一種新式適老化輪椅助力裝置的設計與應用

肖天驕 魏晨婧 趙強 李燕

摘 ? 要：我國正在快速步入老齡化階段，老年人的出行問題已經凸顯并將持續加深。通過分析市面現有輔具產品的不足，結合照護輪椅使用者的出行需求，基于“人—技術—環境”統籌協調理念，設計了一款適用于中重度肢體障礙老人護理輪椅助力輔助裝置。由該裝置的應用驗證結果可知助力輪可以為老年群體乘坐輪椅的照護推行過程提供安全、有效的移動助力，為老齡群體的便利出行提供了條件。

關鍵詞：助力裝置 ?護理輪椅 ?結構設計 ?適老輔具

中圖分類號：U463.46 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0079-02

1 ?研究背景

全國老齡辦、民政部、財政部共同發布第四次中國城鄉老年人生活狀況抽樣調查結果顯示，我國失能、半失能老年人大致4063萬人，占老年人口比例為18.3%，預計2025年我國60歲以上的人口將超過3億[1-2]。隨著時間的推移，失能、半失能老年人基數會越來越大。同時，我國老齡化還呈現以下一些特點：（1）老人照料老人比例高;（2）失能半失能老人多;（3）絕大多數都有輪椅，大都存在著看病、外出等推行距離長、社區或街道路況坑洼、障礙較多，推行費力的情況。由此可見，老年人的出行問題已經凸顯并將持續加深。

2 ?出行問題分析

經調研發現，居家養老群體中高齡半失能老人、失能老人、殘疾人所占數量居多，該群體使用最多的輔助器具是輪椅，甚至很多家庭唯一的輔助器具就是輪椅。對于這些老人、殘疾人而言，平時日常的外出、就醫、購物等活動都要借助輪椅完成。

市面上可供使用的輪椅主要是手動輪椅和電動輪椅兩類，電動輪椅適合上肢還具有操控能力且具有清楚認知意識的使用者。隨著年齡的增長，老年人的肢體協調能力和認知能力會持續降低，從安全方面考慮已不適用于需要自主操控意識的電動輪椅。同時，由于體積與重量的問題，電動輪椅在外出使用時攜帶不便，尤其在遇到建筑障礙時無法搬運，都給出行帶來了很大困難。因此，他們對手動輪椅的需求會越來越大。

四輪手動輪椅行進過程需要推行者施以力量，在路面條件不好的情況下驅動會更加沉重，一般的推行者可以應對，但如果是老人推行老人、或是老人自己手動驅動輪椅外出，在遇到路面條件不好的情況時，出行會出現嚴重困難。因此，迫切需要研發助力輔助裝置輔助輪椅推行過程，幫助乘坐者與照護人員減輕出行的困難與負擔。

3 ?裝置方案設計

3.1 總體設計原則

產品設計基于“人—技術—環境”統籌協調理念，產品既要能夠滿足人的生活需求，解決功能障礙者的專項功能需要，又要具備友好的人機交互方式，符合人機工程學的運動規律。結構設計突出精致化，兼具小型化與輕量化，并保證產品的使用安全性和操作容錯性，從技術層面做好成本控制;設計過程中考慮使用環境因素，保證產品可以適應日常生活中多樣、多變的路況，保證產品的可用性和易用性。

3.2 產品的結構形式

（1）為實現快速拆裝和手動輪椅高適用性的要求，設計了“定制卡具+外置掛接”的動力連接方式。分別針對手動輪椅產品最為常用的“X”字和“一”字輪椅車架結構設計掛接結構卡具;

（2）為滿足護理人員后側驅動要求，助力輪位置應盡量不超出輪椅輪后后側邊緣，結合重量控制規劃，設計中選用單輪輪轂電機作為助力裝置驅動部件;

（3）為保證助力裝置所能提供的推進力和越障能力，需設計助力裝置與地面間的傾角，以最大化前驅力和下壓力綜合作用產生的推進效果，經計算及測試驗證，裝置與地面傾角為 （50°±2°）范圍時驅動效果最佳;

（4）為兼顧助力裝置在不同路面條件下的推行效率，設計助力輪驅動高速檔位和低速檔位，其中高速檔位用于上坡、不平坦地面等路況下的助力，低速檔位用于平地路況推行;

（5）為滿足使用人員攜帶出行的要求，電池容量需支撐慢速檔位狀態下助力20km，為滿足飛機出行要求，助力輪電池系統設計為可快速拆卸結構。

4 ?應用驗證

根據設計方案進行了樣機研發，并對樣機掛接手動輪椅后的應用性能進行了測試，結果如下。

（1）裝置結構測試。經測試，研發樣機總重量為4.37kg，整機尺寸為159mm×385mm×154mm，相較于其他類型的輪椅助力裝置在總體重量控制和結構緊湊性方面具有較大優勢，攜帶便捷;

（2）裝置續航測試。經測試，在復雜路況慢速檔位狀態下，輪椅搭載體重70kg用戶負載時，平均每6km耗電25%，估算總體續航里程約為24km;

（3）拆裝便捷性測試。對經過培訓后使用者進行助力裝置拆裝測試，共計10人完成200次測試結果表明，平均拆卸/安裝時間為3.2s，拆裝便捷;

（4）上坡能力測試。經載人測試，在高速檔位可實現對20°坡面的上坡無困難。

（5）穩定性測試。助力裝置連接輪椅后，整體靜態特性無變化，在實際路況測試過程中，未出現穩定性問題。

5 ?結語

根據受照護老年人的出行需求，設計了一款適用于中重度肢體障礙老年人的護理輪椅助力輔助裝置，該裝置采用單輪后置式助力方式，加載于普通手動護理型輪椅后側，實現手動推行的動力輔助功能，解決普通手動護理輪椅在長距離及上坡、坑洼地段推行困難問題。同時進行小型化、輕量化設計，配合精巧裝配連接裝置，實現快速拆裝，解決電動輔助裝置不易攜帶運輸等問題。輪椅助力裝置可直接附加在目前市面60%以上的輪椅上，能夠解決失能、半失能老人使用的非電動輪椅推行費力的問題，幫助減輕輪椅使用時的推行體力。

參考文獻

[1] 國務院.“十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃（國發（2017]13號）[Z].2017-03-06.

[2] 民政部.2016年社會服務發展統計公報[Z].2017-08-03.