I detta dokument presenteras en metod för att avgöra om en användbar rullstolstillgänglig väg i en anläggning finns med hjälp av rörelseplaneringstekniker. Vi använder en "prestandabaserad" metod för att förutsäga prestandan av en anläggning design mot kraven i en byggnad kod. Detta tillvägagångssätt har fördelar jämfört med den traditionella "preskriptiva" kodbaserade metoden för bedömning av mönsters godtagbarhet, vilket är normal praxis idag för bedömning av rullstolstillgänglighet. Den normativa metoden kan vara tvetydig, motsägelsefull, komplex och onödigt restriktiv i praktiken, och det kan vara ad hoc och dif®cult att genomföra som en datorapplikation. Den prestandabaserade metoden modellerar direkt de faktiska möjliga beteendena hos en artefakt (i detta fall rullstolsrörelse) som är relaterade till det funktionella syftet med det konstruerade systemet (en byggnad) och (förhoppningsvis) till specificeringen av en normativ byggkod. I denna uppsats presenteras exempel från arkitektonisk praktik för att illustrera användningen av robot rörelseplanering tekniker för rullstolstillgänglighet analys. Denna applikation är ett exempel på att använda moderna beräkningsmetoder till stöd för kunskapsintensiv teknik. Simuleringsmetoden har bred tillämplighet inom konstruktion. Vi illustrerar och diskuterar hur man analyserar virtuella simuleringar av det detaljerade beteendet hos en designad artefakt för att bedöma dess användning av avsedda användare. q 2001 Elsevier Science Ltd. Alla rättigheter förbehålles. Nyckelord: Rörelseplanering; Handikapptillgänglighet; Rullstolstillgänglighet; Prestandabaserad analys Detta papper utvecklar en metod för att avgöra om en användbar rullstolstillgänglig väg i en anläggning finns med hjälp av datorbaserade rörelseplaneringstekniker. Ett intresse för att utforma en anläggning är i vilken utsträckning den uppfyller ett antal användbarhetsmål. I USA är rullstolstillträde i privata utrymmen ofta ett viktigt mål, och viss rullstolstillgänglighet är ett tvång som enligt lag är obligatoriskt för de flesta offentliga anläggningar. Americans with Disability Act Accessibility Guidelines (ADAAG) contai en prescriptive' specifications för att bestämma förekomsten av en giltig rullstol tillgänglig rutt samt andra mål för funktionshindrad tillgång Fördelar med att använda normativa bestämmelser inkluderar enkel utvärdering av en design med hjälp av de föreskrivna parametrarna, och en sådan utvärdering behöver ofta inte hög teknisk kunskap om speci®c analys. De normativa koderna kan dock vara tvetydiga, motsägelsefulla, komplicerade och restriktiva [6]. Lösningar som begränsas av normativa-baserade koder som ADAAG tar endast upp en bråkdel av de möjliga lösningar som uppfyller syftena eller målen för dessa koder. Eftersom det ofta är implicit, är det ofta dif®cult för både designers och kodkontroller att urskilja design intention och mål för en byggkod eller kod bestämmelse. När det gäller ADAAG är avsikten dock tydligt angiven som a1⁄4scoping och tekniska krav för tillgänglighet till byggnader och anläggningar för personer med funktionshinder1⁄4o Dessutom finns det fall där det finns en konstruktion som inte kan användas om man följer dessa föreskrifter. Som en partiell lösning på problemen med normativa byggnadskoder har många jurisdiktioner antagit eller rör sig mot antagandet av "prestandabaserade" koder. Vi använder termen "performance-based" för att antyda den prestanda som beräknas genom att simulera beteendet hos modeller (i detta fall en rullstol i con®guration av en anläggning). Till exempel, Kalifornien ger ett prestandabaserat alternativ till sina normativa-baserade energikoder [2]. I motsats till preskriptiva-baserade koder som ger lösningar som är abstrakta från