一種基于智能多功用爬梯式康復(fù)助行器的研究

崔有正 王澤旭 楊紹震 溫佳霖 殷曉冬

摘 ? 要：智能多功用爬梯式康復(fù)助行器由三星輪爬梯系統(tǒng)、緊急制動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、腿部鍛煉康復(fù)系統(tǒng)、彈簧減震系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)組成，其中的腿部康復(fù)鍛煉機(jī)構(gòu)可以調(diào)整高度，在支架上安裝了許多帶有凸點(diǎn)的按摩裝置，這些裝置可以讓使用者將腿部或背部靠放在助行器上，以達(dá)到在任何地點(diǎn)隨時(shí)完成鍛煉的效果。中間的座位板，采用了卡扣設(shè)計(jì)，可以方便隨時(shí)收起和放下。底部的車輪采用前輪和三星輪的結(jié)合，前輪與手柄相連可以保證助行器的轉(zhuǎn)向，后輪采用由3個(gè)輪組成的三星輪，可以克服地勢(shì)障礙（爬梯），自由行走。整體支架符合人體設(shè)計(jì)，肘部有扶手柄桿設(shè)計(jì)，橡膠設(shè)計(jì)針對(duì)人體穴位設(shè)有按摩墊，鍛煉手部，手臂無(wú)力時(shí)，可靠在U型臺(tái)上。在助行器的桿件上，安裝多個(gè)防意外接觸點(diǎn)，當(dāng)劇烈碰撞或與接觸物非常近時(shí)，助行器自動(dòng)自鎖的同時(shí)發(fā)出信號(hào)給看護(hù)人，防止二次傷害的發(fā)生，在最大程度上減少危險(xiǎn)系數(shù)。因此，本裝置是結(jié)合輔助爬梯、輔助行走、腿部鍛煉、緊急報(bào)警于一體的多功用助行器裝置。

關(guān)鍵詞：多功用;可爬梯;緊急制動(dòng);發(fā)送報(bào)警信號(hào);康復(fù)鍛煉;GPS定位

進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)的老齡化已經(jīng)十分嚴(yán)重。針對(duì)老年人的設(shè)計(jì)是不可缺少的，而現(xiàn)在市面上的助行器還不足以滿足老年人或患者的要求，也不能減少其出現(xiàn)危險(xiǎn)的系數(shù)，所以針對(duì)此點(diǎn)進(jìn)行研究。此設(shè)計(jì)的目的在于：助行器作為一種輔助人們行走、支撐平衡的工具，真正做到使用者在沒有看護(hù)人員的幫助之下，實(shí)現(xiàn)自我照顧、自由走動(dòng)以及外出的生活狀態(tài)。

1 ? ?設(shè)計(jì)理念概述

1.1 ?研究?jī)?nèi)容

將助行與爬梯兩個(gè)單獨(dú)功能元有機(jī)結(jié)合在一起是非常必要的，智能多功用爬梯式康復(fù)助行器能夠同時(shí)滿足病人對(duì)行走和爬梯的雙需求。

此設(shè)計(jì)除了傳統(tǒng)的助行及備有爬梯功能外，還配備緊急制動(dòng)系統(tǒng)、緊急報(bào)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、康復(fù)訓(xùn)練裝置和GPS定位系統(tǒng)?？祻?fù)訓(xùn)練裝置可以加快使用者的恢復(fù)和滿足日常鍛煉的需求，其中助行器在支架上安裝了許多帶有凸點(diǎn)的按摩裝置，這些裝置在主動(dòng)鎖定的狀態(tài)下可以讓使用者將腿部放在助行器上，以做到在任何地點(diǎn)隨時(shí)完成鍛煉的效果。底部的車輪采用三星輪，前輪與手柄相連可以保證助行器的轉(zhuǎn)向，后輪采用由3個(gè)小輪組成的三星輪，可以克服地勢(shì)障礙，自由行走（見圖1）。當(dāng)助行器發(fā)生劇烈碰撞，輪上配備的自鎖裝置對(duì)助行器進(jìn)行緊急制動(dòng)。助行器上配備的GPS定位可以將無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)郊覍偈謾C(jī)上，家屬能夠隨時(shí)通過(guò)手機(jī)查看使用者的位置。這幾項(xiàng)功能的加入進(jìn)一步提高了智能多功用爬梯式康復(fù)助行器的安全性和實(shí)用性，在降低看護(hù)人員負(fù)擔(dān)的同時(shí)，在最大程度上提高安全系數(shù)，減少意外的發(fā)生。

