倪東旭　魯傳航　宋勝偉　齊曦彤

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人均壽命的不斷提高，我國人口老齡化程度越來越嚴重，老年人的人口比重越來越大，因此所需的助老設(shè)備越來越多。對于行動不太方便的老年人來說，拐杖是一種輔助器械，可以幫助老年人更好地行動和更方便地生活。隨著社會的蓬勃發(fā)展，人們對助老拐杖有了更新、更高的要求。本設(shè)計是一種基于老年群體需求而設(shè)計的新型助老拐杖，通過簡單的結(jié)構(gòu)，解決老人摔倒后站不起來的問題，幫助老年人更加便利地生活。

關(guān)鍵詞：助老拐杖;幫扶老人;三角結(jié)構(gòu);支撐桿;電推桿

中圖分類號：TH789文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）06-0066-03

Design of Crutches for the Elderly Based on the Needs of the Elderly

NI Dongxu LU Chuanhang SONG Shengwei QI Xitong

（School of Mechanical Engineering， Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150027）

Absrtact： With the rapid development of science and technology and the continuous improvement of the average life expectancy， the aging of our country's population is becoming more and more serious， and the proportion of the elderly population is increasing， therefore， more and more equipment is needed to help the elderly. For the elderly who are not easy to move， crutches are an auxiliary device that can help the elderly move better and live more conveniently. With the vigorous development of society， people have newer and higher demands on crutches for helping the elderly. The design is a new type of crutches designed to help the elderly based on the needs of the elderly， through a simple structure， the problem that the elderly cannot stand up after a fall is solved， and the elderly can live more conveniently.

Keywords： crutches for the elderly;support for the elderly;triangular structure;support rod;electric push rod

老人是一個很特殊的群體，一些老人腿腳不利索，生活中需要依靠拐杖，抑或是摔倒后沒人扶，無法自行站立。針對這一問題，研究人員決定研制一款不用別人幫助，能自助幫助老人摔倒后站起來的拐杖。

1 項目研究背景

據(jù)了解，截至2019年底，中國有65歲以上老年人1.75億，占總?cè)丝诘谋壤秊?2.5%。隨著中國老齡化人口的增長，有報告指出，高齡者等速肌力（膝伸肌最大力矩值/體重）僅為青年人的60%～70%，對于老人來說，行走成了一個很吃力的問題，拐杖也成為高齡者行走的必備輔助工具。為了減輕老人的痛苦，關(guān)注老人的健康與快樂[1]，本課題小組設(shè)計了一款更適合老年人、更人性化的實用型起身拐杖，讓老人無處不感受人們對他們的關(guān)愛、社會對他們的關(guān)懷。

雖然我國擁有世界上最大的老年市場，但中國老年人用品市場目前只有保健品服務(wù)，市場單一，無差異性。隨著人們的日益富裕，加上中國“孝敬老人”傳統(tǒng)文化的影響，人們必然會日益重視老年人的起居生活[2]。

近些年的調(diào)查顯示，經(jīng)營老年產(chǎn)品的企業(yè)數(shù)量仍然很少，老年人市場供應(yīng)疲軟;產(chǎn)品個性化發(fā)展仍需要大力開拓;價格定位不夠合理;產(chǎn)品宣傳的力度仍需要加強;品種單一，款式單調(diào)又不夠新穎，新產(chǎn)品有待開發(fā);老年人用品專柜太少，太分散。

2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本課題中的助老拐杖是一種新型設(shè)計，可以幫助老年人摔倒后自主站起來，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計是其十分重要的一部分。其主要由主支撐桿、副支撐桿、電動推力桿、束縛卡帶和電池組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

主支撐桿的底端和副支撐桿的底端可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接;副支撐桿另一端與電動推力桿的一端可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，電動推力桿的另一端與主支撐桿中部可轉(zhuǎn)動連接，且電動推力桿為伸縮桿;束縛卡帶設(shè)置于副支撐桿，遠離主支撐桿的一側(cè)，用于束縛固定人體;電池設(shè)置于主支撐桿或副支撐桿上，且電池與電動推力桿連接，用于提供動力。

