老年人及殘疾人輔具創(chuàng)新設(shè)計(jì)及深入開發(fā)總結(jié)報(bào)告

1、浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）總結(jié)報(bào)告項(xiàng) 目 名 稱：老年人及殘疾人輔具創(chuàng)新設(shè)計(jì)與深入開發(fā)項(xiàng) 目 負(fù) 責(zé) 人： 唐杭斌 學(xué)校名稱： 浙江工業(yè)大學(xué) 項(xiàng)目類別：大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化項(xiàng)目 大學(xué)生科技創(chuàng)新推廣項(xiàng)目 目 錄 前言4一、研究背景51.1椅子的研究背景51.2護(hù)理椅的研究背景71.3.殘疾人輔具的研究背景8二、研究意義9三、研究現(xiàn)狀103.1醫(yī)療器械研究現(xiàn)狀103.2折疊椅研究現(xiàn)狀113.3殘疾人輔具研究現(xiàn)狀12四、研究方法13五、研究?jī)?nèi)容145.1市場(chǎng)產(chǎn)品主要不足點(diǎn)145.2輔具設(shè)計(jì)主要素155.3所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)介紹16六、市場(chǎng)調(diào)研及設(shè)計(jì)產(chǎn)品構(gòu)思166.1

2、新型老年人及殘疾人輔具的市場(chǎng)調(diào)研166.2.新型老年人及殘疾人輔具的內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)20七機(jī)械結(jié)構(gòu)及組成部分217.1力學(xué)分析217.2結(jié)構(gòu)分析237.3自由度計(jì)算247.4頭枕267.5靠背277.6坐墊287.7支撐架297.8機(jī)械鎖317.9便桶327.10輪胎327.11遙控器347.12其他零部件34八、電機(jī)及無線控制348.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)348.2無線控制38九研究成果的應(yīng)用前景40十研究成果的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益41十一研究存在的不足及缺陷42十二成果展示43前 言 隨著社會(huì)發(fā)展，時(shí)代進(jìn)步，越來越多的人進(jìn)入我們的視野，也讓我們明白，我們需要做什么，幫助、關(guān)懷、愛護(hù)。我們是大學(xué)生，我們?yōu)?/p>

3、社會(huì)所期待,我們需要用自己的一雙手、一種思維去做自己力所能及之事。老年人、殘疾人，他們身體機(jī)能衰弱或者缺失，相比普通人而言，他們的生活在一定程度上較為困難，這也影響了他們生活水平的提高。當(dāng)人們的生活都在不斷的改善時(shí)，需要有一些人把目光注視到他們身上，去幫助他們。唯有彌補(bǔ)、滿足他們的身體機(jī)能要求，提高他們的自理能力，才能提高他們的生活質(zhì)量，生活水平，而這就是我們希望做的，想要做的。也正因此，我們開始了對(duì)老年人及殘疾人輔具的設(shè)計(jì)和開發(fā)。老年人及殘疾人輔具的設(shè)計(jì)與深入開發(fā)一、研究背景1.1椅子的研究背景 本課題將設(shè)計(jì)一款老年人及殘疾人輔具。項(xiàng)目參考和結(jié)合了折疊椅、護(hù)理椅、殘疾人輔具、輪椅等各自的優(yōu)點(diǎn)

4、和不足，成功設(shè)計(jì)該輔具。下面將對(duì)椅子的發(fā)展歷史進(jìn)行詳細(xì)介紹。椅子是日常生活中最常見的家具之一，幾乎所有地方都會(huì)用到各種各樣的椅子。這也就說明了椅子在人們生活中不可替代的作用，以及我們對(duì)于椅子一種無時(shí)無刻的依賴感。在時(shí)代的進(jìn)程中，椅子隨著人們不斷發(fā)展改進(jìn)，在形式上，從原來運(yùn)用榫接的實(shí)木椅，發(fā)展到塑料椅，再到如今的鐵藝椅、玻璃椅、皮藝椅等等，一系列新式座椅；從功能上，也從原先單一的座椅，慢慢延展、改變，分支發(fā)展成為辦公椅、休閑椅、躺椅以及各種專用椅。許多世紀(jì)以來，人們認(rèn)為椅子不僅代表著一種生活習(xí)慣，更是一種權(quán)力、地位的象征。與其他家具相比，椅子是最基本、最普通的，正是基于此，它成為不同時(shí)間、地點(diǎn)，

