談?shì)喼汕袚Q無(wú)動(dòng)力助行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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摘要：中國(guó)人口老齡化趨勢(shì)加劇，老年人口基數(shù)龐大，但是針對(duì)老年人設(shè)置的服務(wù)機(jī)構(gòu)和人員極度匱乏，老年人的出行出現(xiàn)困難。針對(duì)于此，文章設(shè)計(jì)了一款適合老年人出行的助行器，助行器的設(shè)計(jì)以安全、舒適為主，并綜合考慮適合老年人的著色處理。
關(guān)鍵詞：助行架；無(wú)動(dòng)力；老年人；可切換
引言
我國(guó)從2000年就已經(jīng)進(jìn)入人口老齡化社會(huì)。有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)到2050年，我國(guó)老齡人口將達(dá)到總?cè)丝诘娜种籟1]。老年人身體機(jī)能衰退，尤其是下肢肌纖維肌力退化，正常行走出現(xiàn)障礙，出行不便運(yùn)動(dòng)量減少，又導(dǎo)致肌纖維進(jìn)一步加速萎縮，行動(dòng)能力減弱。目前市場(chǎng)上的助行器主要有三類(lèi)：一是無(wú)動(dòng)力助行器，沒(méi)有外部動(dòng)力源，僅通過(guò)將下肢負(fù)重轉(zhuǎn)移到上肢來(lái)進(jìn)行步態(tài)輔助；二是動(dòng)力式助行器，動(dòng)力助行器擁有外部動(dòng)力源，多以電力驅(qū)動(dòng)輔助人體完成步行；三是功能性電刺激助行器，這類(lèi)助行器在設(shè)計(jì)中加入功能性電刺激。我國(guó)的國(guó)情決定了價(jià)格低廉的無(wú)動(dòng)力助行器將在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，但市場(chǎng)上無(wú)動(dòng)力助行器存在功能不全、操作復(fù)雜和安全性不高等特點(diǎn)，針對(duì)以上幾點(diǎn)設(shè)計(jì)出更具使用價(jià)值的助行器用以解決老年人自主出行方便和安全的問(wèn)題[2]。
1功能分析
1.1無(wú)動(dòng)力助行器對(duì)比
（1）固定式助行器固定式助行器安全系數(shù)高，但使用頗為費(fèi)力，不適宜長(zhǎng)時(shí)間外出使用。（2）前輪式助行器前輪式助行器不用抬起架身，對(duì)上肢力量弱的老年人很友好，而且操作簡(jiǎn)單，但只適合行走，不能坐下來(lái)休息。（3）平臺(tái)式助行器平臺(tái)式助行器有四個(gè)腳輪，可以向任意方向移動(dòng)，但遇到坡道等復(fù)雜路面即使有剎車(chē)系統(tǒng)老年人也難以控制，安全性不夠。通過(guò)對(duì)無(wú)動(dòng)力助行器不同的類(lèi)型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)存的助行器存在或多或少的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)以此出發(fā)設(shè)計(jì)更適合老年人出行的助行器。
1.2功能需求
通過(guò)以上分析得出老年人助行器需具有以下功能：（1）剎車(chē)功能：在實(shí)際使用過(guò)程中既要起到輔助行走的功能，還能保護(hù)老年人的人身安全。（2）輪柱切換功能：即擁有輪式和柱式兩種形態(tài)，這樣老年人既可行走鍛煉，亦可在累時(shí)由護(hù)理人員送回。（3）舒適的座椅：符合老年人的靠椅和著色處理。
2.1框架
人的身高會(huì)隨著年齡的增加而逐漸降低，為使助行器更貼合老年人的實(shí)際情況，應(yīng)以老年人的身體數(shù)據(jù)來(lái)確定助行器的具體尺寸。助行器主要的使用對(duì)象是60歲～70歲的弱行動(dòng)能力的老年人，其身高（1538mm～1651mm）、臀寬（324mm～329mm）[3]。其握把高度應(yīng)設(shè)計(jì)為77cm～83cm范圍內(nèi)。老年人在使用助行器的過(guò)程中人需要進(jìn)入助行器框架內(nèi)進(jìn)行活動(dòng)，因此助行器寬度應(yīng)加上左右各10cm的活動(dòng)距離即在52cm～53cm范圍內(nèi)。
2.2折疊座椅
在坐姿狀態(tài)下，老年人的背部重量主要分布于胸椎上。應(yīng)在腰椎和頸椎部分設(shè)置相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)，在此條件下脊椎骨才會(huì)以正常的弧度彎曲，從而使脊椎各個(gè)部分均勻受力。座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮老年人身體實(shí)際數(shù)據(jù)?？紤]到步行途中需要座椅在折疊狀態(tài)，用松緊螺紐來(lái)實(shí)現(xiàn)折疊。圖1為老年人測(cè)試坐姿角度圖，對(duì)助行器坐姿狀態(tài)下的舒適度的研究表明：大腿與軀干之間的夾角A2、軀干與豎直方向的夾角A1以及大腿與小腿之間的夾角A4之間存在如下線性關(guān)系：A2＝48.55°+0.925A1+0.318A4以上三個(gè)角度是關(guān)系到老年人坐姿舒適程度的主要因素，因此，需依據(jù)老年人的身體參數(shù)來(lái)定義以上三個(gè)角度。