满载的购物车操控起来可能很笨拙。在五金店里，拎着几袋水泥去收银台结账，试图转弯时，惯性却会把你往另一个方向推，让你显得很不协调。即使只是启动购物车，也需要克服一些阻力。一旦购物车开始移动，就很难控制方向，更别说停下来了。在日常生活和工作的其他方面，使用轮式车辆或辅助工具也同样充满挑战。用笨重的急诊室担架、病床或轮椅运送病人，需要护理人员和救护人员付出相当的技巧和努力。在那些并非为无障碍设计的道路，例如坡度陡峭的道路上，使用轮椅、助行器或婴儿车也是一项艰巨的任务。

萨尔兰大学马蒂亚斯·尼恩豪斯教授的研究团队开发的一项新技术创新，可以帮助依赖轮椅的人们更轻松地移动、驾驶和运输重物。 “只需两根手指，我们的系统就能安全地移动和操控重物。它基于智能轮和配备传感器的把手之间的交互，”马蒂亚斯·尼恩豪斯解释道。

无需额外传感器，由推进系统专家及其团队开发的车轮就能“感知”何时需要提供辅助动力，例如在弯道或上坡时，以及所需的推力大小。它们会根据需要加速或制动，并相应地调整转速，每个车轮可以独立运行，也可以与其他车轮同步运行。车轮中的电动机充当了传感器的角色。“它们为我们提供了所需的所有测量数据，这使得我们的系统特别高效且经济实惠，”马蒂亚斯·尼恩豪斯解释道。

在多个研究项目中，研究人员探索了如何从电磁驱动器中提取最大数据量：例如，电磁场在电机特定点的分布情况以及它如何随车轮旋转而变化。他们收集了车轮电机在旋转过程中产生的无数测量值，并将这些值与特定的电机状态和车轮位置对应起来。通过这些数据，工程师可以了解很多信息。数据列告诉他们车轮位置的变化情况、驱动器施加的力，以及车轮一侧的负载是否比另一侧更重。他们从收集到的大量数据中，识别出了与典型过程相对应的信号模式。

基于这些模式和数据，他们可以利用数学模型和智能算法精确绘制电机的各种状态图，从而控制驱动装置或监控其运行是否正常。“我们可以非常有效地控制车轮并监控其运行情况，”马蒂亚斯·尼恩豪斯说道。他和他的团队已为一项能够使电机数据更具意义并消除任何干扰影响的技术申请了专利。

该团队开发了一种配备传感器的新型手柄，作为与操作者的交互界面，使操作者能够直观地指示所需方向。“主控”中心集成在传感器手柄中。该传感器手柄可以安装在任何带有电动轮的设备上，例如轮椅或购物车。

该把手可测量各个方向的作用力。“我们研发并制造了一套稳健灵敏的电容式测量系统，”Matthias Nienhaus 解释道。得益于这套系统，把手能够检测其被拉动、按压、移动或绕自身轴线横向旋转时的力和角度。这使得操作者能够自然地表达所需的辅助方式。该系统还集成了手部检测功能，这意味着把手能够识别是否有人手握持，并做出相应的反应。

基于操作者通过把手传感器直观传递的方向信息，电子系统会计算出特定车轮的电机是否以及如何启动，以及需要施加在车轮上的功率，才能使其以所需的速度沿所需方向旋转。由于车轮通过数据总线系统连接，因此它们可以同步工作。“这使得可以单独控制任意数量的车轮，也可以将它们作为一个整体进行控制，从而确保即使是非常重的负载也能安全移动，”Nienhaus 解释道。

把手会将指令传递给车轮，车轮则会自动辅助推车者，例如，帮助满载的购物车平稳地转弯。急诊室担架和病床也能以可控的方式到达目的地，避免与墙壁发生意外碰撞。“一切都和往常一样，只是我们的智能车轮系统和直观的传感器激活把手让操作变得更加便捷，”马蒂亚斯·尼恩豪斯说道。

这项研究由德国联邦教育与研究部 (BMBF) 和中小企业中央创新计划 (ZIM) 资助，涵盖多个合作项目……