自动多功能可调式便老轮椅设计探究

(吉林化工学院 吉林 吉林 132022)

一、背景

世界人口发展的趋势是人口老龄化，人口老龄化已逐渐成为一个社会化的问题。我国许多城市已进入人口老龄化社会。在老龄化人口中，他们一个很大的障碍就是户外出行的能力减弱，更甚者可能无法行走。而且他们中大部分自理能力差,需要家人及医护人员的长期照顾，对家庭、社区、政府造成很大负担。

目前市场上的轮椅存在两大主要问题：一是国内轮椅发展缓慢，很多国内厂商对残疾人的关注度不高,大部分轮椅都是从国外进口的电动轮椅价格昂贵，不是一般的残疾者可以承受的。二是手动轮椅设计大同小异，很多针对肢体残疾者的轮椅都是一样的，只是作为一个代步工具，对残疾人的身体康复没有起到很大的作用。多功能康复轮椅正是基于解决此类问题而被加以研究。

二、项目简介

多功能康复轮椅结合多种机械结构于一体，包括往复踏板、类太极轮转向转盘、折叠遮阳罩等，这些机械结构可以辅助病人做一些简单康复运动,本方案中的康复轮椅以解决现有技术中普通型轮椅不能活动下肢的问题，外加锻炼上肢的功能。轮椅包括机架，椅座两侧设有后轮，减震弹簧前叉中部用横架与椅架相连，前叉上端与转向转盘连接，下端与前轮轮轴连接。通过电动机带动链条实现前轮的驱动，前轮转轴两侧装有脚踏板，通过曲轴转动脚踏板做类似于走路的往返运动，帮助病人活动脚踏板上的下肢。脚踏板采用双头螺杆结构调整摆动幅度以适应病人需求。转向转盘借鉴于健身太极轮盘原理，增强肩、肘、腕等关节部位的活动能力。通过简单的操作调节控制器可实现轮椅的速度调节，而且可以切换锻炼模式和正常代步模式。

三、项目特色

多功能康复轮椅的特色主要体现康复训练的功能，集康复训练和代步功能于一体，满足不同类型用户的需求设计出的多功能康复可针对下肢及上肢通过不同模式进行特定的康复训练并同时满足代步功能。

创新之处主要是对比传统普通轮椅和现代化智能轮椅而言：①省力且便捷。电机驱动替代传统轮椅手摇驱动比传统轮椅节省力量；因为此轮椅是在传统轮椅的基础上改进，多种功能实现有机结合，机械结构达到占空最小，效率最高的特点，相比现代化智能轮椅更轻巧便捷。②性价比高。现代化智能轮椅的价格昂贵，普通人群无法承担而传统轮椅无法实现自动代步功能，所以既结合智能轮椅的自动化又结合传统轮椅的简易结构，使得此轮椅的性价比更高。③易操作。仅通过几个按键即可切换为不同模式并不是完全的智能化使得控制系统趋于简单，更易实现傻瓜式的操作。④安全可靠。在简易轻巧的基础上能更好的保证轮椅的安全性和可靠性。并将车速限定在安全范围内并设置刹车装置。⑤舒适度高：考虑到用户的实际需求。通过大量进行实验、不断改进，使产品达到最大舒适度以及最好的康复效果。

四、关键技术

往复踏板：往复踏板利用轴承及链条来实现模拟人正常走路时腿部及下肢人体结构的习惯，再加以动力系统的辅助，运用仿生学使病人能在下肢不方便运动时，在轮椅上实现一些简单的康复训练。它可以确保肌肉和构成关节的软组织的柔韧性，维持关节正常的活动范围，防止因关节长期制动而出现挛缩。对于运动功能障碍的患者通过被动关节运动诱发正常的运动感觉、强化肌力、提高协调性、改善肢体的运动功能。

类太极轮转向转盘：多功能康复从太极图中得到灵感，假古人智慧与现代机械相结合，利用轴承制成圆盘，在病人不需要时可以折叠到轮椅后面以节省空间

技术路线：该产品在传统轮椅上做出整体外型改造，并在其附加功能上做出多方面修改。第一、传统轮椅移动需要靠外力才能完成移动，而该产品通过在车架底部安装可充电锂电池，从而为为轮椅提供动力，车把上安装有摇杆可控制轮椅的自由移动；第二、轮椅下半部分安装有单车脚蹬，脚蹬上配备有移动摇杆，使用者可根据需求选择最合适的位置。轮椅上部分安装有左右手动摇盘，利用轴架技术将支撑杆与摇盘相连接，从而起到转动的作用。

五、运动机理

该产品安装有蓄电池，电动机。蓄电池通过线路分别将车轮和摇杆相连接，根据其工作原理：蓄电池-电流-电力调节器-电动机-动力传动系统，从而实现纯电动提供轮椅移动的动力。根据电动机原理电生磁，将金属导线通过电流，在导线周围的空间将产生圆形磁场，产生实物的旋转动力。电动机把电能转换成机械能，利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩，达到带动摇盘和单车脚蹬的转动。利用蓄电池和电动机分别发挥和保持轮椅的能动性和零件的转动性，使轮椅做到持续且有效的进行下去。

可动靠背原理及分析：可动靠背底部安装有液压千斤顶，使用者可根据具体需求操作遥控杆调整靠背的倾斜程度，根据不同时间段的需求找到最合适舒服的位置。液压升降机油泵把液压油输送到集成插装阀块，通过各个单向阀和溢流阀把液压油分配到油缸的上腔或者下腔，使油缸进行运动，使用者可操作遥控杆自由控制液压机升降，从而起到任意调整靠背倾斜程度的作用。此靠背的安装可以为使用者提供更为方便快捷的放松身体，缓解疲劳，更好的起到康复身体的作用。

康复功能：①多功能康复轮椅结构简图

针对腿部活动有障碍的医院患者：通过脚踏板的运动带动脚部运动来实现腿部的恢复训练。对于长期躺在病床上而感到身体不适的医院患者(腿部功能健全)：可以通过脚踏踏板来活动腿部肌肉以减轻不适。若还在打吊针，轮椅上有专门悬挂输液瓶的支架，让病人能在输液的状态下，放松身体同时可以移动到自己想去的地方，通过改变位置，放松心情。

针对上肢活动有障碍的医院患者：通过按钮，可设定锻炼模式。胳膊因为方向盘的转动而随着转动，达到锻炼的目的，同时此模式也可用于长期躺在病床上的医院患者配合踏板运动达到锻炼全身的目的。

结语

以新的技术，好的理念去打造一个全新理念的轮椅，在现有技术的基础上，我们一直在努力，我们的目标是制造出成型的多功能康复轮椅，同时不断改进作品的实用性能，为最终的市场化产品研制奠定基础，接下来我们在零件的选择及加工、各运动构件的联动协调、控制系统准确性可靠性的实现等多方面继续努力的。