多功能老人助力車設計與分析

王龍飛

（陜西國防工業職業技術學院數控工程學院，陜西 西安 710300）

我國60 歲以上老年人口20243 萬，占總人口的14.9%。其中65 歲及以上人口13161 萬人。全世界老年人口超過1億的國家只有中國。2 億老年人口數幾乎相當于印尼的總人口數，已超過了巴西、俄羅斯、日本等人口大國的人口數。如果作為一個國家的總人口數，也能排世界第四位。預計2033 年前后將翻番到4 億，2050 年左右，老年人口將達到全國人口的1/3，“銀發潮”將對我國的經濟、社會、政治、文化發展產生深遠的影響。

設計了一款新型老年助力車，這款實用新型老年助力車，是參照不銹鋼折疊椅、三角爬樓車輪和輪椅等原理設計而成。單人出門時可當老人手推車使用，能防止老人摔倒。與他人聊天時，可當椅子坐。雙人出行可坐可推，方便實用；出遠門時可折疊起來，節約空間。除爬山外，該款老年助力車可實現任一景點旅游觀光使用。老年助力車能幫助子女盡孝、方便老人的日常生活，減振性好，為構建和諧社會創造了條件。

1 助力車總體設計

助力車結構設計合理，主骨架采用無縫鋼管焊接而成，聯接點采用鉚釘固定。助力車高度適宜，老人乘坐方便，有扶手和靠背，同時配有可折疊遮陽下雨兩用傘，可手動上下調節、高溫和雨天均可出行。配備有旅行袋，可放置食品、藥品和水，確保可以安全、舒適、輕便地為老人的晚年生活服務。這種助老車椅主要由主體框架、萬向輪、三角輪、坐板、曲柄搖桿機構、齒輪齒條機構、傘、旅行袋等相互組裝而成。系統組成如圖1 所示，三維實體裝配如圖2 所示。

圖1 老年助力車系統組成

圖2 老年助力車裝配總圖

2 萬向輪

腳輪是種泛指和統稱，包括固定腳輪和活動腳輪。固定腳輪沒有旋轉結構，不能水平轉動只能垂直轉動；活動腳輪就是所謂的萬向輪，它的結構允許其可以在水平方向上實現360 度旋轉，如圖3 所示。

助力車結構上的萬向輪主要作用是通過輪上的軸輪進行水平方向360 度的旋轉，助力車可以在直線運動的同時進行其他方向的旋轉運動，在通過拐彎處時可以輕松轉彎，大幅度降低轉彎時的難度，同時提高方向的掌控度，萬向輪上方安裝有卡緊裝置，在助力車停止運行時保證助力車的固定，防止安全事故的發生。

圖3 萬向輪

3 三角輪

三角輪由三個大小相同、互不相切的輪子組成，是在傳統單個輪子的基礎上，利用同軸三爪結構將三個輪子連接改進而成。三個爪，每個爪固定連接在輪子的的軸上，如圖4 所示。輪子之間可以互相轉動。該設計在遇到坑、凹槽、樓梯等不平整路面時，通過輪子和輪子之間的相互“合作”，做到從坑、凹槽、樓梯等不平整路面正常行走的功能。該三角輪在上樓梯時，當三角輪的某一個碰到樓梯豎直面的時候，通過人力的拉動，從而達到三角輪的整體轉動，等人上了一節樓梯的時候，碰到豎直面的輪子的下一個輪子將轉動到上一節樓梯的水平面，而樓梯的凸緣會卡在三角輪的兩個輪子之間，以此達到省力的作用，重復此動作即可達到上樓梯的功能。而對于坑、凹槽等和樓梯的上升方法即是一個原理。

圖4 三角輪

4 曲柄搖桿機構

對于坐板的起降運動，本著簡便、省力的設計理念采用了曲柄搖桿結構。同時曲柄搖桿機構具有制做簡單、方便、易加工等優點。曲柄搖桿機構是指具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構。曲柄為主動件且作等速轉動，搖桿為從動件作變速往返擺動，連桿作平面復合運動，在本例中將曲柄優化成為一個盤形結構，如圖5 所示。與傳統的卡死裝置相比，曲柄搖桿機構更加可靠，升降速度可以得到有效控制，避免了因用力過大而失去控制，用力太小降不下來的情況。搖動曲柄柄帶動搖桿做變速往返運動，連桿作為從動件做平面復合運動從而帶動搖桿使坐板完成升降動作。

圖5 曲柄搖桿機構

5 齒輪齒條機構

齒輪齒條機構是由齒輪和齒條構成的，工作原理是將齒輪的回轉運動轉變為齒條的往復直線或升降運動，或將齒條的往復直線或升降運動轉變為齒輪的回轉運動。齒輪齒條傳動適用于工廠自動化快速移栽機械、工業機器人手臂抓取機構等，本文中使用齒輪齒條機構完成遮陽下雨兩用傘的升降動作，如圖6。

圖6 齒輪齒條機構

6 結語

本文提出的多功能、便于攜帶的老年助力車，是一種純機械傳動的助老裝置，該裝置結構設計合理，充分利用曲柄搖桿機構和齒輪齒條機構的優點，操作簡單、靈活、安全可靠，適應性強，為老年人的晚年生活提供了一定的助力。該裝置的主要特點集中在萬向輪和三角輪。萬向輪可以保證該款助力車的任意方向的運動，三角輪可以保證該款助力車爬樓梯、過凹槽時正常行走。

本裝置的設計過程中也存在一些問題和不足，主要包括齒輪齒條的制造精度高，加工困難，在使用過程中磨損較大；曲柄搖桿機構在使用過程中容易出現卡頓等問題。