輪柱可切換無(wú)動(dòng)力助行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

彭國(guó)慶 顧曉猛 劉劍鋒 夏余平

摘 ?要：中國(guó)人口老齡化趨勢(shì)加劇，老年人口基數(shù)龐大，但是針對(duì)老年人設(shè)置的服務(wù)機(jī)構(gòu)和人員極度匱乏，老年人的出行出現(xiàn)困難。針對(duì)于此，文章設(shè)計(jì)了一款適合老年人出行的助行器，助行器的設(shè)計(jì)以安全、舒適為主，并綜合考慮適合老年人的著色處理。

關(guān)鍵詞：助行架;無(wú)動(dòng)力;老年人;可切換

中圖分類號(hào)：TH772 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）28-0086-02

Abstract： The trend of aging population in China is increasing， and the population base of the elderly is huge， but there is an extreme shortage of service institutions and personnel for the elderly， so it is difficult for the elderly to travel. In view of this， a walking frame suitable for the elderly is designed in this paper. The design of the walker is comparatively safe and comfortable， and the coloring treatment suitable for the elderly is comprehensively considered.

Keywords： walking frame; non-power; elderly; switchable

引言

我國(guó)從2000年就已經(jīng)進(jìn)入人口老齡化社會(huì)。有關(guān)專家預(yù)測(cè)到2050年，我國(guó)老齡人口將達(dá)到總?cè)丝诘娜种籟1]。老年人身體機(jī)能衰退，尤其是下肢肌纖維肌力退化，正常行走出現(xiàn)障礙，出行不便運(yùn)動(dòng)量減少，又導(dǎo)致肌纖維進(jìn)一步加速萎縮，行動(dòng)能力減弱。目前市場(chǎng)上的助行器主要有三類：一是無(wú)動(dòng)力助行器，沒(méi)有外部動(dòng)力源，僅通過(guò)將下肢負(fù)重轉(zhuǎn)移到上肢來(lái)進(jìn)行步態(tài)輔助;二是動(dòng)力式助行器，動(dòng)力助行器擁有外部動(dòng)力源，多以電力驅(qū)動(dòng)輔助人體完成步行;三是功能性電刺激助行器，這類助行器在設(shè)計(jì)中加入功能性電刺激。我國(guó)的國(guó)情決定了價(jià)格低廉的無(wú)動(dòng)力助行器將在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，但市場(chǎng)上無(wú)動(dòng)力助行器存在功能不全、操作復(fù)雜和安全性不高等特點(diǎn)，針對(duì)以上幾點(diǎn)設(shè)計(jì)出更具使用價(jià)值的助行器用以解決老年人自主出行方便和安全的問(wèn)題[2]。

1 功能分析

1.1 無(wú)動(dòng)力助行器對(duì)比

（1）固定式助行器

固定式助行器安全系數(shù)高，但使用頗為費(fèi)力，不適宜長(zhǎng)時(shí)間外出使用。

（2）前輪式助行器

前輪式助行器不用抬起架身，對(duì)上肢力量弱的老年人很友好，而且操作簡(jiǎn)單，但只適合行走，不能坐下來(lái)休息。

（3）平臺(tái)式助行器

平臺(tái)式助行器有四個(gè)腳輪，可以向任意方向移動(dòng)，但遇到坡道等復(fù)雜路面即使有剎車系統(tǒng)老年人也難以控制，安全性不夠。

通過(guò)對(duì)無(wú)動(dòng)力助行器不同的類型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)存的助行器存在或多或少的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)以此出發(fā)設(shè)計(jì)更適合老年人出行的助行器。

1.2 功能需求

通過(guò)以上分析得出老年人助行器需具有以下功能：

（1）剎車功能：在實(shí)際使用過(guò)程中既要起到輔助行走的功能，還能保護(hù)老年人的人身安全。

（2）輪柱切換功能：即擁有輪式和柱式兩種形態(tài)，這樣老年人既可行走鍛煉，亦可在累時(shí)由護(hù)理人員送回。

（3）舒適的座椅：符合老年人的靠椅和著色處理。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 框架

人的身高會(huì)隨著年齡的增加而逐漸降低，為使助行器更貼合老年人的實(shí)際情況，應(yīng)以老年人的身體數(shù)據(jù)來(lái)確定助行器的具體尺寸。助行器主要的使用對(duì)象是60歲～70歲的弱行動(dòng)能力的老年人，其身高（1538mm～1651mm）、臀寬（324mm～329mm）[3]。其握把高度應(yīng)設(shè)計(jì)為77cm～83cm范圍內(nèi)。老年人在使用助行器的過(guò)程中人需要進(jìn)入助行器框架內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)，因此助行器寬度應(yīng)加上左右各10cm的活動(dòng)距離即在52cm～53cm范圍內(nèi)。

2.2 折疊座椅

在坐姿狀態(tài)下，老年人的背部重量主要分布于胸椎上。應(yīng)在腰椎和頸椎部分設(shè)置相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)，在此條件下脊椎骨才會(huì)以正常的弧度彎曲，從而使脊椎各個(gè)部分均勻受力。座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮老年人身體實(shí)際數(shù)據(jù)?？紤]到步行途中需要座椅在折疊狀態(tài)，用松緊螺紐來(lái)實(shí)現(xiàn)折疊。

