自動多功能可調式便老輪椅設計探究

(吉林化工學院 吉林 吉林 132022)

一、背景

世界人口發展的趨勢是人口老齡化，人口老齡化已逐漸成為一個社會化的問題。我國許多城市已進入人口老齡化社會。在老齡化人口中，他們一個很大的障礙就是戶外出行的能力減弱，更甚者可能無法行走。而且他們中大部分自理能力差,需要家人及醫護人員的長期照顧，對家庭、社區、政府造成很大負擔。

目前市場上的輪椅存在兩大主要問題：一是國內輪椅發展緩慢，很多國內廠商對殘疾人的關注度不高,大部分輪椅都是從國外進口的電動輪椅價格昂貴，不是一般的殘疾者可以承受的。二是手動輪椅設計大同小異，很多針對肢體殘疾者的輪椅都是一樣的，只是作為一個代步工具，對殘疾人的身體康復沒有起到很大的作用。多功能康復輪椅正是基于解決此類問題而被加以研究。

二、項目簡介

多功能康復輪椅結合多種機械結構于一體，包括往復踏板、類太極輪轉向轉盤、折疊遮陽罩等，這些機械結構可以輔助病人做一些簡單康復運動,本方案中的康復輪椅以解決現有技術中普通型輪椅不能活動下肢的問題，外加鍛煉上肢的功能。輪椅包括機架，椅座兩側設有后輪，減震彈簧前叉中部用橫架與椅架相連，前叉上端與轉向轉盤連接，下端與前輪輪軸連接。通過電動機帶動鏈條實現前輪的驅動，前輪轉軸兩側裝有腳踏板，通過曲軸轉動腳踏板做類似于走路的往返運動，幫助病人活動腳踏板上的下肢。腳踏板采用雙頭螺桿結構調整擺動幅度以適應病人需求。轉向轉盤借鑒于健身太極輪盤原理，增強肩、肘、腕等關節部位的活動能力。通過簡單的操作調節控制器可實現輪椅的速度調節，而且可以切換鍛煉模式和正常代步模式。

三、項目特色

多功能康復輪椅的特色主要體現康復訓練的功能，集康復訓練和代步功能于一體，滿足不同類型用戶的需求設計出的多功能康復可針對下肢及上肢通過不同模式進行特定的康復訓練并同時滿足代步功能。

創新之處主要是對比傳統普通輪椅和現代化智能輪椅而言：①省力且便捷。電機驅動替代傳統輪椅手搖驅動比傳統輪椅節省力量；因為此輪椅是在傳統輪椅的基礎上改進，多種功能實現有機結合，機械結構達到占空最小，效率最高的特點，相比現代化智能輪椅更輕巧便捷。②性價比高。現代化智能輪椅的價格昂貴，普通人群無法承擔而傳統輪椅無法實現自動代步功能，所以既結合智能輪椅的自動化又結合傳統輪椅的簡易結構，使得此輪椅的性價比更高。③易操作。僅通過幾個按鍵即可切換為不同模式并不是完全的智能化使得控制系統趨于簡單，更易實現傻瓜式的操作。④安全可靠。在簡易輕巧的基礎上能更好的保證輪椅的安全性和可靠性。并將車速限定在安全范圍內并設置剎車裝置。⑤舒適度高：考慮到用戶的實際需求。通過大量進行實驗、不斷改進，使產品達到最大舒適度以及最好的康復效果。

四、關鍵技術

往復踏板：往復踏板利用軸承及鏈條來實現模擬人正常走路時腿部及下肢人體結構的習慣，再加以動力系統的輔助，運用仿生學使病人能在下肢不方便運動時，在輪椅上實現一些簡單的康復訓練。它可以確保肌肉和構成關節的軟組織的柔韌性，維持關節正常的活動范圍，防止因關節長期制動而出現攣縮。對于運動功能障礙的患者通過被動關節運動誘發正常的運動感覺、強化肌力、提高協調性、改善肢體的運動功能。

類太極輪轉向轉盤：多功能康復從太極圖中得到靈感，假古人智慧與現代機械相結合，利用軸承制成圓盤，在病人不需要時可以折疊到輪椅后面以節省空間

技術路線：該產品在傳統輪椅上做出整體外型改造，并在其附加功能上做出多方面修改。第一、傳統輪椅移動需要靠外力才能完成移動，而該產品通過在車架底部安裝可充電鋰電池，從而為為輪椅提供動力，車把上安裝有搖桿可控制輪椅的自由移動；第二、輪椅下半部分安裝有單車腳蹬，腳蹬上配備有移動搖桿，使用者可根據需求選擇最合適的位置。輪椅上部分安裝有左右手動搖盤，利用軸架技術將支撐桿與搖盤相連接，從而起到轉動的作用。

五、運動機理

該產品安裝有蓄電池，電動機。蓄電池通過線路分別將車輪和搖桿相連接，根據其工作原理：蓄電池-電流-電力調節器-電動機-動力傳動系統，從而實現純電動提供輪椅移動的動力。根據電動機原理電生磁，將金屬導線通過電流，在導線周圍的空間將產生圓形磁場，產生實物的旋轉動力。電動機把電能轉換成機械能，利用通電線圈產生旋轉磁場并作用于轉子形成磁電動力旋轉扭矩，達到帶動搖盤和單車腳蹬的轉動。利用蓄電池和電動機分別發揮和保持輪椅的能動性和零件的轉動性，使輪椅做到持續且有效的進行下去。

可動靠背原理及分析：可動靠背底部安裝有液壓千斤頂，使用者可根據具體需求操作遙控桿調整靠背的傾斜程度，根據不同時間段的需求找到最合適舒服的位置。液壓升降機油泵把液壓油輸送到集成插裝閥塊，通過各個單向閥和溢流閥把液壓油分配到油缸的上腔或者下腔，使油缸進行運動，使用者可操作遙控桿自由控制液壓機升降，從而起到任意調整靠背傾斜程度的作用。此靠背的安裝可以為使用者提供更為方便快捷的放松身體，緩解疲勞，更好的起到康復身體的作用。

康復功能：①多功能康復輪椅結構簡圖

針對腿部活動有障礙的醫院患者：通過腳踏板的運動帶動腳部運動來實現腿部的恢復訓練。對于長期躺在病床上而感到身體不適的醫院患者(腿部功能健全)：可以通過腳踏踏板來活動腿部肌肉以減輕不適。若還在打吊針，輪椅上有專門懸掛輸液瓶的支架，讓病人能在輸液的狀態下，放松身體同時可以移動到自己想去的地方，通過改變位置，放松心情。

針對上肢活動有障礙的醫院患者：通過按鈕，可設定鍛煉模式。胳膊因為方向盤的轉動而隨著轉動，達到鍛煉的目的，同時此模式也可用于長期躺在病床上的醫院患者配合踏板運動達到鍛煉全身的目的。

結語

以新的技術，好的理念去打造一個全新理念的輪椅，在現有技術的基礎上，我們一直在努力，我們的目標是制造出成型的多功能康復輪椅，同時不斷改進作品的實用性能，為最終的市場化產品研制奠定基礎，接下來我們在零件的選擇及加工、各運動構件的聯動協調、控制系統準確性可靠性的實現等多方面繼續努力的。