konstruktionssyftet eller målet med en byggkod, prestandabaserade koder försöker direkt fånga de beteenden som överensstämmer med syftet med konstruktionskoder eller föreskrifter. Denna direkta prestandabaserade metod accepterar designlösningar som uppfyller användbarhetsbegränsningarna, inklusive de lösningar som inte uppfyller de normativa-baserade begränsningar som anges i en designkod. När ett prestandabaserat tillvägagångssätt exakt modellerar användbarheten, kommer detta tillvägagångssätt att identifiera och avvisa designlösningar som inte är användbara — vissa oanvändbara konstruktioner kan accepteras med hjälp av de preskriptiva-baserade begränsningar som anges i en designkod. I detta dokument presenteras de metoder som utvecklats för tillgänglig ruttanalys med hjälp av rörelseplaneringssimulering för att fånga beteendet hos en rullstol som rör sig. För det första ger vi en kort översikt över rörelseplanering och den teknik som används i detta arbete. Vi tillhandahåller sedan en de®nition av en tillgänglig rutt och dess komponenter. Därefter diskuteras metoder för analys av tillgängliga komponenter. Exempel på tillämpning ges för att visa fördelarna med den prestandabaserade metoden. Tillämpning av metoden för analys av en plan ges också. Slutligen avslutas detta dokument med en kort sammanfattning och diskussion för framtida överväganden. I grundläggande rörelseplanering rör sig en robot A genom ett Euclidean utrymme W (arbetsytan) representerat som R N där R är uppsättningen av reella tal, och N 2 eller 3 är den rumsliga dimensionen. Rörelseplaneraren för rullstolen antar ett tvådimensionellt utrymme där N 2: Utrymmet W är befolkat med hinder representerade som B 1, B 2, 1⁄4, B q, och rörelseplaneraren parametrar de®ned av form, position och orientering av A, B i s, och W. Med tanke på de ursprungliga och målpositioner och deras orienteringar, målet med rörelseplaneraren är att avgöra om en väg finns från början till mål positioner och, i så fall, att generera en kontinuerlig väg t genom arbetsytan W för roboten A undvika hinder B i s. Att ®nd en väg i ett utrymme, metoden ®rst approximerar rullstolen med en skiva. Sedan växer hindren isotropiskt med radien av denna skiva. Slutligen beräknar rörelseplaneraren vägar mellan givna punkter av det resulterande fria utrymmet. Resten av detta avsnitt beskriver hur vi tillämpade strategin för rullstolsproblem. Rörelseplaneraren genererar ett con®grationsutrymme C från de geometriska egenskaperna hos A, B i s och W, och den försöker skapa en väg i detta con®grationsutrymme. I det nya utrymmet C förvandlar rörelseplaneraren robot A till ett punktobjekt, och rörelseplaneringsproblemet blir ett problem med att generera sökvägen t i C. För ett 2-dimensionellt utrymme W är dimension m av con®guration utrymme C 3. Till exempel, en robot A begränsad att flytta i xy-plane W R 2 har tre grader av frihet: översättningar i x och y riktningar och orientering u. Att arbeta i con®gura-tion utrymme C i stället för arbetsytan W, begränsningarna blir mer explicit. Om rörelseplaneraren arbetar direkt med arbetsytan W, skulle den behöva utföra operationer som kollisionskontroll vid varje föreslagen vägposition i C, kollisionskontrollen har redan tagits upp för alla möjliga robotpositioner. Som rörelseplanerare kartor eller `shrinks' A till ett punkt objekt, ett hinder B i kartor till C-obstacle CB i b på att växa sin form baserad på de geometriska parametrarna för A och B i som visas i bild. 1................................................................ Den grundläggande algoritmen etablerar en referenspunkt med avseende på roboten A och spårning A runt hinder B i. Den väg som avgränsas av A beskriver C-obstacle CB i. Om A kan rotera fritt beror formen av CB i på A:s orientering. Bilda. 