多功能電動輪椅設計

丁晨

摘要：當前社會上孤寡老人日益增多，其原因是他們的兒女因工作的繁忙而不得不留老人獨自在家，多方面的問題導致老人生活起居無人照料。據網上數據觀察，我國城市老年人空巢家庭（包括獨居）的比例已達49.7%，大中城市的老年人空巢家庭（包括獨居）比例更高，·達到56.1%。因此改善老年人生活質量成了當前社會需攻克的主要難關之一。為解決這一難題，不少設計人員紛紛投入到了輪椅的相關開發與制作中。

關鍵詞：輔助起立;簡單儲物;簡易按摩

一、引言

據觀察發現，目前國內市場上常見的輪椅可分為兩種，一種是手動輪椅，另一種則是電動輪椅。手動輪椅的優勢在于其便于攜帶，質量較輕，價格方面也較為低廉。但這種輪椅的動力是來源于人為施加，對于一些手腳不便或是殘障人士而言這一點顯然是無法實現的。于是，電動輪椅就成了一些老年人或是殘疾人士的第一選擇。

然而當前市場上的電動輪椅雖然種類繁多但功能卻較為單一，并且價格也普遍較為昂貴。大多數輪椅在設計上僅僅考慮了產品的基本使用功能，而忽略了其中的使用體驗和情感功能。輪椅不僅僅是身體不便和傷殘人士的代步工具，更為主要的是可以使他們利用輪椅輔助完成一些鍛煉或是可以參加社會活動等等。

整個裝置分為輔助起立裝置，簡單按摩功能，簡易儲物功能三個組成部分。

輔助起立裝置是由一根電動伸縮桿推動作用桿，使抬板實現緩慢上升做到輔助起立的作用。

簡單按摩功能是采用電機帶動齒輪傳動使凸輪轉動繼而實現簡單的推壓功能。

簡易儲物則是利用了折疊桿的功能使其可以伸縮來實現輪椅的簡單儲物。

二、設計的主要機構

1）輔助起立裝置

通過前期研究擬采用圖1所示的機構，通過電動伸縮桿，推動兩側滾輪順著導軌向前滑動再帶動前一對作用桿向上擺動，后方一對滾輪由于運動范圍被限制只能使另一對作用桿向上擺動，上方導軌中的滾輪也同時向前滑動繼而使上抬板實現向上抬升的運動。人體的起立開始時身體會前傾，產生向上和向前的動力，身體離開椅面，直到髖、膝關節角度達 到最大值，使身體完全直立，處于站立平衡狀態。

本裝置的抬升為電動機的回轉運動通過裝置轉化為滾輪向前的直線運動，運動作用在作用桿，使裝置產生循環的抬升與下降，達到輔助起立的效果。運用了簡單的抬升輔助人體的起立。伸縮桿通過電動機，將電動機回轉運動轉化為直線運動，帶動滾輪，使作用桿緩慢抬升繼而使抬板上升。圖1伸縮推動桿，電動機帶動其向前推進，使5能夠順著6向前轉動。作用桿2和3向上抬升，使上抬板6上升實現輔助起立功能。

2）腰部的按摩裝置設計

腰部按摩機構的初步方案，利用電機帶動后方齒輪轉動繼而帶動使前方齒輪轉動，通過齒輪傳動使上下兩對凸輪進行轉動從而實現簡單的按摩推壓功能。上下凸輪在轉動過程中不會接觸與同時后方桿件也不會接觸，所以并不存在磨損的問題。只需將其裝與輪椅椅背中就可以做到簡單按摩推壓的功能

3）簡單的儲物裝置設計

初步設計的儲物裝置，采用折疊桿機構的原理，利用布料的柔軟性制作出一個可以折疊伸縮的儲物機構，利用軸在導軌中上下滑動從而使折疊桿可以做到前后拉伸，使儲物的空間可以做到隨意調整。

4）輪椅的控制系統

為了滿足多數殘疾人和老年人的需求，本課題采用按鍵的控制方法，按鍵控制是最為簡單的控制方法，適合大部分殘疾人和老人使用。通過單片機對幾個按鍵的電平判斷，來實現電動輪椅的前進、后退、加速、減速和停止。系統采用一個STC89C52單片機進行控制，主要控制直流電機，來實現電動輪椅的前進、后退、加速、減速、停止。

三、解決的主要問題

1）通過抬升機構輔助起立，解決老人或起立不自如的人士也能做到起立自由。

2）利用齒輪傳動的按摩機構解決老人或久坐人士腰部肌肉不適的問題。

3）采用折疊桿機構解決坐輪椅人士外出難以儲物的問題。

4）采用按鍵控制實現簡單的前進與后退，解決老人和殘疾人難以控制輪椅的問題。

全程運用了一些簡單機構來實現某些實用功能。

1、采用簡單推動抬升機構做到輔助起立功能，使不能自由起立的人群也能如常人一樣可以自如起立。

2、按摩裝置使人的腰部得以鍛煉，讓久坐不起的人士遠離某些疾病。

3、簡易的儲物裝置使輪椅不能儲物變的更為可能，簡單的折疊伸縮功能也做到了提供一些外出購物或是儲物的方便

四、結語

隨著社會的發展，老年人的生活質量越來越受人關注，此輪椅的設計解決了一些實際問題，針對老年人久坐而難以起立的的問題，設計一個輔助起立裝置能夠充分幫助老人完成起立，本作品意在改善老人生活質量，為當今社會在幫助老人方面做出貢獻。

參考文獻：

[1] 王瑩瑩，張玲玉，徐剛.基于老年人情感需求的輪椅設計[J].工業設計，2019（01）：56-57.

[2] 仝幗英.人機工程學在老年人輪椅設計中的應用研究[J].山東工業技術，2018（02）：225

[3] 王建光.老年人輔助站立座椅設計研究[D].浙江大學，2008.

[4] 蔡自興.機器人學 [M].第 1 版.北京：清華大學出版 社，2005.97—105.

[5] 王志強，姜洪源，KAMNIK Roman.輔助起立機器人人體運動學建模與試驗研究[J].哈爾濱工程大學學報，2014，35（02）：233-237

[6] 袁萍，唐亞麗，于雪芳. 江門市居民亞健康狀況及其影響因 素分析[J]. 中國公共衛生，2012，28（6）：844-847.

[7] 于娜，張暢.面向個性化需求的背部按摩裝置設計[J].機械設計，2017，34（01）：122-125.

[8] 楊鐘亮，孫守遷，陳育苗. 基于 sEMG 的按摩椅績效人機評 價模型實驗研究[J]. 中國機械工程，2012，23（2）：98-102.

[9] 周群.研究殘疾人輪椅中的情感化設計[J].大眾文藝，2016（02）：88-89.

[10] 王璇.個性化輪椅系統的設計與研究[D].大連交通大學，2010.

（作者單位：浙江工業職業技術學院）