多功能老人助力车设计与分析

王龙飞

（陕西国防工业职业技术学院数控工程学院，陕西 西安 710300）

我国60 岁以上老年人口20243 万，占总人口的14.9%。其中65 岁及以上人口13161 万人。全世界老年人口超过1亿的国家只有中国。2 亿老年人口数几乎相当于印尼的总人口数，已超过了巴西、俄罗斯、日本等人口大国的人口数。如果作为一个国家的总人口数，也能排世界第四位。预计2033 年前后将翻番到4 亿，2050 年左右，老年人口将达到全国人口的1/3，“银发潮”将对我国的经济、社会、政治、文化发展产生深远的影响。

设计了一款新型老年助力车，这款实用新型老年助力车，是参照不锈钢折叠椅、三角爬楼车轮和轮椅等原理设计而成。单人出门时可当老人手推车使用，能防止老人摔倒。与他人聊天时，可当椅子坐。双人出行可坐可推，方便实用；出远门时可折叠起来，节约空间。除爬山外，该款老年助力车可实现任一景点旅游观光使用。老年助力车能帮助子女尽孝、方便老人的日常生活，减振性好，为构建和谐社会创造了条件。

1 助力车总体设计

助力车结构设计合理，主骨架采用无缝钢管焊接而成，联接点采用铆钉固定。助力车高度适宜，老人乘坐方便，有扶手和靠背，同时配有可折叠遮阳下雨两用伞，可手动上下调节、高温和雨天均可出行。配备有旅行袋，可放置食品、药品和水，确保可以安全、舒适、轻便地为老人的晚年生活服务。这种助老车椅主要由主体框架、万向轮、三角轮、坐板、曲柄摇杆机构、齿轮齿条机构、伞、旅行袋等相互组装而成。系统组成如图1 所示，三维实体装配如图2 所示。

图1 老年助力车系统组成

图2 老年助力车装配总图

2 万向轮

脚轮是种泛指和统称，包括固定脚轮和活动脚轮。固定脚轮没有旋转结构，不能水平转动只能垂直转动；活动脚轮就是所谓的万向轮，它的结构允许其可以在水平方向上实现360 度旋转，如图3 所示。

助力车结构上的万向轮主要作用是通过轮上的轴轮进行水平方向360 度的旋转，助力车可以在直线运动的同时进行其他方向的旋转运动，在通过拐弯处时可以轻松转弯，大幅度降低转弯时的难度，同时提高方向的掌控度，万向轮上方安装有卡紧装置，在助力车停止运行时保证助力车的固定，防止安全事故的发生。

图3 万向轮

3 三角轮

三角轮由三个大小相同、互不相切的轮子组成，是在传统单个轮子的基础上，利用同轴三爪结构将三个轮子连接改进而成。三个爪，每个爪固定连接在轮子的的轴上，如图4 所示。轮子之间可以互相转动。该设计在遇到坑、凹槽、楼梯等不平整路面时，通过轮子和轮子之间的相互“合作”，做到从坑、凹槽、楼梯等不平整路面正常行走的功能。该三角轮在上楼梯时，当三角轮的某一个碰到楼梯竖直面的时候，通过人力的拉动，从而达到三角轮的整体转动，等人上了一节楼梯的时候，碰到竖直面的轮子的下一个轮子将转动到上一节楼梯的水平面，而楼梯的凸缘会卡在三角轮的两个轮子之间，以此达到省力的作用，重复此动作即可达到上楼梯的功能。而对于坑、凹槽等和楼梯的上升方法即是一个原理。

图4 三角轮

4 曲柄摇杆机构

对于坐板的起降运动，本着简便、省力的设计理念采用了曲柄摇杆结构。同时曲柄摇杆机构具有制做简单、方便、易加工等优点。曲柄摇杆机构是指具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。曲柄为主动件且作等速转动，摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动，在本例中将曲柄优化成为一个盘形结构，如图5 所示。与传统的卡死装置相比，曲柄摇杆机构更加可靠，升降速度可以得到有效控制，避免了因用力过大而失去控制，用力太小降不下来的情况。摇动曲柄柄带动摇杆做变速往返运动，连杆作为从动件做平面复合运动从而带动摇杆使坐板完成升降动作。

图5 曲柄摇杆机构

5 齿轮齿条机构

齿轮齿条机构是由齿轮和齿条构成的，工作原理是将齿轮的回转运动转变为齿条的往复直线或升降运动，或将齿条的往复直线或升降运动转变为齿轮的回转运动。齿轮齿条传动适用于工厂自动化快速移栽机械、工业机器人手臂抓取机构等，本文中使用齿轮齿条机构完成遮阳下雨两用伞的升降动作，如图6。

图6 齿轮齿条机构

6 结语

本文提出的多功能、便于携带的老年助力车，是一种纯机械传动的助老装置，该装置结构设计合理，充分利用曲柄摇杆机构和齿轮齿条机构的优点，操作简单、灵活、安全可靠，适应性强，为老年人的晚年生活提供了一定的助力。该装置的主要特点集中在万向轮和三角轮。万向轮可以保证该款助力车的任意方向的运动，三角轮可以保证该款助力车爬楼梯、过凹槽时正常行走。

本装置的设计过程中也存在一些问题和不足，主要包括齿轮齿条的制造精度高，加工困难，在使用过程中磨损较大；曲柄摇杆机构在使用过程中容易出现卡顿等问题。