基于无线充电模块的智能助老拐杖设计

金旭，杨毅，洪镇南

（南华大学电气工程学院，湖南 衡阳 421001）

0 引言

当前，智能化产品附带的功能日益增多，有关智慧助老的智能化产品数量众多，能对老人情况展开实时监测，从而为其身体健康提供保障，其中之一便是智能助老拐杖。但是，目前此类拐杖在充电时基本采取的是有线充电方式，老年人因身体或视力问题，在充电中很难准确找到充电口，特别是超过80岁的老年人更是不便。本文设计的智能助老拐杖带有无线充电模块，能消除以往有线充电中存在的各类不便，同时支持向智能移动终端自动反馈老年人所处地理位置信息，并配备了照明的功能，可带给老年人更优异的使用体验。

1 智能助老拐杖设计理念

本文设计的智能助老拐杖中，以控制器为中心，在加速度传感器结果导向的运用下，能判断拐杖是否处于平稳运行状态，进而判断拐杖是否摔落。如果有摔倒的信号被成功感知，内部通讯模块会迅速将已摔倒的信息反馈至远程信息终端，并一并发送此时智能助老拐杖所在的地理位置信息，方便对方通过手机终端查看这一系列信息[1]。而未检测到加速度的智能助老拐杖，则不会反馈老人已摔倒的信息。同时，智能助老拐杖监测到摔倒后，其内部控制器会对压力检测传感器自行驱动，检测智能助老拐杖感受的压力是否超过其本身能承受的极限压力。值得一提的是，智能助老拐杖也需要围绕相应的数据结果判定是否将扶起的控制信号触发，且要具备电动推杆伸长功能，这样一来才能顺利扶起摔倒的老人。

2 智能助老拐杖整体结构设计

2.1 整体结构

智能助老拐杖作为一种新型拐杖，主要用于满足老年人外出需求并提供可靠的安全保障，故而其结构设计相当重要，图1呈现了该拐杖的立体结构。首先，拐杖握把位置以弧形空腔型为主，并进行了表面防滑的波浪条纹设计，在保障安全的同时也能带给老人舒适感[2]。设计空腔的握把，主要目的在于方便拐杖各个智能模块系统的放置及运用。其次，拐杖的构成中，杆件部分为主要部位，融入了可伸缩的设计理念，拐杖全部伸长后总计120cm的长度。杆件部分由三个部分组成，分别为上支杆、下枝干和底座。其中，支杆为高度可调节支撑杆，主要由上支杆（固定连接上端与握柄）、下枝干（固定连接下端与底座）。底座由下支杆下端设置的底盘和底盘中心设置的固定脚垫、底盘端部设置的驱动可调节脚垫组成，能够调节支撑面。

因各个老年人在身高方面有差距，对拐杖的舒适高度也有着不同的要求，因此可伸缩的拐杖设计能使老年人以自身需求的舒适高度为依据自行调节拐杖[3]。最后，由于老年人并非随时都会使用拐杖，以往不可伸缩的拐杖由于长度偏高的缘故，随身携带极为不便，老年人在不使用拐杖时很难妥善处理，带给他们一定的困扰。而本文中可伸缩型的拐杖设计，当老年人没有使用需求时，通过收缩减短后可收纳在包里或相应的地方，不仅方便携带且能节省空间，极大便利了老年人的外出。

2.2 外观颜色

在外观颜色设计方面，以人体感官为依据，引入了亮丽亲和的色彩，赋予了拐杖更突出的吸引力和感染力。该拐杖主要包含三种颜色：一是天蓝色（亦称之为湛蓝），是一种十分贴近天空晴天的颜色，介于深蓝与蓝色间。该款拐杖中运用此类颜色设计外观，呈现出恬静典雅之意，也能带给老年人豁然开朗的感觉，使他们在产品使用中心情能够保持愉悦。二是中国红[4]。我国传统文化中，红色有着吉祥、平安、康寿及福禄等寓意，也寄托了人们祈求百世长顺、逢凶化吉和祛病除灾等美好愿望。该款拐杖中运用此类颜色设计外观，为老年人带来了吉祥的寓意。三是黑色。此类颜色彰显出低调的奢华与朴实的高贵，在该款拐杖中运用此类颜色设计外观，能带给人沉着、稳重的感觉，能将老年人特有的成熟气质充分展现。

3 智能助老拐杖功能模块及其作用机理

3.1 功能模块

该拐杖主要包含握柄、支杆和底座，其中握柄固定设置于上支杆上端，二下支杆下端则固定设置底座，且配备了四个可调节脚垫。该拐杖功能模块主要包含：一是在握柄内实现了供电与报警两模块的设置，且两个模块之间实现电连接。供电模块为无线充电模块，在拐杖充电时十分便利，能有效弥补需要精确对准的有线充电存在的缺陷及不便等，带给老人更优异的使用体验。同时，配备了用于对无线充电模块实时充电过程中加以显示的装置[5]。当该拐杖处于充电状态时，模块中的指示装置上第一颜色会显亮；而当拐杖电量充满之后，模块中的指示装置上第二颜色会显亮。二是拐杖中配备了监测跌倒状态的模块。通过该模块的应用，支持对老人身体姿态展开实时监测，且该模块电连接了供电与报警模块。三是定位模块。通过该模块的应用，能够对老人所处位置展开实时定位，与供电模块电连接。四是照明模块。手柄前端处设置了照明模块，通过该模块的应用，能开阔老人视野、消除夜间外出时光线不足的情况，与供电模块电连接。

