一種基于智能多功用爬梯式康復助行器的研究

崔有正 王澤旭 楊紹震 溫佳霖 殷曉冬

摘 ? 要：智能多功用爬梯式康復助行器由三星輪爬梯系統、緊急制動報警系統、腿部鍛煉康復系統、彈簧減震系統、照明系統和GPS定位系統組成，其中的腿部康復鍛煉機構可以調整高度，在支架上安裝了許多帶有凸點的按摩裝置，這些裝置可以讓使用者將腿部或背部靠放在助行器上，以達到在任何地點隨時完成鍛煉的效果。中間的座位板，采用了卡扣設計，可以方便隨時收起和放下。底部的車輪采用前輪和三星輪的結合，前輪與手柄相連可以保證助行器的轉向，后輪采用由3個輪組成的三星輪，可以克服地勢障礙（爬梯），自由行走。整體支架符合人體設計，肘部有扶手柄桿設計，橡膠設計針對人體穴位設有按摩墊，鍛煉手部，手臂無力時，可靠在U型臺上。在助行器的桿件上，安裝多個防意外接觸點，當劇烈碰撞或與接觸物非常近時，助行器自動自鎖的同時發出信號給看護人，防止二次傷害的發生，在最大程度上減少危險系數。因此，本裝置是結合輔助爬梯、輔助行走、腿部鍛煉、緊急報警于一體的多功用助行器裝置。

關鍵詞：多功用;可爬梯;緊急制動;發送報警信號;康復鍛煉;GPS定位

進入21世紀，中國的老齡化已經十分嚴重。針對老年人的設計是不可缺少的，而現在市面上的助行器還不足以滿足老年人或患者的要求，也不能減少其出現危險的系數，所以針對此點進行研究。此設計的目的在于：助行器作為一種輔助人們行走、支撐平衡的工具，真正做到使用者在沒有看護人員的幫助之下，實現自我照顧、自由走動以及外出的生活狀態。

1 ? ?設計理念概述

1.1 ?研究內容

將助行與爬梯兩個單獨功能元有機結合在一起是非常必要的，智能多功用爬梯式康復助行器能夠同時滿足病人對行走和爬梯的雙需求。

此設計除了傳統的助行及備有爬梯功能外，還配備緊急制動系統、緊急報警系統、照明系統、康復訓練裝置和GPS定位系統。康復訓練裝置可以加快使用者的恢復和滿足日常鍛煉的需求，其中助行器在支架上安裝了許多帶有凸點的按摩裝置，這些裝置在主動鎖定的狀態下可以讓使用者將腿部放在助行器上，以做到在任何地點隨時完成鍛煉的效果。底部的車輪采用三星輪，前輪與手柄相連可以保證助行器的轉向，后輪采用由3個小輪組成的三星輪，可以克服地勢障礙，自由行走（見圖1）。當助行器發生劇烈碰撞，輪上配備的自鎖裝置對助行器進行緊急制動。助行器上配備的GPS定位可以將無線信號傳輸到家屬手機上，家屬能夠隨時通過手機查看使用者的位置。這幾項功能的加入進一步提高了智能多功用爬梯式康復助行器的安全性和實用性，在降低看護人員負擔的同時，在最大程度上提高安全系數，減少意外的發生。

1.2 ?研究目的

（1）提供一種可讓使用者獨立進行爬梯的助行裝置。

（2）改變現有技術中的背向爬梯，使用者可以面對樓梯爬梯，調整重心，從而提高穩定性和安全系數。

（3）進一步提高助行器在使用過程中的安全性和實用性。

1、2扶手;3、4U型臺;5、6緊急制動點;7、8、9腿部按摩棒;10、11照明燈;12、13卡扣;14、15 彈簧;16、17主動輪;18、19 防觸碰裝置;20、21三星輪;22動力箱;23座板;24、25控制桿

2 ? ?系統結構示意圖及工作流程設計

2.1 ?爬梯裝置原理

爬梯裝置主要由三星輪裝置完成，并由低速電動機提供爬梯裝置的動能。基于它的傳動工作可靠并且具有結構相對簡單、緊湊節省空間、運轉效率高、壽命長等特點，可以作為助行器的傳動裝置。在助行器爬樓梯時通過翻轉電機工作并讓減速裝置帶動中心軸旋轉，從而帶動整個三星輪系旋轉完成翻轉動作，來實現爬梯。其中還會設有手動鎖定主動輪功能，應對各種突發狀況的發生，讓助行器始終可控。

2.2 ?緊急制動報警裝置工作原理

在助行器的桿件上，安裝多個防意外接觸點，當使用者在使用多功能助行器的過程中，發生劇烈碰撞、摔倒、行動不便、意外等各種情況時，第一時間啟動報警器并向看護人員發出報警信號，同時助行器的主動輪上附帶的緊急制動裝置觸發，將助行器的主動輪卡死，同時發送無線信號給看護人，如果想要解除緊急制動狀態，可以通過控制桿件上的遙控裝置，解除緊急制動狀態。

