示。本計畫單輪電動腳輪模組也不是由馬達 直接驅動，而是靠齒輪箱的傳動機構來傳遞動力驅動，齒輪箱的傳動機構是由齒輪箱內部 轉速比 1:1 的兩顆螺旋傘齒輪搭配齒輪箱外殼上轉速比 1:1 的時規皮帶輪(timing
pulley)[26]所組成。單向軸承則是安裝到齒輪箱的外殼上，使第一傳動軸通過單向軸承即 可達成單一馬達具備轉向與前進的功能。以下為動作說明:當馬達正轉時，第一根傳動軸通 過為空轉狀態的單向軸承轉動，軸旋轉帶動上時規皮帶輪轉動，透過皮帶帶動下時規皮帶 輪傳遞動力到第二根傳動軸上。由於輪子固定住在第二傳動軸上，故當第二根傳動軸旋轉 將驅動輪子前進，如圖五(b)所示。當馬達逆轉時，第一根傳動軸通過為鎖緊狀態的單向軸 承，使第一根傳動軸無法轉動，而使傳動軸上的傘齒輪與馬達軸上的傘齒輪互相固定住。
此時因第一傳動軸無法旋轉故輪子亦無法旋轉，但整組輪子會隨著傳動軸繞著馬達軸心旋 轉(如圖五(c)所示)。
邊倚靠功能之滑側扶手、左右框架以及後輪框架等部分，圖九為此輪椅在外型製作完後之 照片。
圖九 輪椅烤漆前正面 輪椅烤漆前側面圖 輪椅烤漆後正面圖 輪椅烤漆後側面圖
針對『個人化載具行為分析與預先警訊系統』部分，子計畫三提出無接縫式遠距照護 生理監測，以改善接觸式感測器因接觸不良而造成漏感應到生理參數致疏忽受照護者被監 測之狀況，本計畫今年主要目的如圖十所示，為生理參數感測及視訊分析感測為相輔機制，
當受照護者手掌放置生理參數感測把手將可提供生理參數量測（如：心跳、血壓等參數）， 並且透過安裝於手把旁的針孔攝影機來監測受照護者之狀態(如：受照護者外在行為)，供 受照護者可被無接縫式掌握生理資訊，以防範突發狀況之發生，並可於內嵌式處理系統分 析信號以掌握受照護者之狀況，並回傳生理信息予醫療單位供醫護人員診斷，若系統發覺 行為(包括生理參數或生理狀態)異常則發送警告信號通知醫護人員並採取適當措施。如圖 十一所示為無縫式監測兩模組之使用及訊號示意，當使用者之手掌有接觸生理感測器時將 可確實判讀生理參數，若手掌為離開感測時，將採用視訊分析依生理狀態作為判斷依據，
分別為參數異常高或低與使用者出現可疑行為(為不常出現之狀態)將立即發出警訊。
圖十 利用多感測之無接縫式遠距照護系統 圖十一 互補式感測機制
子計畫四之室內載具定位及自主導航，為了使輪椅在室內環境下能夠自主的移動，輪 椅需要以幾何或拓撲的方式去建立環境地圖模型，不同的導航技術幾乎都是根據這兩種地 圖所發展的本計畫中主要研究拓撲式的導航技術，特別是基於影像序列的視覺導航技術。
這項導航技術的靈感源自於人類與動物，在沒有真正公制化的地圖資訊下能夠經由儲存所 看到的影像序列來當作導航的資訊進行導航的動作。一開始輪椅需要被指引一條路線來建 立出工作環境的影像序列，建立完成後，便可以在相同的路線下做自主導航。在本計畫中，
在影像序列裡的每一張影像都稱為參考影像而參考影像的位置點被稱為航點。在本計畫中，
為了減少導航時間與參考影像的數量，我們在之前的工作上加入了 log-polar 轉換的影像比 對方法來找到較大尺度差異的兩張影像間的對應區域，特別是針對當 SIFT 特徵無法被正確 的對應時。當輪椅往航點導航時，導航的行為被分為兩種模式:一種為能快速移動輪椅但犧 牲導航準確度且採用 log-polar 轉換的導航模式，另一種為採用 SIFT 特徵比對較精準但緩 慢的導航模式。本計畫提出的導航方法在輪椅上裝載著朝向前端的一般攝影機做了測試。
實驗結果顯示輪椅在高速移動下可以減少過去工作的一半導航時間，而其精準度與之前的 工作是一樣的。
本計畫建立之基於影像序列的導航系統主要目的為減少相同導航路線下參考影像的數 量以及導航時間。大部份影像序列的導航系統中常常被研究的是用於兩連續航點間導航的 視覺歸位。航點可以根據其功能分成服務航點，交界航點以及中途航點。服務航點代表一 個輪椅提供服務的重要位置，例如一個運輸機器人提取或卸載物品的地點，以及在博物館 的導引機器人的資訊服務處。交界航點像是一個交叉路口或 T 字路口上兩直線路線的交界 處。中途航點則是用在上述兩種航點間，這兩航點間距離過長而無法使用一次的視覺歸位 來導航時，便需要在其間適量地加入中途航點。使用不同的視覺歸位演算法會使得中途航 點的數量以及位置有所改變。圖十二舉了一個在建築物裡內航點位置的例子。
圖十二 大樓群內的航點位置
透過設計一個能使機器人從較遠離目的航點的視覺歸位演算法，可以減少所需的相同 長度的路徑上所需中途航點的數量，進而加快導航速度。對於視覺歸位演算法而言，相鄰 航點間必須確保著一個最少的對應特徵數量，才能從特徵對應中計算出 epipolar 幾何與 homography 進而推算導航角。在這個最少的對應特徵數量限制下，機器人僅有在目標航點 後方的一個有限範圍區域內才可以保證採用視覺歸位演算法來導航制目標航點。圖十三是 一對尺度差異過大的影像。在這個例子中由於過大的尺度差異，即便採用 SIFT 特徵也無法 找到足夠對應的特徵點來計算 epipolar 幾何。因此在這個例子中，至少還需要一個中途航
透過設計一個能使機器人從較遠離目的航點的視覺歸位演算法，可以減少所需的相同 長度的路徑上所需中途航點的數量，進而加快導航速度。對於視覺歸位演算法而言，相鄰 航點間必須確保著一個最少的對應特徵數量，才能從特徵對應中計算出 epipolar 幾何與 homography 進而推算導航角。在這個最少的對應特徵數量限制下，機器人僅有在目標航點 後方的一個有限範圍區域內才可以保證採用視覺歸位演算法來導航制目標航點。圖十三是 一對尺度差異過大的影像。在這個例子中由於過大的尺度差異，即便採用 SIFT 特徵也無法 找到足夠對應的特徵點來計算 epipolar 幾何。因此在這個例子中，至少還需要一個中途航