3.2 应用中的作用机理

3.2.1 充电状态判断

该拐杖中设计了LED灯模组，是方便老人对拐杖充电状态进行判断的无线充电状态指示装置。当该拐杖处于充电状态时，模块中的指示装置上第一颜色会显亮，例如红色；而当拐杖电量充满之后，模块中的指示装置上第二颜色会显亮，例如绿色。同时，如果存在异物阻挡的情况，造成无线充电连接失败的情况，此时会有第三颜色出现在指示装置上，如呈闪烁状态的红绿颜色交替。

3.2.2 老人行走状态监测

为方便对老人行走状态展开实时监测，该拐杖中也设计了跌倒监测模块。通过该模块的应用，能够对老人身体姿态展开实时监测。该模块电连接了供电与报警模块，一旦老人处于跌倒状态并被跌倒监测模块迅速监测到该信号后，可触发报警模块进行报警，并迅速将信号反馈给报警信号接收人或家人。跌倒监测模块中，电量主要由供电模块负责提供。

3.2.3 老人位置定位

该拐杖中设计的定位模块，主要是避免老人出现走丢的情况，同时方便能将老人迅速找到。该模块与供电模块之间实现了电连接，通过该模块的应用，能对老人所在位置实时进行定位，并将定位信息反馈至手机等接收端，帮助接收端实时掌握老人位置信息。

3.2.4 自动照明系统设计

日常生活中，老年人时常也会出现夜晚外出的情况，如散步或锻炼身体等。但是，由于年龄偏高的缘故，老年人视力状况一般不佳，外出时往往需要道路照明这一辅助功能。基于此，该拐杖中前端斜下方设计了用于照明的LED照明灯[6]。模块中配备的光敏电阻传感器，主要用于监测环境亮度情况，且该监测工作是实时开展的。当监测到低于单片机程序预先拟定数值的光线时，LED照明灯在继电器的作用下会迅速被打开；监测到的光线偏亮时，LED照明灯在继电器的作用下会迅速被关闭。此类功能设计无需老年人自行启停LED照明灯，整个使用过程更加便利，加之自动启停的缘故，能减少消耗的电量。同时，拐杖中针对电源整体也进行了总开关的设置，拐杖未被使用时可关闭总开关，能使其耗费在自动检测系统中的电量减少，呈现出人性化设计。该功能模块能为老年人夜间外出、行走提供可靠的安全保障，使老人家人更加放心。

3.2.5 防滑性能

该拐杖在设计中，针对老年人可能出现的滑倒情况展开了针对性设计，赋予了拐杖更强的防滑性能，具体表现在：底座进行了可调节支撑面的设计，包含下支杆下端处设置的用螺钉固定的底盘、底盘中心位置处固定设置的脚垫、底盘端部设置的可调节脚垫（四个）与可调节且支持在驱动下往复移动的结构，该结构的组成中包含了下支杆下端套设的撑骨环、在可调节脚垫往复移动中发挥促进作用的滑块、用于对撑骨环和滑块间连接的连杆，通过螺钉在滑块下端固定设置调节脚垫，沿下支杆的方向撑骨环可作向下的移动，滑块在驱动连杆的作用下会向外的方向移动，使底座支撑面积进一步扩大。同时，沿支撑杆向上的方向撑骨环可进行移动，滑块在驱动连杆的作用下会被拉动并向内移动，使底座支撑面积缩小[7]。当底座面积增大之后，拐杖就会具备更突出的防滑性能（图2）。

4 功能测试

本文拟通过下述内容对该拐杖中相应模块的功能展开检测。

（1）按钮一为定位系统启动键，当按下按钮后能够支持录入语音，在识别语音后系统内会自行作出具体地位并规划线路，并通过语音系统完成规划路线的播报。传输语音信息时，主要通过蓝牙或无线进行。

（2）按钮二为紧急信息启动键，当按下按钮后定位系统能够同步展开工作，对所在位置进行定位，并向制定终端发送位置信息，由此促进求救功能的实现。

（3）充电状态显示，无线充电模块充电时，模块中的指示装置上第一颜色会显亮；而当拐杖电量充满之后，模块中的指示装置上第二颜色会显亮。

（4）跌倒监测，过该模块的应用，能够对老人身体姿态展开实时监测。该模块电连接了供电与报警模块，一旦老人处于跌倒状态并被跌倒监测模块迅速监测到该信号后，可触发报警模块进行报警，并迅速将信号反馈给报警信号接收人或家人。

5 结语

综上所述，本文结合老年人日常出行需求设计了一款基于无线充电模块的智能助老拐杖。该拐杖作为一种辅助器械，包含了报警模块、跌倒监测模块、定位模块及照明模块等，能方便老年人的外出并提供必要的安全保障。采用了与大部分人手型握持舒适的弧形空腔握把，并进行了表面防滑的波浪条纹设计，使老年人在抓扶拐杖时更舒适、安全。同时，采取了可伸缩型的拐杖设计，当老年人没有使用需求时，通过收缩减短后可收纳在包里或相应的地方，不仅方便携带且能节省空间，极大程度上便利了老年人的外出。