2.3 ?康復裝置工作原理

在豎直支架正前方設有腿部康復裝置，在任何地方使用者都可以進行腿部鍛煉訓練以及背部康復鍛煉。在很大程度上滿足絕大部分殘疾人以及因疾病患有行走不便后遺癥的人群進行康復訓練。

2.4 ?GPS系統工作工作原理

GPS裝置裝于防意外觸碰點中，在發生意外時，能及時將使用者的位置信息通過無線信號的方式傳遞給看護者，讓看護者第一時間制定出即及時又有效的處理方法。在平時鍛煉時，GPS系統也會每隔一段時間都會向看護者發送實時位置，也可記錄當天的行走路線，供使用者記錄，達到最大程度的看護效果。

2.5 ?照明反光裝置工作原理

助行器上的照明裝置采用了LED燈管，并且助行器的桿件通體由反光涂料鍍漆，在夜晚或者昏暗環境下可以為使用者提供很好的照明視野，同時反光涂料鍍漆反射出帶有顏色的光，可以提醒往來的車輛。

2.6 ?智能多功用爬梯式康復助行器工作原理

智能多功用爬梯式康復助行器由三星輪爬梯系統、緊急制動報警裝置、康復鍛煉系統、彈簧減震系統、照明反光裝置和GPS定位系統組成。中間的座位板采用了卡扣設計，可以方便隨時收起和放下。底部的車輪采用三星輪和主動輪，前輪使用主動輪，可以保證助行器的轉向，后輪采用由3個小輪組成的三星輪，可以克服地勢障礙，自由行走。整體支架符合人體設計，肘部有扶手柄桿設計、橡膠設計，可鍛煉手部，手臂無力可靠在U型臺上。在助行器的桿件上，安裝多個防意外接觸點，當使用者在使用助行器的過程中，發生劇烈碰撞、摔倒、意外等各種情況時，報警器就會發出報警信號，同時主動輪上附帶的緊急制動裝置將會自動觸發，將助行器的主動輪卡死，避免更加嚴重的情況發生;并在自動自鎖的同時通過發送無線信號給看護人，以便于家屬能在第一時間趕到使用者的身邊，在最大程度上減少危險系數。如遇夜間出行或光線昏暗道路不清的情況，助行器前方有照明系統，可手動開啟照明燈，并且助行器主要框架均用反光涂料鍍漆，來保障夜間出行的安全性。同時GPS定位系統會每間隔一段時間將使用者的實時位置發送到看護人的手機上，同時會記錄下使用者一天的行走路線。因此，本裝置是結合輔助爬梯、輔助行走、緊急制動報警、腿部康復鍛煉、GPS定位系統于一體的多功用助行器裝置。不僅功能完善，而且進一步增強了裝置的安全性和實用性，能夠更大限度地滿足使用者的需求。

3 ? ?創新理念

此項研究的意義在于通過對現有助行器的設計要素進行分析，不光針對老年人，還針對由先天缺陷或因為某些意外最終導致行走不便的后遺癥或術后做康復鍛煉卻行走不便的人群，對此設計出一款真正能夠適合行走不便的人群需求的產品，使其能夠獨立生活，提升其生活品質，讓他們也能夠積極面對生活并且享受生活。其次本項研究攜帶的緊急制動報警系統可以在使用者發生任何突發情況時，助行器會進行自動自鎖并發出報警信號，便于家屬或路人能在第一時間趕到使用者的身邊，來最大程度上的減少危險系數。此項研究所使用的三星輪系統可以很好地解決使用者上樓不便的困惑，并且輪上附帶的彈簧減震裝置和緊急制動裝置，可以讓此助行器在各類地面使用，還可防止意外的發生。

4 ? ?結語

（1）智能多功用爬梯式康復助行器是集自動爬梯、輔助行走、緊急制動報警、腿部康復鍛煉于一體的多功能助行器裝置。同時還具有照明、夜間反光、GPS定位等功能。在絕大程度上克服任何地形，并且可作為行走不便人群的康復器械。

（2）對于使用者家屬來說，此裝置的研發將會在很大程度上減輕陪護人員的負擔。智能多功用爬梯式康復助行器助行器具備緊急制動報警系統，在發生任何突發情況時，會第一時間啟動報警器并向看護人員發出報警信號。同時觸發緊急制動裝置，將助行器的主動輪卡死，避免更加嚴重的情況發生。該裝置最大限度地提高安全性和實用性，能夠更大限度地滿足使用者及家屬的需求。

（3）此智能多功用爬梯式康復助行器具有良好的市場前景，造價低，實用性高，針對各類人群，能產生較高的經濟效益。

綜上所述，設計一種智能多功用爬梯式康復助行器解決了傳統助行器的不足，為人們開發、設計新型助行器提供新的途徑和方向，具有廣闊的市場前景和巨大的現實意義。

[參考文獻]

[1]杜 ? 宇，吳燮華.電動輪椅控制器的設計與實現[J].電力電子技術，2004（1）：63-65.

[2]李 ? 超，胡延平，韋端利.一種輪組結構的爬樓梯輪椅的設計[J].現代機械，2010（6）：169-176.

[3]金 ? 強，吳昌林，劉香香.行星輪式爬樓梯輪椅的應用研究[J].中國康復醫學雜志，2011，26（1）：65-68.