進一步來看，該設(shè)計還包括防側(cè)翻支架，共有4個。防側(cè)翻支架分別通過螺栓轉(zhuǎn)動連接于主支撐桿的兩側(cè)，用于支撐地面，防止拐杖側(cè)翻。副支撐桿的長度小于主支撐桿的長度。主支撐桿底端設(shè)置有橡膠墊[3]。

主支撐桿上設(shè)置有用于容置電動推力桿的凹槽，主支撐桿與副支撐桿重合時，電動推力桿置于所述凹槽內(nèi)。主支撐桿與副支撐桿通過連接件連接，連接件一端與主支撐桿底部可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接，連接件另一端與副支撐桿可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案通過增設(shè)電動推力桿，能讓老年人在摔倒后身邊沒人扶的情況下通過使用拐杖自主站起來，具體地說，電動推力桿通過設(shè)置于桿內(nèi)的電機驅(qū)動，將副支撐桿撐起，使副支撐桿頂端與主支撐桿分離，同時電動推力桿將倚靠在副支撐桿上的老年人撐起。本設(shè)計通過簡單的結(jié)構(gòu)，解決老人摔倒后站不起來的問題。

3 助老拐杖的分步設(shè)計

3.1 主支撐杖部分的設(shè)計

3.1.1 設(shè)計部分。主支撐桿和副支撐桿為伸縮結(jié)構(gòu)，主支撐桿包括第一連桿和主支撐桿本體，主支撐桿本體上設(shè)置有若干縱向排列的第一通孔，且主支撐桿本體套設(shè)在第一連桿上，第一連桿靠近主支撐桿本體的一端設(shè)置有第一彈簧凸塊。第一彈簧凸塊在第一連桿上往復(fù)運動，從第一通孔內(nèi)伸出，用于固定第一連桿。主支撐桿上還設(shè)有防側(cè)翻支架，在使用時，將防側(cè)翻支架打開，用于支撐地面，防止在支撐過程中發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象。主支撐桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。

副支撐桿包括第二連桿和副支撐桿本體，副支撐桿本體上設(shè)置有若干縱向排列的第二通孔，且副支撐桿本體套設(shè)在第二連桿上，第二連桿靠近副支撐桿本體的一端設(shè)置有第二彈簧凸塊。第二彈簧凸塊在第二連桿上往復(fù)運動[4]，從第二通孔內(nèi)伸出，用于固定第二連桿。副支撐桿結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1.2 功能模型圖。拐杖的最終目的是支撐老人，輔助老人行走。其功能模型圖如圖4所示。

3.2 理論計算設(shè)計

考慮到每個人的身高與體重不同，下面以170 cm、60 kg的老人為例，進行理論計算設(shè)計。設(shè)預(yù)先啟動角度為10°，由圖5可知，預(yù)使電動推力桿沿垂直方向的力大于人體最大重力600 N，電動推力桿軸向力需要大于式（1）的計算結(jié)果。

[F=Gsinα=600 Nsin10°≈3 500 N]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

假設(shè)副支撐桿總長為1.3 m，副支撐桿上用轉(zhuǎn)動副連接安裝一個長度為0.8 m、行程大于46.5 cm電動推力桿，電動推力桿與主支撐桿組成一個一邊可伸縮的三角形結(jié)構(gòu)。主支撐桿和副支撐桿底部連接，形成轉(zhuǎn)動副。后端設(shè)置有防側(cè)翻支架，在支起過程中發(fā)揮加固穩(wěn)定作用。防側(cè)翻支架下面設(shè)有防滑墊，增大摩擦，保證穩(wěn)定。拐杖主體選擇空心管，空心管中安裝鋰電池，組成可充電的24 V電池模塊，為電動推力桿供電。