圖1為老年人測(cè)試坐姿角度圖，對(duì)助行器坐姿狀態(tài)下的舒適度的研究表明：大腿與軀干之間的夾角A2、軀干與豎直方向的夾角A1以及大腿與小腿之間的夾角A4之間存在如下線性關(guān)系：

A2=48.55°+0.925A1+0.318A4

以上三個(gè)角度是關(guān)系到老年人坐姿舒適程度的主要因素，因此，需依據(jù)老年人的身體參數(shù)來(lái)定義以上三個(gè)角度。

在坐姿狀態(tài)下，人體頸部與豎直方向夾角A1為0°時(shí)人體脊柱變形的程度最少，越向后傾斜腰椎的后凹程度越大。不正確的坐姿使脊柱形成不正常的彎曲，而由于老年人脊柱形態(tài)特點(diǎn)決定這種彎曲程度將逐漸加劇。因此，軀干傾斜的角度越小，老年人脊柱變形的程度越小。所以在老年人助行器的設(shè)計(jì)中，A1在10°～15°的區(qū)間取值。

在實(shí)際使用的過(guò)程中為了避免老年人在坐姿狀態(tài)下向前滑動(dòng)，座墊都會(huì)設(shè)計(jì)與水平面成3°～8°的夾角，即A3為3°～8°。同時(shí)，由于在坐姿狀態(tài)下時(shí)小腿回縮，相對(duì)直立，大腿與小腿之間的夾角A4的取值范圍受到限制，取值范圍變小。由上圖的幾何關(guān)系可知：

A2=A1-A3+90°

計(jì)算得到：A2∈[92°，102°]

從而得到：A4∈[93°，139°]

老年人坐姿各角度的范圍如表1所示：

2.3 剎車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

老年人注意力渙散，對(duì)危險(xiǎn)沒(méi)有可靠的預(yù)判，且上肢的握力較小，因此需設(shè)計(jì)一種僅依靠自身行走時(shí)的重力就可完成剎車動(dòng)作的剎車系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)可將輔助行走的手柄和剎車系統(tǒng)的手柄結(jié)合起來(lái)，當(dāng)老年人完成移動(dòng)助行器的動(dòng)作后，以手柄為支撐進(jìn)行腿部運(yùn)動(dòng)時(shí)手部向下的力來(lái)完成剎車動(dòng)作。這樣既保證了老年人行走時(shí)的安全，也不用頻繁的用力緊握剎車手柄而造成手掌受傷。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.4 輪柱切換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)老年人的生活現(xiàn)狀是：一般是夫妻一起生活，且多數(shù)情況下其中一個(gè)老人行動(dòng)能力較強(qiáng)，能夠獨(dú)立自主生活并在一定程度上照護(hù)老伴兒。當(dāng)下市場(chǎng)上的無(wú)動(dòng)力助行器只有輪式、柱式和前輪式。雖然柱式可以切換為輪式，但需要攜帶、安裝螺栓固定相應(yīng)的配件，安裝復(fù)雜難以實(shí)時(shí)完成。因此助行器最好有輪式、柱式兩種形態(tài)可以隨時(shí)隨地完成輪柱的切換。由于老年人肌肉衰退，需較大力量來(lái)完成輪柱切換的結(jié)構(gòu)不可取?？紤]到操作性和整體重量，將后兩條支撐柱設(shè)計(jì)為可伸縮，當(dāng)柱腿收縮時(shí)便實(shí)現(xiàn)了由柱式切換為輪式。伸縮結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 基于老年人心理的著色處理

有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)老年人對(duì)黃、橙、紅的感知能力比對(duì)藍(lán)、綠、紫的感知能力要強(qiáng)得多。因此，助行器的剎車手柄應(yīng)選用老年人容易注意的橙色。并且隨著年齡的增加，老年人的性格也會(huì)變得平和安詳，他們更加喜愛(ài)穩(wěn)重、素雅、低調(diào)的灰白黑的中間色，這些顏色能夠使老年人產(chǎn)生親切感和愉悅感，因此在助行架的框架顏色選擇灰色，座墊及靠背選擇黑色。

老年人在使用助行器步行途中大概率要穿過(guò)馬路和交通繁忙的街道，過(guò)往車輛對(duì)老年人是一種威脅，為了警示來(lái)往車輛為老人讓行，還應(yīng)在助行器上設(shè)置灰色作為警示色，將部分桿件渲染成灰色，保障老年人的安全。最終產(chǎn)品如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在中國(guó)老齡化的背景下，設(shè)計(jì)出一種適合老年人出行的助行器，這在一定程度上緩解了子女不在身邊，老年人得不到足夠照應(yīng)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王霞.中國(guó)人口結(jié)構(gòu)變動(dòng)與老齡化問(wèn)題研究[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，25（02）：66-69.

[2]敬菲菲.老年人無(wú)動(dòng)力助行器研究與設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2009.

[3]段凌，馬如彪，曾爾亢，等.1406例老年人身高、體重與體重指數(shù)調(diào)查分析[J].中國(guó)民康醫(yī)學(xué)，2014，26（05）：87-89.