熊震1 夏君2 胡瑞通信作者
1. 南昌工程学院 江西省精密驱动与控制重点实验室，江西 南昌 330099）
摘要：针对传统辅助行走工具拐杖功能单一、自重偏大、难以携带等问题，设计了一款多功能自适应变身式助老装置；该助老机械结构设计具备自适应变换能力，创新性地将双拐与轮椅结合，以满足肢体行动困难的老年人/残疾人辅助行走、休息、如厕等需求。自适应变身式功能模块为整体助老装置的设计重点，双拐采用丝杆滑块机构能适应不同身高人群，其下方滚轮用卡扣开关连接；由单片机输出PWM信号控制舵机使座垫翻转，实现座椅/坐便椅与双拐之间的转换。该设计具有一定的实用性，能够满足老人日常需求。?
关键词：助老装置；自适应；变身式；
1、前言
随着老人年龄增长导致其体能、感官和认知能力等身体机能衰弱，因疾病、意外事故等原因导致下肢丧失正常活动能力，对其独立自主生活影响不言而喻，助老助残已成为全社会最关心和最棘手的问题。老人渴望外出与他人交流，并且适量的户外活动有助于老人保持身心健康[1]，助老机械能够帮助老年人最大限度地恢复和代替下肢能力满足自主生活，老龄化现状愈发严峻状态老年人会更加依赖助老装置，因此设计一款辅助功能全面且经济实用的助老装置具有重要的意义。
近年来，国内外以拐杖和轮椅为载体已开发出具备不同辅助功能的助老装置，周杰等[1]开发了一种智能单拐能够自主分析拐杖自身的平衡状态，可分辨老人行走状态判断是否摔倒能及时反馈老人的位置大大缩短救助时间；景婷婷等[2]在单拐上引入嵌入式系统集成照明、摔倒呼救、GPS等功能；Ridder等[3]在双拐中添加活动传感器记录病人活动状态，并将患者运动信息反馈给医生。王旭等[4]以轮椅为载具采取柔性模块化设计，运用分离式电机驱动钢绳传动的机械手臂辅助老人日常操作。Kundu等[5]设计了具备智能控制功能的电动轮椅，采用肌电意图界面获取前臂肌肉的传递信号，运用神经网络分类器判别用户的意图对轮椅运动方向进行控制。上述的助老拐杖设计存在辅助功能单一、难以依据需求变化来调整如户外需要如厕时座椅、起身难等问题以及成本高昂难以普及，而且存在自身重量偏大等问题，难以满足老人独自户外出行。根据目前设计助老装置设计中存在功能单一，自重偏大以及造价高昂等问题，研究设计出精简型多功能自适应变身式助老装置。
2、总体结构设计
2.1工作原理
多功能自适应变身式新型助老装置由双拐作为载体、多功能变身模块与单片机系统为主体。多功能变身模块主要以舵机正转带动座面向上翻转，沿预定轨迹折叠分离成两块且实现双拐转变，并固定在双拐两端实现座椅形态转换成拐杖。座面部分由双层结构设计用魔术贴连接，通过对第一层的收放可实现坐便椅与普通座椅间的转换。以单片机为控制核心通过输出PWM信号调控舵机运转方向以及按键输入即可实现如照明、呼救等功能。
其主要实现安全上厕所、推车行走、推车载物、单臂单拐、双臂双拐等功能，行走-座便-推车载物功能变身、单臂单拐功能变身和双臂双拐功能变身等功能模块。拐杖的具体方案是使用不锈钢为主要构件，使用不锈钢焊接件主要连接件，合理布置和分隔各个单元，用于安装定位装置，呼救装置，探照灯装置以及各个装置的控制部分。座面模块分为前后两部分，通过翻转装置来进行座面的翻转，通过卡扣连接固定，从而实现两部分拐杖的连接。可通过个性化定制来调整制造拐杖高度，以适应不同身高的老人。
2.2结构设计
拐杖主体1、折叠面板模块2、控制部分8、底座模块4、折叠轮5、伸缩装置6、转动装置7，底座模块包括支撑竖杆和支撑横杆，折叠轮设置于支撑竖杆的下方，折叠面板模块包括前面板和后面板，前面板和后面板组合成一块长方形板并且中间设有圆形通孔，支撑竖杆的上部设有支撑横梁，折叠面板位于支撑横梁的上部，折叠面板模块的两端分别设有第一扶手支撑杆和第二扶手支撑杆，第一扶手支撑杆的上部设有第一长方形框架，第二扶手支撑杆的上部设有第二长方形框架，第一长方形框架和第二长方形框架均为四个铁管两端焊接而成，定位装置和呼救装置安装于第一长方形框架的内部，锂电池模块安装于第二长方形框架的内部，探照灯装置安装在第二长方形框架的外部，支撑横梁的上端设有伸缩装置，控制部分与伸缩装置、转动装置和探照灯装置均通过蓝牙开关装置进行同步控制，定位装置与手机端相连，并实现信息的共享。
2.3主要功能
转动装置通过对轮子的翻转从而实现拐杖与坐便椅之间的转换，折叠面板模块和拐杖之间设置卡扣相连接，从而实现桌面的展开，定位装置为市场上常见的品牌，探照灯装置底部焊接于钢管上部，锂电池模块为装置的整体运行提供了动力保障，定位装置包括远程数据传输模块和GPS模块，转动装置控制折叠轮的旋转，呼救装置设有控制开关和蜂鸣器，控制开关和蜂鸣器的设置使用者在出现紧急状况时，及时告知周边人员和陪护人员，保障了使用者的人身安全，装置主体主要采用钛合金有利于保障了整个结构的稳定性。
3结论
本文介绍了一种多功能自适应变身助老机械，其优点更加简洁的设计以及多功能自适应等优势，根据老年使用者的选择，当行动不便时，调节转动装置使得前面板和后面板使得处于水平状态的前面板和后面板从新处于竖直状态，老年使用者将双手放置于第一长方形框架和第二长方形框架的上，当老年使用者需要轮椅时，此时需要调节转动装置，使得前面板和后面组合从而实现轮椅的功能。保障了使用者的人身安全，装置主体主要采用钛合金有利于保障了整个结构的稳定性。
参考文献
[1]Yan Lin,Li Bao.“Wheelchair slow transit” system-based elderly auxiliary travel mode[J].Frontiers of
Architectural Research,2015,4(3)：220-229.
[2]周杰，朱思潮，张卫忠等.助扶式智能助老拐杖设计[J].科学技术创新,2020(05)：177-178.
[3]王旭，陈乃建，王超等.助老助残轮椅用绳传动机械臂结构设计[J].济南大学学报(自然科学版)
2020,34(03),300-304.
[4] RoelDe Ridder,CedricDe Blaiser.Activity trackers are not valid for step count registration when walking with crutches[J].Gait & Posture,2019(70) :30-32.
[5]孔繁朋,谢禹琳,李晓丹.多功能助老步行器结构设计[J].技术与市场,2021,28(06):20-22.
[6]叶榕伟,高川粤,吴晓丹,方俊烔.多功能护理床与轮椅对接应用的发展前景[J].科技风,2021(10):183-184+193.
基金项目：国家（江西省）大学生创新创业训练计划资助项目（201635）
作者简介格式
作者姓名：熊震
性别：男
出生年月：1994，10
籍贯：江西
单位名称：南昌工程学院330099
学历/职称：研究生
研究方向：摩擦副外电磁场设计及其电-磁耦合应用研究
通讯作者简介格式
作者姓名：胡瑞
性别：男
出生年月：1979.