3.3 總體細節(jié)設(shè)計

在參數(shù)化設(shè)計中，副支撐桿頂部為可伸縮結(jié)構(gòu)。需要說明的是，當(dāng)需要調(diào)節(jié)高度時，助老拐杖使用者按壓第一凸塊或第二凸塊，同時移動第一連桿或第二連桿，使第一連桿或第二連桿可以在主支撐桿本體或副支撐桿本體上滑動，以此調(diào)節(jié)拐杖高度。助老拐杖采用螺栓方式調(diào)節(jié)高度，第一連桿和第二連桿設(shè)置有固定孔，主支撐桿本體和副支撐桿本體上，若干個的第一通孔和第二通孔是穿透所述主支撐桿本體和副支撐桿本體的，螺栓插入主支撐桿本體和副支撐桿本體一側(cè)的通孔后，繼續(xù)插入第一連桿或第二連桿的固定孔，并由主支撐桿本體和副支撐桿本體另一側(cè)的通孔伸出，從而實現(xiàn)高度的調(diào)節(jié)。

為了減小拐杖的體積，主支撐桿設(shè)置有用于容置電動推力桿的凹槽，主支撐桿與副支撐桿重合時，電動推力桿置于凹槽內(nèi)。同時，由于主支撐桿與副支撐桿是繞一點轉(zhuǎn)動連接的，當(dāng)電動推力桿置于主支撐桿與副支撐桿之間時，主支撐桿與副支撐桿頂端有很大的間隙，不利于老人的使用。因此，本設(shè)計設(shè)置一個容置電動推力桿的凹槽，以減小拐杖的厚度[5]。

4 助老拐杖工作流程

當(dāng)老人摔倒后，拐杖跟著倒下。首先，使用者將拐杖支起一定角度（不小于10°），再側(cè)身將拐杖放于身后，將腰部和胸部的兩個背帶卡扣分別卡死;然后順勢滾動一下，將拐杖整體置于身子下面，再將側(cè)支撐桿打開;最后按下開關(guān)，電動推力桿緩慢伸長，人體隨之轉(zhuǎn)動，即可將老人慢慢支起。

5 結(jié)語

老年人是一個特殊的群體，他們有些時候不想給自己的子女帶來麻煩。本文設(shè)計的助老拐杖不僅能為老年人提供使用方面的便利，更能讓老年人體會那種不用別人幫助、自己站起來的愉悅，這有利于增加老年人的自信心，符合關(guān)愛老人、服務(wù)社會的價值理念[6]。關(guān)愛老年人是全社會的責(zé)任，筆者希望將本設(shè)計推向全中國、全社會。當(dāng)前，人們要“常懷尊老之情，常揚敬老之意，常興敬老之風(fēng)，常盡為老之責(zé)，常辦利老之事”，努力實現(xiàn)老有所養(yǎng)、老有所助、老有所樂、老有所為的目標。

參考文獻：

[1]毛麗鳳，林君濠，嚴珩洋，等.基于老年人群體的智能拐杖設(shè)計[J].電子制作，2021（1）：31-33.

[2]郝萌，王志坤，孫宏宇，等.一種關(guān)于助老拐杖的設(shè)計[J].山西電子技術(shù)，2020（5）：34-36.

[3]崔曉龍.老年人助行產(chǎn)品設(shè)計[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2014：20-21.

[4]寧莉萍，鄔春艷.關(guān)于老人使用拐杖助行情況的調(diào)查與研究[J].家庭生活指南，2019（1）：241-242.

[5]陳娜，徐玉喜，袁偉龍，等.一種登山拐杖的創(chuàng)新設(shè)計及力學(xué)分析[J].決策探索，2017（11）：3-5.

[6]周杰，朱思潮，張衛(wèi)忠，等.助扶式智能助老拐杖設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（5）：177-178.