在坐姿狀態(tài)下，人體頸部與豎直方向夾角A1為0°時(shí)人體脊柱變形的程度最少，越向后傾斜腰椎的后凹程度越大。不正確的坐姿使脊柱形成不正常的彎曲，而由于老年人脊柱形態(tài)特點(diǎn)決定這種彎曲程度將逐漸加劇。因此，軀干傾斜的角度越小，老年人脊柱變形的程度越小。所以在老年人助行器的設(shè)計(jì)中，A1在10°～15°的區(qū)間取值。在實(shí)際使用的過(guò)程中為了避免老年人在坐姿狀態(tài)下向前滑動(dòng)，座墊都會(huì)設(shè)計(jì)與水平面成3°～8°的夾角，即A3為3°～8°。同時(shí)，由于在坐姿狀態(tài)下時(shí)小腿回縮，相對(duì)直立，大腿與小腿之間的夾角A4的取值范圍受到限制，取值范圍變小。由上圖的幾何關(guān)系可知：A2=A1-A3+90°計(jì)算得到：A2∈[92°，102°]從而得到：A4∈[93°，139°]老年人坐姿各角度的范圍如表1所示：
2.3剎車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
老年人注意力渙散，對(duì)危險(xiǎn)沒(méi)有可靠的預(yù)判，且上肢的握力較小，因此需設(shè)計(jì)一種僅依靠自身行走時(shí)的重力就可完成剎車(chē)動(dòng)作的剎車(chē)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)可將輔助行走的手柄和剎車(chē)系統(tǒng)的手柄結(jié)合起來(lái)，當(dāng)老年人完成移動(dòng)助行器的動(dòng)作后，以手柄為支撐進(jìn)行腿部運(yùn)動(dòng)時(shí)手部向下的力來(lái)完成剎車(chē)動(dòng)作。這樣既保證了老年人行走時(shí)的安全，也不用頻繁的用力緊握剎車(chē)手柄而造成手掌受傷。結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.4輪柱切換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
我國(guó)老年人的生活現(xiàn)狀是：一般是夫妻一起生活，且多數(shù)情況下其中一個(gè)老人行動(dòng)能力較強(qiáng)，能夠獨(dú)立自主生活并在一定程度上照護(hù)老伴兒。當(dāng)下市場(chǎng)上的無(wú)動(dòng)力助行器只有輪式、柱式和前輪式。雖然柱式可以切換為輪式，但需要攜帶、安裝螺栓固定相應(yīng)的配件，安裝復(fù)雜難以實(shí)時(shí)完成。因此助行器最好有輪式、柱式兩種形態(tài)可以隨時(shí)隨地完成輪柱的切換。由于老年人肌肉衰退，需較大力量來(lái)完成輪柱切換的結(jié)構(gòu)不可取?？紤]到操作性和整體重量，將后兩條支撐柱設(shè)計(jì)為可伸縮，當(dāng)柱腿收縮時(shí)便實(shí)現(xiàn)了由柱式切換為輪式。伸縮結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3基于老年人心理的著色處理
有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)老年人對(duì)黃、橙、紅的感知能力比對(duì)藍(lán)、綠、紫的感知能力要強(qiáng)得多。因此，助行器的剎車(chē)手柄應(yīng)選用老年人容易注意的橙色。并且隨著年齡的增加，老年人的性格也會(huì)變得平和安詳，他們更加喜愛(ài)穩(wěn)重、素雅、低調(diào)的灰白黑的中間色，這些顏色能夠使老年人產(chǎn)生親切感和愉悅感，因此在助行架的框架顏色選擇灰色，座墊及靠背選擇黑色。老年人在使用助行器步行途中大概率要穿過(guò)馬路和交通繁忙的街道，過(guò)往車(chē)輛對(duì)老年人是一種威脅，為了警示來(lái)往車(chē)輛為老人讓行，還應(yīng)在助行器上設(shè)置灰色作為警示色，將部分桿件渲染成灰色，保障老年人的安全。最終產(chǎn)品如圖4所示。
4結(jié)束語(yǔ)
本文在中國(guó)老齡化的背景下，設(shè)計(jì)出一種適合老年人出行的助行器，這在一定程度上緩解了子女不在身邊，老年人得不到足夠照應(yīng)的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：
[1]王霞.中國(guó)人口結(jié)構(gòu)變動(dòng)與老齡化問(wèn)題研究[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，25（02）：66-69.
[2]敬菲菲.老年人無(wú)動(dòng)力助行器研究與設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2009.
[3]段凌，馬如彪，曾爾亢，等.1406例老年人身高、體重與體重指數(shù)調(diào)查分析[J].中國(guó)民康醫(yī)學(xué)，2014，26（05）：87-89.
作者：彭國(guó)慶 顧曉猛 劉劍鋒 夏余平 單位：湖南科技學(xué)院