1 illustrerar omvandlingen av ett hinder för en C-obstakel, med tanke på en ®xed orientering av A. Genom att generera con®guration space C omvandlar rörelseplaneraren problemet med vägplanering till problemet med ®nding en jämn kurva inom C. Nu måste rörelseplaneraren vägleda roboten från startpunkten till målpunkten genom C. Latombe [7] konstaterar att med hjälp av någon typ av "potentiell ®eld" är den mest framgångsrika metoden för att styra roboten A. Den genererade potentialen ®eld styr A lden A genom att tvinga den ner lutningen från den ursprungliga punkten till målpunkten. Rörelseplaneraren discretizes C genom att de®ning ett rutnät över utrymmet och genererar potentiella ®eld värden för varje rutnätscell. Eftersom rörelseplaneraren känner till de geometriska parametrarna A, B i s och W a priori, kan den generera potentiella ®elds fria från lokala minima. Den tillgängliga ruttanalys som utvecklas i detta dokument använder en potentiellt ®eld-genererande algoritm NF1 som beskrivs av Ref. [7], som kan visas vara fri från lokala minima. Algoritmen skapar en potentiell ®eld som styr roboten A från startpunkten till målpunkten på en väg t som betar C-obstacles. ADAAG de®nes en tillgänglig rutt som: Tillhandahållande 3.5 De®nioner. Tillgänglig väg. En kontinuerlig obehindrad väg som förbinder alla tillgängliga element och utrymmen i en byggnad eller anläggning1⁄4 Utöver ovanstående de®nition föreskriver ADAAG mätningar som de®ne tillgänglighet för olika byggnadselement (t.ex. dörrar och toaletter) längs en tillgänglig rutt. En tillgänglig rutt kan därför beskrivas som en sekvens av tillgängliga flygvägssegment och, vid behov, tillräckligt avstånd vid öppningarna av kritiska komponenter i ett utrymme. Vår rörelseplaneringsteknik bestämmer tillgängliga ruttsegment i ett utrymme mellan byggnadselement (t.ex. dörrar och toaletter). Dessutom kontrolleras enskilda element för geometriska avstånd. En komplett tillgänglig rutt innehåller många tillgängliga komponenter (inklusive öppningar och ruttsegment). Rutten anses vara tillgänglig om alla komponenter i rutten är tillgängliga. Följande de®nitions de®ne termer som vi använder i den prestandabaserade tillgänglighetsanalysen: Rörelseplaneraren genererar en väg mellan en initial punkt och en målpunkt. Byggkomponenter längs den tillgängliga rutten grafkarta till R noderna: R öppna noder karta till inledande och målpunkter, R init noder karta till inledande poäng, och R mål noder karta till målpunkter. De bågar av grafen (R seg komponenter) kartan till den genererade sökvägen mellan R noderna. Bilda. 2 visar potentiella tillgängliga ruttsegment och komponenter i en badrumsanläggning och tillhörande tillgängliga graf. Vägsegment (arcs) upprättas mellan angränsande byggnadselement. Det är intressant att notera att det finns två etablerade mål noder (och två ruttsegment) för toaletten på K eftersom algoritmmodellerna tillgång till toaletten med antingen en sida eller en diagonal överföring. Dessutom är noderna A och B potentiella tillgängliga öppningar, men dörröppningarna vid C och D elimineras som potentiell R-öppen nod eftersom de inte har tillräckliga krav på klarering. Observera också att varje öppning R öppen och varje rutt segment R seg kan utvärderas oberoende. I följande, vi ®rst diskutera tillämpningen av en rörelse planerare för att fastställa förekomsten av en tillgänglig rutt segment R seg. Vi diskuterar sedan efterlevnad kontroll av komponenterna öppningar, R öppen. Slutligen diskuteras fastställandet av start- och målpositionerna för olika byggnadselement. Även om syftet med denna studie är att direkt modellera rullstolens rörelse genom ett utrymme med hjälp av den faktiska rullstolsgeometrin, försöker rörelseplaneraren ®rst verifiera A lden att det finns en "komfortabel" bredd längs rutten. För att bestämma ett tillgängligt ruttsegment inom ett utrymme utför rörelseplaneraren två grundläggande uppgifter: 1. Kontrollera att det finns tillräcklig frigångsbredd längs rutten. 