5、不同文化下傳達(dá)信息的載體。在偉大的古埃及時(shí)代（公元前3100年前475年），“坐著”是唯有皇族和上層社會(huì)特有的權(quán)利。在第五王朝時(shí)代，椅子的制作達(dá)到了巔峰，當(dāng)時(shí)主要的椅子有：折疊椅、高坐姿椅子等。在那時(shí)，這些精美的椅子只供皇室貴族和官員在正式場(chǎng)合使用，折疊椅更是戰(zhàn)地軍官的專用椅。同一時(shí)期，美索不達(dá)米亞王朝也得以發(fā)展，甚至今天，還能在伊拉克，找到沿用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的相似椅子。在公元前475年前370年，在古希臘更是已經(jīng)出現(xiàn)了躺椅、長(zhǎng)沙發(fā)等椅子。并且被具有權(quán)勢(shì)的古羅馬帝國貴族繼承，形成了“坐椅子”傳承，直到羅馬帝國的終結(jié)為止。哥特時(shí)期（12世紀(jì)15世紀(jì)）家具漸漸流傳開，成為必需品。14世紀(jì)，隨著文

6、藝復(fù)興的來臨，一款功能性強(qiáng)的座椅輪椅，誕生了，它逐漸成為學(xué)者便于工作和生活的有利工具。思想上的解放，禁欲主義的打破也使椅子更加個(gè)性化，不僅種類擴(kuò)大，附件產(chǎn)品增多，結(jié)構(gòu)上也發(fā)生了一些改進(jìn)，例如靠背、座面所設(shè)計(jì)的角度更合適，產(chǎn)品的人機(jī)結(jié)合更緊密，材料更輕便，更耐用，此外，木刻雕花、印刷圖案的加入，使得椅子更新穎、美觀。在16世紀(jì)的歐洲藝術(shù)革命中，椅子的設(shè)計(jì)更是有了巨大突破，比如法國的一些來自“路易”王朝風(fēng)格的座椅，Biedermeier Chair畢德邁式椅子，帝國椅。19世紀(jì)后半葉，托奈特創(chuàng)造出了一種新的生產(chǎn)方式曲木生產(chǎn)，運(yùn)用蒸汽壓力使木材彎曲呈弧線的系統(tǒng)技術(shù)，另外在椅子生產(chǎn)中采用膠合板的技術(shù)。

7、這項(xiàng)技術(shù)成為19世紀(jì)最重要椅子制造史的突破。 圖1.1 椅子的發(fā)展史隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，椅子也越來越向舒適化、美觀化，貼近人體尺度，合適的曲度、合適的著力點(diǎn)、相應(yīng)的材料選取，講求搭配合理的色澤和花紋，優(yōu)雅的整體效果，隨之出現(xiàn)了一系列各種各樣的座椅。然后人們也漸漸開始考慮椅子的作用及功能，漸漸地，椅子開始產(chǎn)生明顯的分支，辦公椅、輪椅.乃至輔具椅等。這也是我們今天研究的課題。1.2護(hù)理椅的研究背景在當(dāng)前的市場(chǎng)上護(hù)理椅主要品牌為安維、日進(jìn)、三貴等，針對(duì)不同年齡段的都有。現(xiàn)在以安維Netti輪椅 III個(gè)人護(hù)理型輪椅為例，此為市場(chǎng)上好評(píng)高，功能較完善的產(chǎn)品，如圖1.2，圖1.3所示。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：扶手

