一種四輪助行機(jī)器人應(yīng)用研究

郭冰

摘 要 隨著人口老齡化進(jìn)程的加快，我國(guó)高齡人口在不斷增加。在困擾老年人生活的眾多問(wèn)題中，尤為突出的一項(xiàng)是老年人渴望自主外出行走，增加運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。但部分老年人由于身體虛弱或下肢功能不健全，導(dǎo)致行走困難，需要在輔助的情況下行走。另有老年人在行走的時(shí)候由于反應(yīng)能力下降導(dǎo)致行走平衡能力下降，會(huì)有跌倒危險(xiǎn)。這就需要研發(fā)一款小型的行走輔助設(shè)備幫助老年人安全舒適的行走。增加老年人外出的運(yùn)動(dòng)機(jī)會(huì)。改善其身體健康狀況，同時(shí)也提高其生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 老齡化;自主行走;行走輔助

1現(xiàn)有產(chǎn)品分析

由于日本、歐美等地區(qū)老齡化社會(huì)發(fā)展較早，老年人有穩(wěn)定的退休收入及社會(huì)保障，對(duì)助行器產(chǎn)品的擁有率很高。加之政府在養(yǎng)老機(jī)器人方面的投入也成倍增長(zhǎng)。在政府及財(cái)團(tuán)的大力支持下，很多養(yǎng)老用機(jī)器人的研發(fā)及應(yīng)用均走在世界的前列，比較有代表性的RT-Works公司的一款老年人行走輔助車，也是至今為止最具規(guī)模的產(chǎn)品。

但是同類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)鮮有銷售，國(guó)內(nèi)的同類產(chǎn)品大多處于實(shí)驗(yàn)室階段。市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品以手杖、助行架、無(wú)動(dòng)力助行車為主。

手杖輕便、易于便攜，但是穩(wěn)定性比較差;助行架有較大的支撐面積，安全穩(wěn)固，但是對(duì)路況要求高，無(wú)法在戶外使用;無(wú)動(dòng)力助行車使用方便，有座椅能提供休息，能擴(kuò)大老人的活動(dòng)范圍，但在上下坡時(shí)有溜車風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)身體平衡性不好的用戶，車子會(huì)越推越快，如果用戶突然跌倒時(shí)無(wú)法立刻停車為用戶提供良好的支撐。

2老年人日?；顒?dòng)分析

老年人日常比較喜歡看報(bào)，看電視。更關(guān)心自身的身體健康，大部分人會(huì)選擇在室外走路活動(dòng)。廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)生針對(duì)廣東工業(yè)大學(xué)小區(qū)、廣州黃花崗公園、廣州市越秀區(qū)黃花崗捷長(zhǎng)者日托中心的百位60～80歲的老人日?；顒?dòng)范圍調(diào)查的數(shù)據(jù)[1]。數(shù)據(jù)顯示老年人每天的活動(dòng)范圍主要集中在附近的公園或社區(qū)，樓下小區(qū)和附近的超市或菜市場(chǎng)，但因行走耐力有限大部分老人活動(dòng)30分鐘就要休息下。

3設(shè)計(jì)概要

綜合RT-Work產(chǎn)品功能與國(guó)內(nèi)市面上一些助行設(shè)備的特點(diǎn)及問(wèn)題分析，考慮到老人日常的活動(dòng)空間及耐力、平衡能力等生理能力的下降，設(shè)計(jì)一款能提供助力功能的四輪助行機(jī)器人。助行機(jī)器人本體主要由車身、載物袋、控制器、車輪、傳感器5大部分組成。功能包括擴(kuò)：