2. Utgångspunkten är följande: Bestäm om en rullstolsanvändare kan förhandla om denna rutt med tanke på rullstolens förmodade geometriska och beteendemässiga begränsningar. Att det finns en tillgänglig rutt är avsett att säkerställa användbarheten av en anläggning för rullstolsbundna användare, och i de flesta fall bör rullstolsanvändaren kunna förhandla om den tillgängliga rutten med endast framåtgående rörelse. I ADAAG-bestämmelsen nedan föreskrivs breddparametrarna för rutten. För ®rst pass, fokuserar vi på den allmänna 36 in. (915 mm) krav på tillgänglig rutt. Undantagsregeln för vändning kommer att diskuteras senare för att bygga det andra passet. Den allmänna 36 in. (915 mm) breddregeln representerar inte rullstolens bredd utan föreskriver en "komfortabel" bredd för rullstolsanvändaren att förhandla. För att uppfylla bestämmelsen använder motionsplaneraren 36 in. (915 mm) skiva för att beskriva geometrin hos roboten A 36. Med tanke på arbetsytan W som bestäms av utrymmet och byggnadskomponenterna genererar rörelseplaneraren det con®grition utrymme C 36 givet A 36 och W. Vägen som genereras av denna planerare är inte föremål för geometriska och fysiska begränsningar (såsom vridradie) av en robot — roboten glider helt enkelt och glider ner för den potentiella lutningen. Denna typ av planerare är känd som en holonomisk planerare [7]. Bilda. 3 illustrerar C 36 con®guration utrymme för ett badrum anläggning exempel. De vita (icke-formade) områdena representerar juridiska positioner för A 36-skivan och säkerställs ge 36 in. (915 mm) fritt utrymme. Observera att rörelseplaneraren behandlar en dörr med dörren i stängt läge och därmed i det sammanhållande utrymmet mellan ingångsdörren och den tillgängliga toaletten är okontinuerlig. För detta pass genererar rörelseplaneraren faktiskt inte vägen. Det genererar helt enkelt den potentiella ®eld från målpunkterna till de inledande punkterna. Om den potentiella ®-eld-generationen inte kan nå den initiala punkten, finns det ingen 36 i. (915 mm) breddväg mellan de två punkterna, och en tillgänglig rullstolsväg mellan punkterna finns inte. Men om den potentiella ®eld-generationen når den initiala punkten som betyder att en 36 in. (915 mm) bred bana finns mellan de två punkterna, rörelseplaneraren fortsätter till det andra passet. Bilda. 4 illustrerar den faktiska potentialen ®eld som genereras mellan ingångsdörren och en urinal med hjälp av en Att noggrant undersöka exceptionella regler, t.ex. Den fria bredden på en tillgänglig rutt runt ett hinder, vi måste kunna fånga beteendet hos rullstol rörelse. Bilda. 5 illustrerar de två ADAAG®-kurerna (Fig. 7 a och b) med hänvisning till punkt 4.3.3 i ADAAG. Observera att i den preskriptiva bredden de®nition, de exceptionella reglerna och de tillhörande ®Gures inte behandlar alla möjliga vändning-around con®gurations. För att ge tillgänglighetskontroll av alla möjliga sammanfall, ruttplanerare modeller, så nära som möjligt, beteende rullstol rörelse när det gäller detaljnivå som anges i riktlinjerna. I det andra passet, förutom C 36 con®guration En lden utrymme som genereras i ®rst pass, är con®gration utrymmen också genereras med hjälp av den faktiska rullstol robot betecknas som A wc. Bilda. 