8、高度可調(diào)節(jié)，靠背角度可在0-180°可調(diào)節(jié)，兩腳撐的調(diào)節(jié)相互獨(dú)立，且角度、高度、長(zhǎng)度皆可調(diào)節(jié)等，而且考慮到適用人群的安全性，還專門設(shè)計(jì)了防止向后翻倒裝置，并且材質(zhì)松軟舒適度高。然而在其充分考慮舒適性的情況下，座椅功能的缺失性卻是越發(fā)凸顯出來。相比之下，市場(chǎng)上的其他產(chǎn)品，有的功能單一，只針對(duì)按摩、如廁或只有清洗功能，有的功能強(qiáng)大，卻體積也大而且重功能性和舒適性、還有便攜性，始終無法得到一個(gè)適中的完美答案。 圖1.3 整體結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)示意圖圖1.2 整體結(jié)構(gòu)示意圖 根據(jù)我們調(diào)查，市場(chǎng)上，專門針對(duì)功能設(shè)計(jì)的護(hù)理椅主要有這幾種：解決其生理問題，如如廁，并為其提供一個(gè)寬松舒適環(huán)境，如圖1.4所示；

9、可推行外出室外走動(dòng)，可坐可躺，可在椅子上用餐、進(jìn)行一些娛樂活動(dòng)等，如圖1.5所示；為使用者提供一個(gè)舒適坐式，保護(hù)其身體脊椎，并對(duì)其進(jìn)行康復(fù)護(hù)理的電動(dòng)護(hù)理椅，如圖1.6所示。 圖1.6 電動(dòng)護(hù)理椅圖1.5 脊椎護(hù)理椅圖1.4 如廁椅1.3殘疾人輔具的研究背景殘疾人輔具全稱為殘疾人輔助器，即能夠有效防止，或者減輕、替代由于傷殘?jiān)斐傻纳眢w功能上的減弱或缺失的產(chǎn)品、器械或技術(shù)系統(tǒng)。這些輔具在殘疾人的康復(fù)過程中起到了無法代替的作用。兩款殘疾人護(hù)理椅如圖1.7，圖1.8所示。 殘疾人輔助器具有以下作用： （1）自理生活的依靠。輔助器具涉及起居、洗漱、進(jìn)食、行動(dòng)、如廁、家務(wù)、交流等生活的各個(gè)層面，是發(fā)揮功能

10、障礙者潛能、輔助自理生活的重要工具。 （2）全面康復(fù)的工具。輔助器具涉及醫(yī)療康復(fù)、教育康復(fù)、職業(yè)康復(fù)和社會(huì)康復(fù)的各個(gè)領(lǐng)域，是康復(fù)必不可少的工具。（3）回歸社會(huì)的橋梁。在2001年5月世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的國際功能功能、殘疾和健康分類中強(qiáng)調(diào)，個(gè)人因素和環(huán)境因素對(duì)殘疾的發(fā)生和發(fā)展，以及對(duì)功能的恢復(fù)和重建都有密切關(guān)系，其中環(huán)境因素對(duì)殘疾人康復(fù)和參與社會(huì)生活具有重要作用。如社會(huì)給截癱者提供了輪椅，他們可以走出家門；當(dāng)他們走出家門面對(duì)一個(gè)出行有坡道，上下樓梯有升降裝置的無障礙環(huán)境，才能實(shí)現(xiàn)正常參與社會(huì)生活的愿望，因此輔助器具是構(gòu)建無障礙環(huán)境的通道和橋梁。圖1.8 簡(jiǎn)易折疊輪椅圖1.7 工作輔具椅在

11、各種輔具中，輪椅的使用率越來越高。對(duì)于那些行動(dòng)不便的人群，他們并不喜歡每天呆在家里，在陽春三月很想到外面走走，但是，身體的不便讓他們不得不放棄這種想法。當(dāng)然，有了殘疾人輔具后，他們的想法的確變成了現(xiàn)實(shí)，不過，在選用輔具這個(gè)問題讓很多人大費(fèi)腦筋。一件功能強(qiáng)，綜合評(píng)價(jià)高，性能好的輔具才是他們所希望的。 二、研究意義由于老年人及殘疾人輔具的適用人群是老年人和殘疾人，那么我們就一定要把老年人和殘疾人都考慮進(jìn)來。眾所周知，中國人口基數(shù)是世界最大的，這在一定程度上也就決定了我們老年人口數(shù)非常多的必然性。自1999年起，我國進(jìn)入了老齡化社會(huì)階段，隨著時(shí)代變遷，社會(huì)也在不斷的發(fā)展，然而養(yǎng)老的問題卻越來越嚴(yán)重。

