多功能探險救援手杖的設計

楊婕，趙曉棟，王維

（浙江海洋學院 船舶與海洋工程學院，浙江 舟山 316022）

0 引言

日常生活中，手杖可作為老年人休閑散步的助行工具［1］，亦可作為身體虛弱或殘疾人群的助力工具，或者作為盲人的導盲杖。目前對于這些人群使用的手杖的研究較為廣泛，如為老年人和視力障礙者設計的具有超聲波測距功能以躲避障礙物的手杖［2－3］；為身體運動不便者設計的一款帶有磁鐵的手杖，可用于撿起掉落在地上的鑰匙等金屬物體［4］；日本研制的一種內置衛(wèi)星定位的安卓系統(tǒng)智能手杖，不僅可導航，還可監(jiān)控心率和體溫等生命特征［5］。

而現(xiàn)今愛好探險的人越來越多，野外探險求生工具自然成了探險者的必需裝備［6］。多功能探險求生工具因其小巧、輕便、取用方便、功能集中等特點，一直受到探險者的青睞。隨著自然環(huán)境被人類長期掠奪性破壞，地球系統(tǒng)平衡被打破，自然災害事件頻發(fā)，在災難降臨時，使用野外求生工具便會及時自救，因此每個家庭備有一套多功能野外求生工具已成為一種趨勢。多功能探險救援手杖集指北針、刀具、LED 燈、儲水袋、伸縮鉤、繩索于一體，能夠起到支撐、導向、切割、照明、儲水、攀援、拋射、傳遞等功能，是探險和求生的得力助手。

1 多功能手杖的主要功能和性能指標

1.1 主要功能

多功能探險救援手杖的功能如圖1 所示。

圖1 多功能手杖的功能圖

1）支撐。手杖可以伸縮，適合各種身高的探險者使用。管體采用1.4 mm 厚6061 加強鋁合金管材，材質輕，承重大，實際安全承重直向可達100 kg，足以承受一般人的體重。

2）照明及求救信號燈。在手杖上端有1 組LED 小燈泡，耗能小，照明時間長。LED 燈閃爍可用于SOS 求救。

3）導向。LED 燈上方鏈接1 個指北針，夜晚時打開LED 燈也能清楚分辨方向。

4）切割。手杖中配有1 把長約11 cm 可伸縮刀具，用于切割樹枝、荊棘等障礙物。

5）儲水。手杖中折疊放置1 個羊皮儲水袋，可儲水約0.46 L；必要時可清洗傷口。

6）急救護理。在手杖管內放置紗布和繃帶，可用于包扎和固定受傷部位等急救處理。

7）懸掛、勾取物品，攀援。在手杖下端有1 個可伸縮的鉤子，伸出長度約為8 cm，可懸掛和勾取物品；伸縮強度高，還可用于攀援。

8）拋射和傳遞。在手杖內有一卷2.5～3 m 的繩索，強度高且細。將伸縮鉤卸下，和繩索連接在一起，可以將鉤子拋射到較遠的目的地，亦可以用于上下傳遞物品。

1.2 性能指標

1）手杖承重：100 kg；2）刀具切割強度：2 000 N；3）照明距離：20 m；4）儲水量：0.46 L；5）伸縮鉤拉伸強度：1 000 N；6）繩索長度：2.5～3 m。

2 手杖結構設計

2.1 手杖總體結構

手杖是中空管體，由杖頭、杖身組成。杖頭為指北針和LED 燈，長度為30 mm。杖身分為上、中、下3 段管體。刀具位于上管，利用滑塊和滑槽實現(xiàn)伸縮，長320 mm。中管用于放置儲水袋和紗布繃帶，長290 mm。下管內上部放置高韌度繩索，下端是伸縮鉤裝置，同樣利用滑塊和滑槽控制伸縮；為方便裝卸，設置了彈簧和滑塊、導向桿裝置；底部采用橡膠防滑腳墊，下管長380 mm。中管可以嵌套入下管內，實現(xiàn)手杖的伸縮功能。手杖伸縮長度范圍為730～1 020 mm，適合使用手杖的高度［7-8］，符合人體工學中人體站立時支撐物高度范圍750～1 018 mm，如圖2。圖3 為多功能手杖展開的結構圖，圖4 為刀和鉤彈出時的手杖折疊結構圖。