6 visar referensrullstolens mått enligt ADAAG, och Bild. 7 illustrerar geometrin hos rullstolsroboten som har sin bredd mindre än 36 i. (915 mm) bred. De potentiella ®-äldarna inom con®gura-tion utrymmen som genereras av planeraren används som en guide för att bestämma vägen t för A wc. Eftersom en wc inte är en skiva, måste rörelseplaneraren hålla koll på robotens orientering samtidigt som den genererar en väg, och rörelseplaneraren måste kontrollera varje rullstolsläge och orientering mot hinder i utrymmet. Rörelseplaneraren diskretiserar rotationsutrymmet till n con®g-längdrymder C wc0 1⁄4C wcn där vinkeln (i radianer) mellan två på varandra följande orienteringar En wc är lika med 2p/ n. Nu kan rörelseplaneraren kontrollera rullstolens position och orientering x; y; u mot varje lämpligt con®g-längdutrymme C wci. Rörelseplaneraren genererar en icke-holonomisk väg [8] genom att begränsa A wc till tre drag: en vänstersväng, en högersväng och en rak förflyttning. Bilda. 8 illustrerar dessa tre alternativ. För vänster och höger svängar beskriver rörelseplaneraren vändvinkelns vertex som den vinkelräta längden r från mittpunkten mellan de större rullstolshjulen. Rörelseplaneraren registrerar den faktiska positionen av A wc vid mitten av halvdodecagon på framsidan av roboten. Förskjutningen avstånd D från antingen sväng (som är beroende av r) dikterar översättningen av A wc. Den prestandabaserade tillgängliga ruttplaneraren använder två värden r 1 och r 2 för svängradien r för att möjliggöra justering för manövrering av rullstolen. Den större svängradien r 1 används för att flytta rullstolsroboten till målpunkten. När rullstolsanvändaren närmar sig ett mål saktar användaren naturligt ner så att ®ner kan manövrera med en mindre svängradie r 2. I denna studie, när rullstolen har flyttat inom en 18 in. (460 mm) plats för målpunkten, rörelse planeraren växlar till den mindre svängradien r 2 för att försöka manövrera A wc till målpunkten med en acceptabel orientering. Vid bestämning av värdet för svängradien representerar ett större värde en större svängcirkel och en bekvämare väg t för rullstolsanvändaren. Det största möjliga värdet för r 1 fastställdes med hjälp av en test- och felprocess med hjälp av de två vändning-an-obstruction con®gurations baserade ADAAG Provision 4.3.3 som visas i bild. Denna förordning träder i kraft den tjugonde dagen efter det att den har offentliggjorts i Europeiska unionens officiella tidning. Fikon. 9 och 10 illustrerar de ®rst lagliga vägar med en r 1 -värde som fungerar för både vända-around-en-obstruction con®gura-tions som produceras genom en test-och-terror process. Genom denna process valde vi 24 in. (610 mm) som värdet av den större svängradien r 1. Precis som vid fastställandet av r 1 användes en test-och-terror process för att bestämma den mindre svängradien r 2 baserat på Provision 4.2.3 i ADAAG: Provision 4.2.3 Rullstols svängutrymme. Det utrymme som krävs för en rullstol att göra en sväng 1808 är ett klart utrymme på 60 i (1525 mm) diameter (se bild. 3 a) ) eller ett töjbart utrymme (se bild 3 b)............................................................................................................ Detta utrymme är vanligtvis tillfredsställande för att vända sig om, men många människor kommer inte att kunna vända sig utan upprepade försök och stöta in i omgivande objekt. Utrymmet som visas i bild. A2 gör det möjligt för de flesta rullstolsanvändare att genomföra U-svängar utan dif®culty. Bilda. A2 ) illustrerar en acceptabel frigång oval, och svängrörelsen som visas i Bild. 11 ® ts in i den föreslagna ovala geometrin. Rörelseplaneraren använder den potentiella ®elden i con®g-längdrymden C 36 för att styra rullstolsroboten A wc enligt följande: med utgångspunkt från den ursprungliga positionen och orienteringen A lden q init, undersöker rörelseplaneraren rörelsealternativen för vänster, höger och rakt fram (betecknas som q vänster, q höger och q rak) med r 1 som svängradie för roboten. 