12、據(jù)第六次人口普查中顯示，我國大陸總?cè)丝跀?shù)已達(dá)到13.39億，但60歲及以上人口占全國總?cè)丝诘?3.26%，是世界上人口老齡化規(guī)模最大，而且還是發(fā)展速度最快的國家之一。這讓我們不得不引起重視，養(yǎng)老問題日益嚴(yán)重，我們必須有所行動(dòng)，從各個(gè)方面去幫助他們的生活，去安頓好他們，讓他們老有所依。與此同時(shí)，我們殘疾人事業(yè)也有待發(fā)展，據(jù)2006年第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)推算，中國目前各類殘疾人總數(shù)為8296萬人，占全國人口總數(shù)6.34%。各類殘疾人的比重為：視力殘疾1233萬人（14.86%）；聽力殘疾2004萬人（24.1%）；言語殘疾127萬人（1.5%）；肢體殘疾2412萬人（29.07%）；智力殘

13、疾554萬人（6.68%）；精神殘疾614萬人（7.40%）；多重殘疾1352萬人（16.30%）。這些數(shù)據(jù)無時(shí)無刻不在告訴我們，他們需要幫助，需要大家的幫助，需要社會(huì)的幫助。老齡人、殘疾人人群日益擴(kuò)大，老齡、殘疾人事業(yè)的發(fā)展勢(shì)在必行，如何更好的發(fā)展好事業(yè)中的各項(xiàng)行業(yè)，讓他們的生活自理能力提高，生活更加有保障，是我們深思的關(guān)鍵所在。作為弱勢(shì)群體的他們，隨著時(shí)代的發(fā)展，如何更好的給予他們我們力所能及的幫助，從外界到內(nèi)心，幫助他們，改善他們的生活，這是我們整個(gè)社會(huì)都在時(shí)時(shí)刻刻關(guān)注著的。積極拓展老年人殘疾人社會(huì)幫助事業(yè)，增強(qiáng)全社會(huì)的養(yǎng)老助殘服務(wù)功能，增強(qiáng)醫(yī)療救助、家庭病床等面向老年人、殘疾人的醫(yī)療設(shè)

14、施建設(shè)刻不容緩。作為大學(xué)生，我們應(yīng)當(dāng)充分利用專業(yè)知識(shí)，發(fā)揮創(chuàng)新能力，為解決社會(huì)熱點(diǎn)，為社會(huì)人群貢獻(xiàn)出我們應(yīng)盡的能力。為此，我們將滿懷熱誠，把自己的心思完全投入新型老年人及殘疾人輔具設(shè)計(jì)和研發(fā)當(dāng)中。三、研究現(xiàn)狀3.1醫(yī)療器械研究現(xiàn)狀隨著時(shí)代的發(fā)展，我們?cè)絹碓皆谝鈧€(gè)人的生活質(zhì)量，而生活質(zhì)量的保證，前提就是健康。醫(yī)療器械與人類生命健康息息相關(guān)。自然而然，人們對(duì)此的關(guān)注度也隨著社會(huì)的發(fā)展，日益提高。然而，當(dāng)今時(shí)代，我國醫(yī)療器械行業(yè)發(fā)展太過注重理論化和可行性，卻沒有充分考慮實(shí)際性和人機(jī)關(guān)系，又沒有足夠的創(chuàng)新相支撐，致使器械產(chǎn)品呆板不靈活，操作復(fù)雜易出錯(cuò)，在我國人民醫(yī)療需求日益增長(zhǎng)的今天，我國的醫(yī)療器械越

15、發(fā)捉襟見肘。再看國際的高技術(shù)醫(yī)療器械界，主要由美國、日本、德國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家壟斷，他們儀器的高精度，易操作，外形美觀等等都要比我國更勝一籌，而我們只能通過進(jìn)口來滿足人民需求。就現(xiàn)狀分析，我國醫(yī)療器械還有待精細(xì)化，準(zhǔn)確化，人機(jī)關(guān)系有待加強(qiáng)。只有這樣，才能更好的服務(wù)人民群眾，為人民提供最好最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。 3.2折疊椅研究現(xiàn)狀我國家具和室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)在80年代萌芽，而后快速發(fā)展，到90年代已然成為另一個(gè)獨(dú)立產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值達(dá)到了80億元，到2002年就已經(jīng)突破2000億，在2010年更是突破了5000億大關(guān)，其發(fā)展趨勢(shì)每年保持在20%以上，發(fā)展勢(shì)頭不減。據(jù)維基百科所述，折疊椅本身是人們普遍的座椅，隨著技術(shù)的

