可定位多功能助力拐杖的設(shè)計(jì)

李軍慶

摘 要：設(shè)計(jì)了一種可GPS定位的多功能助力拐杖，它由三個(gè)部分構(gòu)成，以新型鋁鎂合金管材作為主要原材料制成。下部有3根固定支撐腳，還裝有減震防滑材料裝置、平衡裝置；中間部分有折疊凳子及伸縮結(jié)構(gòu)，折疊凳子可用于休息；上部由助力結(jié)構(gòu)和各種控制結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包含有助力電機(jī)、電源、拐杖手柄、GPS定位裝置、照明燈、指南針以及控制按鈕。本設(shè)計(jì)可在老年人和身體較弱的病人蹲下后提供起身助力，還可同時(shí)提供能定位、照明、座椅等輔助功能。

關(guān)鍵詞：助力；定位；拐杖；多功能

中圖分類號(hào)：TS976 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）01-0034-02

1 研制意義

據(jù)衛(wèi)生部報(bào)告指出，高齡者等速肌力（膝伸肌最大力矩值/體重）僅為青年人的60%～70%，因此，拐杖是高齡者非常必要的行動(dòng)輔助工具。隨著體質(zhì)的下降，日常生活中許多高齡者行走起來會(huì)覺得吃力。由于骨質(zhì)疏松和關(guān)節(jié)退化等原因，高齡者長時(shí)間站立更是困難，此時(shí)，有一個(gè)既可以幫助老人行走又能免除老年人長時(shí)間站立痛苦的多功能拐杖就顯得十分必要了。除此之外，對(duì)于體弱或殘疾者來說，日常生活和康復(fù)中這樣的多功能拐杖也是十分有用的。據(jù)了解，目前中國60歲以上的老年人有1.69億，占總?cè)丝诒壤秊?2.5%，預(yù)計(jì)到2020年這一比例將達(dá)到20%，到2030年將達(dá)到30%. 隨著中國老齡化時(shí)代的到來，老年人的行走問題將會(huì)普遍呈現(xiàn)，加之體弱和殘疾者的康復(fù)和生活需要，于是在普通拐杖的基礎(chǔ)上，我們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一款多功能折疊拐杖。

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 基本思路

要想設(shè)計(jì)的新型拐杖可以提供多種功能，首先要在普通拐杖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種可支撐和折疊的結(jié)構(gòu)，在此采用了三點(diǎn)確定平面的支架和椅面。材質(zhì)上選用優(yōu)質(zhì)鎂合金材料，既輕便又有強(qiáng)度。另外，拐杖需要提供助力，所以我們學(xué)習(xí)了機(jī)械及電機(jī)應(yīng)用技術(shù)，選用大轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)與梯形傳動(dòng)螺紋來提供上升助力，再配合潤滑油作用，使拐杖具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、摩擦阻力小、支撐方便的優(yōu)點(diǎn)。

在提供動(dòng)力的裝置上采用了12 V的直流電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)正反兩個(gè)回路，獨(dú)立的兩個(gè)12 V電源分別供給升與降兩個(gè)模式，利用“升”“降”兩個(gè)按鈕來控制，兩個(gè)回路分開有利于提高助力的輸出。

另外，還在設(shè)計(jì)中加上GPS定位、高亮度照明、指南針等輔助功能。

2.2 設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：拐杖支架和椅面支撐全部采用優(yōu)質(zhì)鋁鎂合金材料，整體設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)合理，簡單適用，并利用了三角力學(xué)原理。拐杖重量輕（凈重約0.9 kg，加包裝盒毛重約1.7 kg），手柄長約88 cm，凳面座高約50 cm，凳面為φ21 cm圓形，堅(jiān)固耐用，集手杖和椅子功能于一體，變換靈活，簡便快捷。如圖1、圖2.

當(dāng)手杖使用時(shí)，拐桿中下部無椅腿和其他部件，運(yùn)用靈活自如；當(dāng)椅凳使用時(shí)，三腿支地，穩(wěn)固安全。

升降機(jī)構(gòu)采用梯形螺紋的螺桿與螺母作為傳動(dòng)部件，再配合潤滑油作用，具有傳動(dòng)靈活、用力小、支撐方便的優(yōu)點(diǎn)。

升降控制：升降機(jī)構(gòu)采用梯形螺紋的螺桿和螺母作為傳動(dòng)部件（如圖3），動(dòng)機(jī)采用12 V直流電動(dòng)機(jī)，用雙12 V電源作為動(dòng)力來源（如圖4）。利用“升”“降”兩個(gè)按鈕來控制。獨(dú)立的兩個(gè)12 V電源分別供給升與降兩個(gè)模式，兩個(gè)模式分開有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

兩個(gè)按鈕需分別按下，兩種模式接通電機(jī)“+”與“-”，接通相反，電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

2.3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，簡單適用，并利用了三角力學(xué)原理，重量輕（凈重約0.9 kg）。一個(gè)多功能拐杖的重量約為1 kg，承受重量在115 kg以內(nèi)。當(dāng)使用椅凳時(shí)，三腿支地，利用三點(diǎn)可確定面的原理，使椅凳穩(wěn)定安全。電機(jī)最大驅(qū)動(dòng)力為15 N/m，支撐重量為15 kg。

3 性能和創(chuàng)新點(diǎn)

拐杖支架和椅面支撐利用三角力學(xué)原理，可變換為凳面，集手杖和椅子功能于一體，變換靈活，簡便快捷。

升降機(jī)構(gòu)采用梯形螺紋的螺桿與螺母作為傳動(dòng)部件，再配合潤滑油作用，具有傳動(dòng)靈活、用力小、支撐方便的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，該款拐杖還具有以下特點(diǎn)：①它包含帶折疊板凳、手電筒、升降桿等相關(guān)機(jī)構(gòu)；②拐杖尺寸為φ16 mm×1 000 mm（半徑×長度）；③升降機(jī)構(gòu)采用12 V堿性電池作為動(dòng)力源；④LED手電筒采用超亮的9個(gè)5 mm LED白燈，亮度為13 000～15 000 mcd，使用壽命在10 000～30 000 h；⑤所用的原材料鋁鎂合金管強(qiáng)度高，重量輕；⑥手杖頭部采用黑色尼龍材料，具有防摔、防撞、防水等功能。

參考文獻(xiàn)

[1]李菊珍.可折疊多用拐杖的臨床應(yīng)用研究[J].中國護(hù)理雜志，2004（05）.

[2]宋海潮.新型彈性拐杖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造，2006（12）.

〔編輯：吳珍〕