1.2 ?研究目的

（1）提供一種可讓使用者獨(dú)立進(jìn)行爬梯的助行裝置。

（2）改變現(xiàn)有技術(shù)中的背向爬梯，使用者可以面對(duì)樓梯爬梯，調(diào)整重心，從而提高穩(wěn)定性和安全系數(shù)。

（3）進(jìn)一步提高助行器在使用過(guò)程中的安全性和實(shí)用性。

1、2扶手;3、4U型臺(tái);5、6緊急制動(dòng)點(diǎn);7、8、9腿部按摩棒;10、11照明燈;12、13卡扣;14、15 彈簧;16、17主動(dòng)輪;18、19 防觸碰裝置;20、21三星輪;22動(dòng)力箱;23座板;24、25控制桿

2 ? ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及工作流程設(shè)計(jì)

2.1 ?爬梯裝置原理

爬梯裝置主要由三星輪裝置完成，并由低速電動(dòng)機(jī)提供爬梯裝置的動(dòng)能。基于它的傳動(dòng)工作可靠并且具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、緊湊節(jié)省空間、運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可以作為助行器的傳動(dòng)裝置。在助行器爬樓梯時(shí)通過(guò)翻轉(zhuǎn)電機(jī)工作并讓減速裝置帶動(dòng)中心軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)整個(gè)三星輪系旋轉(zhuǎn)完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，來(lái)實(shí)現(xiàn)爬梯。其中還會(huì)設(shè)有手動(dòng)鎖定主動(dòng)輪功能，應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況的發(fā)生，讓助行器始終可控。

2.2 ?緊急制動(dòng)報(bào)警裝置工作原理

在助行器的桿件上，安裝多個(gè)防意外接觸點(diǎn)，當(dāng)使用者在使用多功能助行器的過(guò)程中，發(fā)生劇烈碰撞、摔倒、行動(dòng)不便、意外等各種情況時(shí)，第一時(shí)間啟動(dòng)報(bào)警器并向看護(hù)人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)助行器的主動(dòng)輪上附帶的緊急制動(dòng)裝置觸發(fā)，將助行器的主動(dòng)輪卡死，同時(shí)發(fā)送無(wú)線信號(hào)給看護(hù)人，如果想要解除緊急制動(dòng)狀態(tài)，可以通過(guò)控制桿件上的遙控裝置，解除緊急制動(dòng)狀態(tài)。

2.3 ?康復(fù)裝置工作原理

在豎直支架正前方設(shè)有腿部康復(fù)裝置，在任何地方使用者都可以進(jìn)行腿部鍛煉訓(xùn)練以及背部康復(fù)鍛煉。在很大程度上滿足絕大部分殘疾人以及因疾病患有行走不便后遺癥的人群進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

2.4 ?GPS系統(tǒng)工作工作原理

GPS裝置裝于防意外觸碰點(diǎn)中，在發(fā)生意外時(shí)，能及時(shí)將使用者的位置信息通過(guò)無(wú)線信號(hào)的方式傳遞給看護(hù)者，讓看護(hù)者第一時(shí)間制定出即及時(shí)又有效的處理方法。在平時(shí)鍛煉時(shí)，GPS系統(tǒng)也會(huì)每隔一段時(shí)間都會(huì)向看護(hù)者發(fā)送實(shí)時(shí)位置，也可記錄當(dāng)天的行走路線，供使用者記錄，達(dá)到最大程度的看護(hù)效果。

2.5 ?照明反光裝置工作原理

助行器上的照明裝置采用了LED燈管，并且助行器的桿件通體由反光涂料鍍漆，在夜晚或者昏暗環(huán)境下可以為使用者提供很好的照明視野，同時(shí)反光涂料鍍漆反射出帶有顏色的光，可以提醒往來(lái)的車輛。

