丁晨

摘要：多功能式轮椅作为轮椅发展的主要趋势，无论是其结构设计，还是其主要功能，都是轮椅设计人员们所追求创新的要点。目前市面上的轮椅大多都是将代步作为主要功能，然而功能的单一不仅局限了轮椅的作用，还难以解决轮椅使用者在日常生活中所遇到的各种困难。因此，设计一种适用于使用者解决生活方面问题的多功能轮椅就显得十分重要。通过了解老年人主要的生活所需，将一些功能加于轮椅上，使其更为人性化与合理化。

关键词：螺旋传动;辅助起立

一、引言

老龄化加速这一困扰全世界的难题从未被真正的解决，时至今日，人口老龄化的严重性已愈演愈烈。老人独居，老人生活无人照料等情况在我国并不少见，社会压力的加重使得他们的子女无暇照顾，当代年轻人与老人在生活方式上存有差异……种种因素让老人独自生活困难成了一个不小的难题。

考虑到轮椅作为老人主要的出行工具，在其功能设计方面也应符合老人的生活习惯。随着社会发展速度的加快，功能单一的轮椅已不再能满足现在老人的生活需要。于是多功能式轮椅的研制已成了轮椅发展的必然趋势。

二、主要研究目标

轮椅的多功能化是未来满足老人生活各方面需求的必然趋势，国内外虽然都有着各种类型的多功能轮椅，但因其使用人群的特殊性使得其设计与产品化愈发的艰难。目前老人们选购轮椅时会以进口的轮椅作为优先考量，这些轮椅虽然质量较好，可靠性较高但其大多价格较为昂贵，普通的轮椅用户难以承受。国内的多功能轮椅虽然种类也较多，但其实际安全稳定性与控制系统可靠性还不够成熟，目前的多功能轮椅以将国外材料进行组装为主。设计一种价格低廉，实用性较好的轮椅就是本文的目标。

从老人实际体验与轮椅实用性两个角度综合考虑，本文研究的目标主要有以下几点：

1.从老人对轮椅的实际体验出发，对轮椅的舒适性进行优化，不再只注重于轮椅的结构设计。

2.鉴于老人注意力难以集中，独自坐轮椅时其安全性难以保证，对轮椅的安全性进行设计，让轮椅也能为老人增添一些安全帮助。

3.由于老人不喜欢太过繁琐的操作，对轮椅的操作系统进行简化，可以使老人一目了然的理解如何控制轮椅。

4.从老人的生活需求方面进行考量，从多角度出发来设计一种符合老人身体运动的辅助机构，使轮椅不仅限于代步。

5.增添更多人性化的设计，使老人在坐于轮椅上时也能感受充实感，让轮椅不再是冷酷的工具。

三、设计的主要机构

有发现指出起立困难主要是由于下肢的关节力矩不足。研究表明，提升座椅的高度和加入上肢支撑都能极大的减小下肢关节力矩^[1] 。若是辅助起立仅仅采用上肢，长期以往会对其造成关节并发症，并且仅采用上肢起立势必会让其承受身体全部重量，故而容易损伤^[2] 。显然，若想完成真正的辅助起立只依靠上肢是不科学的。本文所设计辅助起立装置包括坐椅处升降部分与扶手处抬升部分。其中座椅处升降机构的原理是通过齿轮传动与螺旋传动的组合，将回转运动转换为直线运动从而实现轮椅坐板的缓慢抬升与下降。扶手处抬升机构则利用了若干电动伸缩杆的直线伸缩运动来实现扶手抬升。通过坐板与扶手的同时抬升，老人在起立时不会再因重心不稳或上肢无力而产生摔倒的意外。

目前市场上较为常见的轮椅的抬升机构大多通过气压棒或电压缸等装置的升降功能来实现。通过研究发现，其抬升装置主要利用推杆的推力来将坐板进行抬升，其作用面积较小，在老人起立时若姿势不当则有可能出现重心偏移而导致轮椅侧翻等危险。鉴于此项隐患，本文所设计的辅助起立装置决定抛弃传统的推杆抬升原理，利用螺旋传动的原理来进行坐板的抬升。

辅助起立若仅采用坐板抬升机构，在老人想要起立时便仅仅只是将其下肢抬高。老人身体机能远不如正常人，在下肢被抬高时可能会有因为重心不稳而导致摔倒等隐患。本课题所设计的辅助起立装置不仅有坐板处的抬升机构，在轮椅扶手处也设计了一个通过电动伸缩杆上下伸缩的原理来实现的一个抬升机构。

由图1可知，坐板处的抬升机构为锥齿轮传动与螺旋传动的组合结构，电动机带动锥齿轮1进行旋转运动，通过与锥齿轮2及锥齿轮3的啮合，带动锥齿轮4与锥齿轮5旋转，经过锥齿轮4与锥齿轮6啮合使螺旋杆A进行旋转运动，同理，螺旋桿B进行旋转运动，使抬板进行直线往复运动，从而实现抬板的升降。由于单个抬升机构作用面积不大，本文采用两个升降机构组成为一个抬升装置，从而使坐板抬升时更为安全可靠。

由图2可知，扶手处的抬升是通过电动伸缩杆的上下往复运动实现的，在人体想要起立时，通过将其手肘部分缓缓抬起，与下肢抬升产生联动，使得老人起立不再那么困难。本文采用单边四个电动伸缩杆实现抬升，使其更为安全。

四、结语

本文从我国人口老龄化加速这一问题出发，引出了我国孤寡老人的生活无人照料的问题，通过明确研究目标设计出一种辅助起立机构，通过此机构可以使老人的起立不再那么困难，借助机械的力量来辅助起立，是未来科技发展的主要趋势。

参考文献：

[1] 蔡自兴.机器人学 [M].第 1 版.北京：清华大学出版社，2005.97—105.

[2] 王志强，姜洪源，KAMNIK Roman.辅助起立机器人人体运动学建模与试验研究[J].哈尔滨工程大学学报，2014，35（02）：233-237.

[3] 黄精，王健.电动轮椅车的硬件电路设计[J].计算机与数字工程，2013，14（12）：2016-2019.

[4] 袁玉霞，赵明冬.电动轮椅运动控制系统的设计[J].山东工业技术，2017（03）：262.

（作者单位：浙江工业职业技术学院）