多功能老人助力車設(shè)計(jì)與分析

王龍飛

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控工程學(xué)院，陜西 西安 710300）

我國60 歲以上老年人口20243 萬，占總?cè)丝诘?4.9%。其中65 歲及以上人口13161 萬人。全世界老年人口超過1億的國家只有中國。2 億老年人口數(shù)幾乎相當(dāng)于印尼的總?cè)丝跀?shù)，已超過了巴西、俄羅斯、日本等人口大國的人口數(shù)。如果作為一個(gè)國家的總?cè)丝跀?shù)，也能排世界第四位。預(yù)計(jì)2033 年前后將翻番到4 億，2050 年左右，老年人口將達(dá)到全國人口的1/3，“銀發(fā)潮”將對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治、文化發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

設(shè)計(jì)了一款新型老年助力車，這款實(shí)用新型老年助力車，是參照不銹鋼折疊椅、三角爬樓車輪和輪椅等原理設(shè)計(jì)而成。單人出門時(shí)可當(dāng)老人手推車使用，能防止老人摔倒。與他人聊天時(shí)，可當(dāng)椅子坐。雙人出行可坐可推，方便實(shí)用；出遠(yuǎn)門時(shí)可折疊起來，節(jié)約空間。除爬山外，該款老年助力車可實(shí)現(xiàn)任一景點(diǎn)旅游觀光使用。老年助力車能幫助子女盡孝、方便老人的日常生活，減振性好，為構(gòu)建和諧社會(huì)創(chuàng)造了條件。

1 助力車總體設(shè)計(jì)

助力車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，主骨架采用無縫鋼管焊接而成，聯(lián)接點(diǎn)采用鉚釘固定。助力車高度適宜，老人乘坐方便，有扶手和靠背，同時(shí)配有可折疊遮陽下雨兩用傘，可手動(dòng)上下調(diào)節(jié)、高溫和雨天均可出行。配備有旅行袋，可放置食品、藥品和水，確保可以安全、舒適、輕便地為老人的晚年生活服務(wù)。這種助老車椅主要由主體框架、萬向輪、三角輪、坐板、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、傘、旅行袋等相互組裝而成。系統(tǒng)組成如圖1 所示，三維實(shí)體裝配如圖2 所示。

圖1 老年助力車系統(tǒng)組成

圖2 老年助力車裝配總圖

2 萬向輪

腳輪是種泛指和統(tǒng)稱，包括固定腳輪和活動(dòng)腳輪。固定腳輪沒有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，不能水平轉(zhuǎn)動(dòng)只能垂直轉(zhuǎn)動(dòng)；活動(dòng)腳輪就是所謂的萬向輪，它的結(jié)構(gòu)允許其可以在水平方向上實(shí)現(xiàn)360 度旋轉(zhuǎn)，如圖3 所示。

助力車結(jié)構(gòu)上的萬向輪主要作用是通過輪上的軸輪進(jìn)行水平方向360 度的旋轉(zhuǎn)，助力車可以在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行其他方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在通過拐彎處時(shí)可以輕松轉(zhuǎn)彎，大幅度降低轉(zhuǎn)彎時(shí)的難度，同時(shí)提高方向的掌控度，萬向輪上方安裝有卡緊裝置，在助力車停止運(yùn)行時(shí)保證助力車的固定，防止安全事故的發(fā)生。

圖3 萬向輪

3 三角輪

三角輪由三個(gè)大小相同、互不相切的輪子組成，是在傳統(tǒng)單個(gè)輪子的基礎(chǔ)上，利用同軸三爪結(jié)構(gòu)將三個(gè)輪子連接改進(jìn)而成。三個(gè)爪，每個(gè)爪固定連接在輪子的的軸上，如圖4 所示。輪子之間可以互相轉(zhuǎn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)在遇到坑、凹槽、樓梯等不平整路面時(shí)，通過輪子和輪子之間的相互“合作”，做到從坑、凹槽、樓梯等不平整路面正常行走的功能。該三角輪在上樓梯時(shí)，當(dāng)三角輪的某一個(gè)碰到樓梯豎直面的時(shí)候，通過人力的拉動(dòng)，從而達(dá)到三角輪的整體轉(zhuǎn)動(dòng)，等人上了一節(jié)樓梯的時(shí)候，碰到豎直面的輪子的下一個(gè)輪子將轉(zhuǎn)動(dòng)到上一節(jié)樓梯的水平面，而樓梯的凸緣會(huì)卡在三角輪的兩個(gè)輪子之間，以此達(dá)到省力的作用，重復(fù)此動(dòng)作即可達(dá)到上樓梯的功能。而對(duì)于坑、凹槽等和樓梯的上升方法即是一個(gè)原理。

圖4 三角輪

4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

對(duì)于坐板的起降運(yùn)動(dòng)，本著簡便、省力的設(shè)計(jì)理念采用了曲柄搖桿結(jié)構(gòu)。同時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有制做簡單、方便、易加工等優(yōu)點(diǎn)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是指具有一個(gè)曲柄和一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。曲柄為主動(dòng)件且作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng)，連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在本例中將曲柄優(yōu)化成為一個(gè)盤形結(jié)構(gòu)，如圖5 所示。與傳統(tǒng)的卡死裝置相比，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)更加可靠，升降速度可以得到有效控制，避免了因用力過大而失去控制，用力太小降不下來的情況。搖動(dòng)曲柄柄帶動(dòng)搖桿做變速往返運(yùn)動(dòng)，連桿作為從動(dòng)件做平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)搖桿使坐板完成升降動(dòng)作。

圖5 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

5 齒輪齒條機(jī)構(gòu)

齒輪齒條機(jī)構(gòu)是由齒輪和齒條構(gòu)成的，工作原理是將齒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的往復(fù)直線或升降運(yùn)動(dòng)，或?qū)X條的往復(fù)直線或升降運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪齒條傳動(dòng)適用于工廠自動(dòng)化快速移栽機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人手臂抓取機(jī)構(gòu)等，本文中使用齒輪齒條機(jī)構(gòu)完成遮陽下雨兩用傘的升降動(dòng)作，如圖6。

圖6 齒輪齒條機(jī)構(gòu)

6 結(jié)語

本文提出的多功能、便于攜帶的老年助力車，是一種純機(jī)械傳動(dòng)的助老裝置，該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，充分利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，操作簡單、靈活、安全可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，為老年人的晚年生活提供了一定的助力。該裝置的主要特點(diǎn)集中在萬向輪和三角輪。萬向輪可以保證該款助力車的任意方向的運(yùn)動(dòng)，三角輪可以保證該款助力車爬樓梯、過凹槽時(shí)正常行走。

本裝置的設(shè)計(jì)過程中也存在一些問題和不足，主要包括齒輪齒條的制造精度高，加工困難，在使用過程中磨損較大；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在使用過程中容易出現(xiàn)卡頓等問題。