2.6 ?智能多功用爬梯式康復(fù)助行器工作原理

智能多功用爬梯式康復(fù)助行器由三星輪爬梯系統(tǒng)、緊急制動(dòng)報(bào)警裝置、康復(fù)鍛煉系統(tǒng)、彈簧減震系統(tǒng)、照明反光裝置和GPS定位系統(tǒng)組成。中間的座位板采用了卡扣設(shè)計(jì)，可以方便隨時(shí)收起和放下。底部的車輪采用三星輪和主動(dòng)輪，前輪使用主動(dòng)輪，可以保證助行器的轉(zhuǎn)向，后輪采用由3個(gè)小輪組成的三星輪，可以克服地勢(shì)障礙，自由行走。整體支架符合人體設(shè)計(jì)，肘部有扶手柄桿設(shè)計(jì)、橡膠設(shè)計(jì)，可鍛煉手部，手臂無(wú)力可靠在U型臺(tái)上。在助行器的桿件上，安裝多個(gè)防意外接觸點(diǎn)，當(dāng)使用者在使用助行器的過(guò)程中，發(fā)生劇烈碰撞、摔倒、意外等各種情況時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)主動(dòng)輪上附帶的緊急制動(dòng)裝置將會(huì)自動(dòng)觸發(fā)，將助行器的主動(dòng)輪卡死，避免更加嚴(yán)重的情況發(fā)生;并在自動(dòng)自鎖的同時(shí)通過(guò)發(fā)送無(wú)線信號(hào)給看護(hù)人，以便于家屬能在第一時(shí)間趕到使用者的身邊，在最大程度上減少危險(xiǎn)系數(shù)。如遇夜間出行或光線昏暗道路不清的情況，助行器前方有照明系統(tǒng)，可手動(dòng)開啟照明燈，并且助行器主要框架均用反光涂料鍍漆，來(lái)保障夜間出行的安全性。同時(shí)GPS定位系統(tǒng)會(huì)每間隔一段時(shí)間將使用者的實(shí)時(shí)位置發(fā)送到看護(hù)人的手機(jī)上，同時(shí)會(huì)記錄下使用者一天的行走路線。因此，本裝置是結(jié)合輔助爬梯、輔助行走、緊急制動(dòng)報(bào)警、腿部康復(fù)鍛煉、GPS定位系統(tǒng)于一體的多功用助行器裝置。不僅功能完善，而且進(jìn)一步增強(qiáng)了裝置的安全性和實(shí)用性，能夠更大限度地滿足使用者的需求。

3 ? ?創(chuàng)新理念

此項(xiàng)研究的意義在于通過(guò)對(duì)現(xiàn)有助行器的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行分析，不光針對(duì)老年人，還針對(duì)由先天缺陷或因?yàn)槟承┮馔庾罱K導(dǎo)致行走不便的后遺癥或術(shù)后做康復(fù)鍛煉卻行走不便的人群，對(duì)此設(shè)計(jì)出一款真正能夠適合行走不便的人群需求的產(chǎn)品，使其能夠獨(dú)立生活，提升其生活品質(zhì)，讓他們也能夠積極面對(duì)生活并且享受生活。其次本項(xiàng)研究攜帶的緊急制動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可以在使用者發(fā)生任何突發(fā)情況時(shí)，助行器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)自鎖并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，便于家屬或路人能在第一時(shí)間趕到使用者的身邊，來(lái)最大程度上的減少危險(xiǎn)系數(shù)。此項(xiàng)研究所使用的三星輪系統(tǒng)可以很好地解決使用者上樓不便的困惑，并且輪上附帶的彈簧減震裝置和緊急制動(dòng)裝置，可以讓此助行器在各類地面使用，還可防止意外的發(fā)生。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

（1）智能多功用爬梯式康復(fù)助行器是集自動(dòng)爬梯、輔助行走、緊急制動(dòng)報(bào)警、腿部康復(fù)鍛煉于一體的多功能助行器裝置。同時(shí)還具有照明、夜間反光、GPS定位等功能。在絕大程度上克服任何地形，并且可作為行走不便人群的康復(fù)器械。

（2）對(duì)于使用者家屬來(lái)說(shuō)，此裝置的研發(fā)將會(huì)在很大程度上減輕陪護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。智能多功用爬梯式康復(fù)助行器助行器具備緊急制動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在發(fā)生任何突發(fā)情況時(shí)，會(huì)第一時(shí)間啟動(dòng)報(bào)警器并向看護(hù)人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)觸發(fā)緊急制動(dòng)裝置，將助行器的主動(dòng)輪卡死，避免更加嚴(yán)重的情況發(fā)生。該裝置最大限度地提高安全性和實(shí)用性，能夠更大限度地滿足使用者及家屬的需求。

（3）此智能多功用爬梯式康復(fù)助行器具有良好的市場(chǎng)前景，造價(jià)低，實(shí)用性高，針對(duì)各類人群，能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，設(shè)計(jì)一種智能多功用爬梯式康復(fù)助行器解決了傳統(tǒng)助行器的不足，為人們開發(fā)、設(shè)計(jì)新型助行器提供新的途徑和方向，具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

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