16、更新，出現(xiàn)了形式與制作工藝的多樣化，也導(dǎo)致了新功能、新設(shè)計(jì)的發(fā)展，全世界有成千數(shù)萬的專利是關(guān)于折疊椅（凳）的新奇想法。折疊椅有直率緊湊的外觀和結(jié)識(shí)耐用的特點(diǎn)。很多家具設(shè)計(jì)師、發(fā)明家和普通工匠都把他們的精力投入到座椅設(shè)計(jì)中，極為關(guān)注于椅子的折疊、調(diào)節(jié)度與舒適性。折椅性能越來越強(qiáng)，重量越來越小，壓縮體積越來越小，也使得其適用的環(huán)境、范圍越來越廣大，沙灘椅、折疊一體座椅的出現(xiàn)，更是代表著一個(gè)方面的一種重大突破，實(shí)現(xiàn)了一種對(duì)環(huán)境的專門適應(yīng)化。折疊椅在人類社會(huì)中存在感越來越強(qiáng)，在快節(jié)奏的生活中，成為人類生活不可或缺的一個(gè)部分。為了更好的貼近人們的生活，每一把現(xiàn)代化的折疊椅都是通過大量社會(huì)調(diào)查和技術(shù)討論挑

17、選的結(jié)晶產(chǎn)物。折疊椅出現(xiàn)在人們生活的每個(gè)角落，各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、各級(jí)學(xué)校、醫(yī)院、餐廳、酒店、公司、家庭等等場(chǎng)所。以下為市場(chǎng)上主要的幾種折疊椅：沙灘椅休閑椅：支腳粗而觸點(diǎn)面大，帆布結(jié)實(shí)，寬度符合人體形態(tài)工程學(xué)原理，靠背的設(shè)計(jì)可以調(diào)節(jié)。適合居家，醫(yī)院陪護(hù)，單位午休、垂釣、旅游。攜帶方便，更舒服，更合理。家居折疊椅：輕便、可疊放功能的座椅，既方便搬動(dòng)，又節(jié)省空間。 公共場(chǎng)所使用的座位折疊椅：座椅是根據(jù)人體形態(tài)工程學(xué)原理制造而成，內(nèi)裝S型彈簧，確保椅背之曲線完整符合人體曲線，座感舒適，是美學(xué)與高科技的完美結(jié)合。幾款折疊椅如圖3.1，圖3.2，圖3.3所示。圖3.3 公共場(chǎng)所用的座位折疊椅 圖3.2 家居折

18、疊椅圖3.1 家具式折疊椅3.3殘疾人輔具研究現(xiàn)狀輔具是殘疾人生活的必備，是他們的依靠，它順應(yīng)了現(xiàn)代殘疾人生活方式的轉(zhuǎn)變，滿足了他們對(duì)便利的生活的渴望以及對(duì)生命自由尊重的要求。據(jù)中國殘疾人輔助器具網(wǎng)統(tǒng)計(jì), 我國現(xiàn)有殘疾人8296萬，其中60%以上需要借助輔助器具補(bǔ)償和改善功能，提高生活質(zhì)量，增強(qiáng)社會(huì)生活參與能力。隨著社會(huì)的發(fā)展,人民生活水平的不斷提高，殘疾人群體在社會(huì)中的地位和關(guān)注程度越來越高，患有疾患或殘障的人士對(duì)身體機(jī)能的恢復(fù)愿望越來越強(qiáng)烈。近幾年，殘疾人輔具產(chǎn)品的研究和開發(fā)應(yīng)用也從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入到普通殘疾人的日常生活中。提高殘疾人輔助器具適配力度，加強(qiáng)和提高殘疾人的生活質(zhì)量，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)和諧

