摘 要：為解決獨(dú)居、患病老人以及殘疾人起居不便、如廁困難等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種可輔助起居和如廁的多功能輪椅，以實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)代步、輔助站立、獨(dú)立如廁、平穩(wěn)剎車等功能，該輪椅主要由抬腳與移動(dòng)模塊、輔助站立模塊以及蓋板開(kāi)合模塊等組成。本文分析了各模塊的工作原理，并運(yùn)用SolidWorks進(jìn)行了三維建模。結(jié)果表明，該多功能輪椅工作穩(wěn)定，性能可靠，功能效果實(shí)現(xiàn)良好，能夠更好地幫助腿腳不便的人群提高生活自理能力。

關(guān)鍵詞：多功能輪椅；日常代步；輔助站立；獨(dú)立如廁；平穩(wěn)剎車；建模

中圖分類號(hào)：TP39；TH789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）04-0-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.027

0 引 言

根據(jù)第七次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)顯示，60歲及以上人口為26 402萬(wàn)人，占人口總數(shù)的18.7%，其中65歲以上的人口為19 064萬(wàn)人，占總?cè)丝诳倲?shù)的13.5%。相比于2010年的全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)，60歲及以上人口的比重上升了5.44個(gè)百分點(diǎn)，普查結(jié)果顯示，我國(guó)正在進(jìn)入老齡化社會(huì)并且與老齡化有關(guān)的問(wèn)題會(huì)逐步突出[1]。人口老齡化給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治、文化等方面的發(fā)展帶來(lái)了深刻影響，龐大的老年群體在養(yǎng)老、醫(yī)療、社會(huì)服務(wù)等方面的需求也越來(lái)越大[2]。

隨著科技和互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，醫(yī)療器械逐漸超脫于“物”的范疇，變得越來(lái)越智能化，并在潛移默化中貼近“人”的形象[3]。如今，輪椅已經(jīng)成為高齡老人與下肢殘疾患者的必備品，但普通輪椅功能有限，很難真正滿足人們的日?；顒?dòng)需求[4-5]。此外，人體長(zhǎng)期保持同一坐姿還可能會(huì)導(dǎo)致壓瘡的產(chǎn)生，壓瘡一旦發(fā)生會(huì)嚴(yán)重降低患者的生活質(zhì)量[6-8]。經(jīng)過(guò)調(diào)查，市面上所售的輪椅大部分只為使用者提供代步功能，而多功能輪椅是一類以醫(yī)學(xué)理論和用戶實(shí)際需求為主要設(shè)計(jì)依據(jù)的自動(dòng)化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備，除了提供日常的代步和休息功能，還能夠?qū)κ褂谜咄饶_的康復(fù)起到一定的輔助作用，從而促進(jìn)使用者運(yùn)動(dòng)機(jī)能的恢復(fù)[9-10]。為此，本文設(shè)計(jì)了一款具有實(shí)用性和輕便性的多功能輪椅。

1 多功能輪椅整體結(jié)構(gòu)

圖1所示為多功能輪椅的整體結(jié)構(gòu)。此輪椅主要由3大模塊組成，分別為抬腳與移動(dòng)模塊、輔助站立模塊以及蓋板開(kāi)合模塊。抬腳與移動(dòng)模塊主要負(fù)責(zé)調(diào)整雙腳的放置高度，提高使用者的舒適感，并且實(shí)現(xiàn)代步功能；輔助站立模塊設(shè)置安全輔助裝置，翻轉(zhuǎn)板抬升時(shí)契合人體從坐到站起全過(guò)程；蓋板的開(kāi)合模塊使輪椅貼合馬桶外側(cè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)座椅下方蓋板的自由開(kāi)合，方便使用者如廁。

多功能輪椅的三大模塊相互配合實(shí)現(xiàn)輔助站立、獨(dú)立如廁和日常代步功能，幫助使用者獨(dú)立完成日常起居活動(dòng)。多功能輪椅的可調(diào)節(jié)背板和平穩(wěn)剎車設(shè)計(jì)給使用者帶來(lái)更多舒適感。本設(shè)計(jì)一方面吸取了其他輪椅的功能優(yōu)點(diǎn)，另一方面可很好地彌補(bǔ)市面上輪椅的缺陷，以更好地幫助老人代步和如廁。

2 多功能輪椅的工作原理

圖2所示為多功能輪椅的設(shè)計(jì)研究目標(biāo)框圖，輪椅主要針對(duì)具有一定上肢行動(dòng)能力，但腿腳不便（下肢受損）的老人或殘疾人而設(shè)計(jì)，既能作為日常代步工具又能輔助使用者如廁。這使得用戶可以獨(dú)立完成日常的生活起居和較為私密的如廁過(guò)程。一方面能夠很大程度上減少護(hù)理人員的看護(hù)工作量；另一方面，可在保障安全的情況下，很好地提高使用者的自我活動(dòng)能力。該輪椅功能齊全，每項(xiàng)功能單元模塊化設(shè)計(jì)均可以滿足用戶對(duì)日常生活的需求。

