可定位多功能助力拐杖的设计

李军庆

摘 要：设计了一种可GPS定位的多功能助力拐杖，它由三个部分构成，以新型铝镁合金管材作为主要原材料制成。下部有3根固定支撑脚，还装有减震防滑材料装置、平衡装置；中间部分有折叠凳子及伸缩结构，折叠凳子可用于休息；上部由助力结构和各种控制结构构成，包含有助力电机、电源、拐杖手柄、GPS定位装置、照明灯、指南针以及控制按钮。本设计可在老年人和身体较弱的病人蹲下后提供起身助力，还可同时提供能定位、照明、座椅等辅助功能。

关键词：助力；定位；拐杖；多功能

中图分类号：TS976 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0034-02

1 研制意义

据卫生部报告指出，高龄者等速肌力（膝伸肌最大力矩值/体重）仅为青年人的60%～70%，因此，拐杖是高龄者非常必要的行动辅助工具。随着体质的下降，日常生活中许多高龄者行走起来会觉得吃力。由于骨质疏松和关节退化等原因，高龄者长时间站立更是困难，此时，有一个既可以帮助老人行走又能免除老年人长时间站立痛苦的多功能拐杖就显得十分必要了。除此之外，对于体弱或残疾者来说，日常生活和康复中这样的多功能拐杖也是十分有用的。据了解，目前中国60岁以上的老年人有1.69亿，占总人口比例为12.5%，预计到2020年这一比例将达到20%，到2030年将达到30%. 随着中国老龄化时代的到来，老年人的行走问题将会普遍呈现，加之体弱和残疾者的康复和生活需要，于是在普通拐杖的基础上，我们创新性地设计了一款多功能折叠拐杖。

2 设计过程

2.1 基本思路

要想设计的新型拐杖可以提供多种功能，首先要在普通拐杖的基础上设计一种可支撑和折叠的结构，在此采用了三点确定平面的支架和椅面。材质上选用优质镁合金材料，既轻便又有强度。另外，拐杖需要提供助力，所以我们学习了机械及电机应用技术，选用大转矩直流电机与梯形传动螺纹来提供上升助力，再配合润滑油作用，使拐杖具有转动灵活、摩擦阻力小、支撑方便的优点。

在提供动力的装置上采用了12 V的直流电动机。设计正反两个回路，独立的两个12 V电源分别供给升与降两个模式，利用“升”“降”两个按钮来控制，两个回路分开有利于提高助力的输出。

另外，还在设计中加上GPS定位、高亮度照明、指南针等辅助功能。

2.2 设计方案

结构设计：拐杖支架和椅面支撑全部采用优质铝镁合金材料，整体设计新颖，结构合理，简单适用，并利用了三角力学原理。拐杖重量轻（净重约0.9 kg，加包装盒毛重约1.7 kg），手柄长约88 cm，凳面座高约50 cm，凳面为φ21 cm圆形，坚固耐用，集手杖和椅子功能于一体，变换灵活，简便快捷。如图1、图2.

当手杖使用时，拐杆中下部无椅腿和其他部件，运用灵活自如；当椅凳使用时，三腿支地，稳固安全。

升降机构采用梯形螺纹的螺杆与螺母作为传动部件，再配合润滑油作用，具有传动灵活、用力小、支撑方便的优点。

升降控制：升降机构采用梯形螺纹的螺杆和螺母作为传动部件（如图3），动机采用12 V直流电动机，用双12 V电源作为动力来源（如图4）。利用“升”“降”两个按钮来控制。独立的两个12 V电源分别供给升与降两个模式，两个模式分开有利于提高系统的稳定性。

两个按钮需分别按下，两种模式接通电机“+”与“-”，接通相反，电机正反转。

2.3 理论设计计算

该设计结构合理，简单适用，并利用了三角力学原理，重量轻（净重约0.9 kg）。一个多功能拐杖的重量约为1 kg，承受重量在115 kg以内。当使用椅凳时，三腿支地，利用三点可确定面的原理，使椅凳稳定安全。电机最大驱动力为15 N/m，支撑重量为15 kg。

3 性能和创新点

拐杖支架和椅面支撑利用三角力学原理，可变换为凳面，集手杖和椅子功能于一体，变换灵活，简便快捷。

升降机构采用梯形螺纹的螺杆与螺母作为传动部件，再配合润滑油作用，具有传动灵活、用力小、支撑方便的优点。除此之外，该款拐杖还具有以下特点：①它包含带折叠板凳、手电筒、升降杆等相关机构；②拐杖尺寸为φ16 mm×1 000 mm（半径×长度）；③升降机构采用12 V碱性电池作为动力源；④LED手电筒采用超亮的9个5 mm LED白灯，亮度为13 000～15 000 mcd，使用寿命在10 000～30 000 h；⑤所用的原材料铝镁合金管强度高，重量轻；⑥手杖头部采用黑色尼龙材料，具有防摔、防撞、防水等功能。

参考文献

[1]李菊珍.可折叠多用拐杖的临床应用研究[J].中国护理杂志，2004（05）.

[2]宋海潮.新型弹性拐杖的设计[J].机械制造，2006（12）.

〔编辑：吴珍〕