（1）助行器運(yùn)行速度跟隨用戶的行走速度自適應(yīng)調(diào)整，保持與用戶的速度同步。（2）速度限制功能，當(dāng)用戶的行走速度超過(guò)設(shè)定速度時(shí)設(shè)備會(huì)制動(dòng)剎車，防止用戶因身體不平衡導(dǎo)致越走越快。（3）助力行走，在前進(jìn)的方向上提供持續(xù)的牽引力。（4）行走訓(xùn)練，在前進(jìn)方向上提供持續(xù)的阻力。（5）上坡時(shí)自動(dòng)提供持續(xù)的牽引力。（6）下坡時(shí)自動(dòng)提供持續(xù)的阻力，保證設(shè)備緩慢地從坡上下來(lái)。（7）不論在平地還是坡路，任意一只手離開(kāi)車把后設(shè)備立刻剎車停止。（8）跌倒防護(hù)，當(dāng)用戶有跌倒趨勢(shì)時(shí)設(shè)備立刻剎車為用戶提供良好的支撐。（9）手動(dòng)物理剎車功能，手部向上握閘時(shí)可以將車制動(dòng);下拉車閘時(shí)可以使設(shè)備保持駐車狀態(tài)。（10）落座功能，當(dāng)用戶行走疲憊時(shí)可以坐在車體的座墊上休息。（11）載物袋中可提供最大10KG的承重，方便老人放置物品。（12）車身可折疊、扶手高度可調(diào)。

4結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

助行器作為老人的外出伴侶，結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)十分重要[2]。在助行器中，關(guān)鍵尺寸是其中高度（即手握部分的高度），主要尺寸是靠背支架高度、座高、座寬及座深，這些尺寸規(guī)格都需要根據(jù)老人的人體尺寸來(lái)確定。通過(guò)對(duì)《北京地區(qū)老年人人體尺寸測(cè)量》資料的查閱[3]，并考慮到大多老年人在彎腰、下蹲、從蹲姿或坐姿站起神來(lái)時(shí)姿態(tài)變化有困難，將設(shè)備設(shè)計(jì)尺寸如下所示：

（1）助行器高度（扶手部分的高度）：78～92cm可調(diào);（2）助行器寬度：63cm;（3）助行器長(zhǎng)度：74cm;（4）靠背高度：66～80cm;（5）坐墊高度：55cm;（6）坐墊寬度：43cm;（7）坐墊深度25cm。

5技術(shù)特點(diǎn)

本產(chǎn)品定位為一款人機(jī)互動(dòng)的行走輔助設(shè)備，人作為操作設(shè)備的輸入信號(hào)源同時(shí)也是機(jī)器人的控制對(duì)象。人對(duì)小車的推力一方面作為控制小車運(yùn)動(dòng)的信號(hào)輸入，另一方面小車的運(yùn)動(dòng)也會(huì)對(duì)人產(chǎn)生作用力，輔助使用者行走。這是一款典型的Human-in-the-loop系統(tǒng)（有人參與的控制系統(tǒng)）。

作為針對(duì)老年人行走輔助的產(chǎn)品，安全性、舒適性作為本次工作的重點(diǎn)。在系統(tǒng)中設(shè)有行走識(shí)別及跌倒檢測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)以確保產(chǎn)品的安全性與舒適性。

6效果展示

圖1為四輪助行器的設(shè)計(jì)效果圖，考慮到老年人性情一般比較沉穩(wěn)、喜靜。車身的色彩搭配上偏重樸素平和。研究表明，老年人更傾向于優(yōu)雅、沉穩(wěn)、高貴的色彩，如茶色、藍(lán)、綠等[4]。在此設(shè)計(jì)中色彩的搭配可參照這一設(shè)計(jì)原則。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅志云.基于老齡友好的老年人助行器設(shè)計(jì)研究[J].科技風(fēng)，2015， （12）：230.

[2] 梁艷霞.人體尺度在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用——以雙層床的設(shè)計(jì)為例[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2009，（4）：68.

[3] 胡海滔，李志忠，肖惠，等.北京地區(qū)老年人人體尺寸測(cè)量[J].人類工效學(xué)，2006，3（12）：39.

[4] 程能林.工業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：91.