1. Vad är det för fel på dig? Om q vänster befinner sig i C 36 och lämpligt C wci con®gura-tion utrymme, jämför rörelse planeraren positionen x; y associerad med q vänster med position x; y associerad med q mål. 2. Utgångspunkten är följande: Om de två positionerna inte är desamma, slår rörelseplaneraren upp positionens potentiella ®eld och infogar noden i en prioriterad kö, som prioriterar noderna med deras potentiella ®eld-värde (ju lägre värde, desto högre prioritet). 3. Vad är det som händer? Slutligen infogar motionsplaneraren en pekare till den tidigare positionen (i detta fall q init ) i noden och markerar q kvar i lämplig C wci con®granation utrymme potential ®eld som redan har besökts. Rörelseplaneraren upprepar detta förfarande för q right och q straight. Rörelseplaneraren fortsätter iterativ process genom att ta bort den högsta prioritet noden (noden med det lägsta potentiella värdet) från den prioriterade kön och undersöka A lden tre flytta alternativ från tillhörande position och orientering q. C wci con®gration utrymmen inkluderar den besökta såväl som den fria rymden information, och rörelse planeraren behandlar en besökt q init som ett hinder. När q är inom en 18 in. (460 mm) locus av q mål, planeraren börjar generera nya positioner med hjälp av den mindre svängradien r 2. När roboten når målpositionen undersöker rörelseplaneraren om orienteringen u i samband med aktuell q ligger inom det tillåtna intervallet för u-målet och, om så är fallet, registrerar sökvägen t. Den iterativa processen fortsätter tills antingen rörelseplaneraren tömmer den prioriterade kön (som anger ingen sökväg t finns) eller positionen x; y i samband med den aktuella q matchar med q-målet för både position och det godtagbara orienteringsområdet. Bilda. 13 illustrerar en genererad väg från ingångsdörren till urinalen i badrummet anläggningen. ADAAG föreskriver rullstolsfrigång vid dörrar och ingångar längs en tillgänglig rutt. Den öppna R-noden för en tillgänglig väggraf består av tre clearancekomponenter: öppningsfrigången och frigången på vardera sidan av öppningen. För öppningen används en geometrisk provning med parametrarna i den föreskrivna utrymningsboxen tagna direkt från följande bestämmelse: Bild. 14 visar ADAAG ®gure som föreskriver rullstolsfrigång för dörrar. Observera att utrymmesgeometrierna är beroende av rullstolens inflygning och ytterligare parametrar speci®c till byggelementet. För exempelvis dörrar kan frigångsgeometrin vara beroende av gungans riktning. För en enda svängdörr, ADAAG de®nes den sida från vilken användaren drar dörren för att öppna den som dragsidan och den sida från vilken användaren skjuter dörren för att öppna den som trycksidan. Från varje sida kan användaren närma sig öppningen framifrån, gångjärnssidan, eller låssidan på dörren: 2 För den främre dragsidan inflygning, den fria rutan sträcker sig 60 in. (1525 mm) från väggen som innehåller öppningen och dörren och täcker öppningens bredd plus 18 i. (460 mm) på låssidan av dörren (vänster bild av Bild. 14(a) ).......................................................................................................... 2 För den främre trycksidan inflygning, den fria rutan sträcker 48 in. (1220 mm) från väggen och täcker 6 Observera att dessa ® kurer inte visas i detta papper. Avancerad teknik Informatik ± Modell 5 ± Ref stil 3 ± AUTOPAGINATION
I REF har författarna föreslagit en metod för att avgöra om det finns en användbar rullstolstillgänglig rutt i en anläggning med rörelseplaneringsteknik, för att förutsäga prestandan hos en anläggnings konstruktion mot kraven i en byggkod.
A performance-based approach to wheelchair accessible route analysis
{'venue': 'Advanced Engineering Informatics', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science', 'Engineering']}