3 多功能輪椅模塊設(shè)計(jì)分析

3.1 抬腳與移動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

圖3所示為輪椅的抬腳和移動(dòng)模塊。輪椅的下部分為固定支架，我們選擇了材料冷彎空心薄壁方管，使多功能輪椅受力更加穩(wěn)定。我們還設(shè)計(jì)了抬腳機(jī)構(gòu)，使用電動(dòng)推桿伸縮來(lái)調(diào)節(jié)L型管抬起的角度，并在L型管下方裝配可供翻轉(zhuǎn)的腳踏板，以適應(yīng)使用者雙腳放置的位置，從而提高使用舒適性。此外，為降低萬(wàn)向輪與底部框架連接處的彎曲變形，采用了承重適當(dāng)?shù)哪_輪。我們選擇萬(wàn)向腳輪作為前輪，并在腳輪上安裝剎車裝置。

3.2 輔助站立模塊設(shè)計(jì)

圖4所示為輔助站立模塊結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)由電動(dòng)推桿、翻轉(zhuǎn)板、翻轉(zhuǎn)管、曲柄扶手、背板調(diào)角器和支撐扶手組成。輔助站立時(shí)曲柄扶手在電動(dòng)推桿的推動(dòng)下緩慢上升并帶動(dòng)連接件翻轉(zhuǎn)板傾斜向上移動(dòng)；當(dāng)翻轉(zhuǎn)板與翻轉(zhuǎn)管形成一定角度時(shí)，帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)管旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)傾斜上升。在傾斜上升的過(guò)程中，翻轉(zhuǎn)板推動(dòng)人體的臀部上升并向前傾斜，同時(shí)由曲柄扶手提供上肢支撐點(diǎn)，從而幫助人體從坐姿狀態(tài)順利切換成站立狀態(tài)，如圖4（b）所示。此外，腿腳無(wú)力的老人在如廁后可以將雙肘支撐于曲柄扶手上，并借助于扶手的推力而輕松站起。翻轉(zhuǎn)板下方鏤空式設(shè)計(jì)保證留有足夠的空間與馬桶對(duì)接。在輪椅靠背材料的選擇上，我們采用方管并裝配了鐵固定板，依靠方管上調(diào)角器內(nèi)的壓力彈簧進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)節(jié)靠背提高了使用者的舒適度。

3.3 蓋板的開(kāi)合模塊設(shè)計(jì)

圖5所示為輪椅的蓋板開(kāi)合模塊結(jié)構(gòu)，軸承座通過(guò)螺紋連接固定于坐板上，轉(zhuǎn)軸在軸承座內(nèi)運(yùn)動(dòng)，曲桿推板與轉(zhuǎn)軸固定在一起，曲桿通過(guò)焊接的方式與轉(zhuǎn)軸連接，推桿通過(guò)推桿座與曲桿推板連接，曲桿通過(guò)支座與蓋板相連。坐板的背面還裝有支撐板，支撐板上固定有滑板，蓋板上裝有支撐底座，支撐底座的下部分通過(guò)軸支座與滑塊相連。正常狀態(tài)時(shí)，蓋板處于閉合狀態(tài)，如圖5（a）所示。在如廁前，電動(dòng)推桿推動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)曲桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滑塊在滑板內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)，共同帶動(dòng)蓋板，打開(kāi)蓋板，如圖5（b）所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，人們的生活水平穩(wěn)步提升，社會(huì)對(duì)于醫(yī)療器械的要求也不斷提高。因此，本文針對(duì)腿腳不便以及老年人群在日常起居和如廁時(shí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并在設(shè)計(jì)多功能輪椅的機(jī)構(gòu)時(shí)，將輪椅的功能性、安全性和人性化要求考慮其中，旨在提供更好的生活體驗(yàn)；同時(shí)也對(duì)輪椅重新定義，使輪椅不僅僅是一個(gè)移動(dòng)工具，而是一個(gè)配備了多種功能的便利器械，能夠給腿腳不便的人群提供正常生活的保障。通過(guò)前人的研究發(fā)現(xiàn)，智能輪椅的迭代升級(jí)推動(dòng)了行業(yè)發(fā)展[11]。希望在不久的將來(lái)，還可以融入人工智能等，對(duì)其功能進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，使其更人性化。

注：本文通訊作者為俞成濤。

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收稿日期：2023-03-29 修回日期：2023-05-08

基金項(xiàng)目：江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀青年骨干教師項(xiàng)目；江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目：輔助起居與如廁的多功能輪椅（202211463047Y）

作者簡(jiǎn)介：沈俊杰（2000—），男，江蘇南通人，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。

朱 沁（2002—），女，江蘇無(wú)錫人，本科，研究方向?yàn)橛⒄Z(yǔ)。

楊宇馳（2002—），男，江蘇宿遷人，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。

唐 堯（2002—），男，江蘇泰州人，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

張?chǎng)瓮?002—），男，江蘇連云港人，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

俞成濤（1987—），男，安徽六安人，博士研究生，副教授，主要從事醫(yī)療器械設(shè)計(jì)研究工作。