圖2 人體工學站立高度

圖3 多功能手杖展開結構

圖4 多功能手杖折疊結構

2.2 照明求救LED 燈

杖頭由指北針和LED 燈組成。LED 燈不需電池供電或充電，用手扳動扳機，利用齒輪傳動原理進行手動發(fā)電［9］，可隨時使用并持續(xù)照明。借助LED 燈光來照明指北針表盤，使用者在黑暗環(huán)境下亦可以清晰辨別方向。除用于照明外，此裝置還設置了SOS 求救信號閃爍功能，在孤立無援時，可將開關跳到Ⅱ檔，LED 燈即可閃爍出SOS 求救信號。

2.3 伸縮高強度刀

在多功能手杖的上管前端內設置了1 把高強度刀，全長11 cm，伸出最大長度為8 cm。在管體兩側設置具有5 級卡口的“非”字形滑槽，通過滑塊的上下運動實現(xiàn)刀具伸縮。使用刀具時，需將杖頭部分打開，同時推動管體兩側開關，使滑塊隨滑槽運動到所需卡口處，鎖住滑塊，如圖5。伸縮刀強度高，可用于切割和斬斷樹枝、荊棘、普通木棍與繩索等，也可用于鏟土、挖土。

圖5 伸縮刀結構

圖6 伸縮鉤結構

2.4 伸縮鉤

在手杖下管末端安裝了伸縮鉤，全長8 cm，最大可伸出5.2 cm。與伸縮刀的伸縮原理相同，利用滑塊和具有5級卡口的滑槽控制伸縮，使用時可推動滑塊開關到所需檔位的卡口，如圖6 所示。為便于裝卸與繩索配合使用，還添加了彈簧和導桿裝置。拆卸時，將管體兩側滑塊開關同時推出卡口并按壓，連接板壓縮彈簧，并通過小滑塊沿導桿向管體中心移動，直到開關被壓入管內，便可拔出伸縮鉤；安裝時只需按壓兩側開關，將伸縮鉤推入到管內，在彈簧回彈力的作用下，開關會自動彈入到滑槽處。

2.5 管體接口結構

杖頭與上管接口處，中管兩端分別設置了3 個彈簧定位銷裝置，用于杖頭和管體間的連接與定位，如圖7 所示。連接時，定位銷在彈簧的作用下彈入到另一節(jié)管體兩側的定位口中。中管上端的定位銷用于手杖收縮時的定位，下端定位銷用于展開時定位。

3 結論

多功能探險救援手杖強度高、重量輕、可伸縮，集支撐、導向、切割、照明、儲水、攀援等功能與一體。適合任何人群使用，特別在野外探險或災難救援時能夠發(fā)揮其強大作用。

圖7 彈簧定位銷裝置

［1］劉業(yè).手杖助行亦健身［J］.長壽，2009（6）：43.

［2］孫濤.一種多功能輔助手杖的設計［J］.電子制作，2013（8）：62-63.

［3］許麗.基于AT89C51 的智能手杖設計與實現(xiàn)［J］.太原師范學院學報：自然科學版，2009，8（4）：66-69.

［4］佚名.多功能“聰明”手杖［J］.發(fā)明與創(chuàng)新，2009（5）：55.

［5］佚名.日本研制新款智能手杖能為老年人導航定位［J］.傳感器世界，2013(3）：46.

［6］姚新新.登山運動新時尚 越野行走靠手杖［J］.生活與健康，2007（2）：23.

［7］陸基宗.安步登山話手杖［J］.健康，2010（12）：32.

［8］許弦歌，王蘊平.手杖高度的確定方法［J］.中國殘疾人，2007（2）：37.

［9］楊華，彭冰.一種手動照明器：中國CN97248622.4［P］.1999-04-14.