19、，具有積極的社會(huì)意義，因此，加強(qiáng)殘疾人輔助器具組合適配工作，重視此項(xiàng)工作對(duì)殘疾人心理現(xiàn)狀的分析研究，有助于推進(jìn)此項(xiàng)工作更扎實(shí)的開展，實(shí)現(xiàn)殘疾人輔助器具適配新的發(fā)展。 縱觀各國輔助器具的發(fā)展歷史，康復(fù)輔具的研究開發(fā)均從假肢、矯形器、輪椅車等輔助器具的研究和生產(chǎn)開始，我國同樣如此。經(jīng)過30年發(fā)展，我國在假肢、矯形器、輪椅車等領(lǐng)域制定和發(fā)布了不少相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，形成一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在假肢、矯形器等傳統(tǒng)康復(fù)輔具的性價(jià)比位國際領(lǐng)先，并實(shí)現(xiàn)向發(fā)展中國家的出口，且占有較大的市場(chǎng)份額；科研院所和大專院校的相關(guān)課題，假肢結(jié)合CAD/CAM系統(tǒng)、鈦合金下肢假肢組件、足底矯形器CAD/CAM系統(tǒng)、肌電假

20、手、2C運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)能腳燈等相關(guān)技術(shù)均達(dá)到同期國際先進(jìn)水平。十一五期間，各級(jí)政府、科技主管部門和行業(yè)主管部門積極推動(dòng)康復(fù)輔具行業(yè)建設(shè)，在政策、人才、資金等多方面支持，科技部還通過科技支撐計(jì)劃、863計(jì)劃等科技計(jì)劃支持多個(gè)專門面向殘疾人的重大科研項(xiàng)目。但與國外相比，我們康復(fù)水平還是總體落后，特別是輔具方面，落后嚴(yán)重，輔具產(chǎn)業(yè)也存在很大空白，且從質(zhì)量，性能、性價(jià)比等各方面都與發(fā)達(dá)國家有所差距，無法相比。其主要原因行業(yè)發(fā)展還處于初級(jí)階段，高端技術(shù)缺乏、普惠性產(chǎn)品種類是少及數(shù)量匱乏。除經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展原因外，管理體制、法律法規(guī)、運(yùn)行機(jī)制、科研成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化研究開發(fā)中存在的諸多問題，也是制約康復(fù)輔具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的

21、重要原因，主要包括以下幾方面：輔具配置保障體系尚未健全；產(chǎn)品科技含量較低；科研成果較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；加工技術(shù)水平落后發(fā)達(dá)國家；創(chuàng)新型人才少；高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系尚未形成。以下為市場(chǎng)上主要幾類輔具椅：圖3.4 肢體殘疾輔具圖3.6 康復(fù)輔具椅圖3.5 輔助輪椅四、研究方法 本課題在新型多功能老人椅的基礎(chǔ)上，研發(fā)新型老年人及殘疾人輔具，我們對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，走訪大型購物商場(chǎng)，了解實(shí)物數(shù)據(jù)，功能質(zhì)量，分析其性能、外觀及其設(shè)計(jì)參數(shù)；訪問淘寶商城等主要網(wǎng)上商店，了解當(dāng)前熱門實(shí)用輔具椅的相關(guān)功能及詳細(xì)信息，結(jié)合以往的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，比對(duì)歸納當(dāng)前各種輔具的優(yōu)缺點(diǎn)。而后查閱大量相關(guān)數(shù)據(jù)資料、書籍并查閱大量數(shù)據(jù)資料，根據(jù)機(jī)械

22、設(shè)計(jì)原理、人體工程學(xué)、人機(jī)交互等相關(guān)理論，確定本課題設(shè)計(jì)目標(biāo)及方向。歷經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研、草圖繪制、三維模型設(shè)計(jì)繪制，得出最終的設(shè)計(jì)成果。其中設(shè)計(jì)過程的三維模型設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是SolidWorks軟件。SolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）推出的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，是專門用于研究機(jī)械設(shè)計(jì)、改造的視窗軟件。作為達(dá)索中端市場(chǎng)的一大主打產(chǎn)品，其功能十分強(qiáng)大，組件繁多，可以減少設(shè)計(jì)過程中的誤差，更重要的是其容易上手、技術(shù)創(chuàng)新、工作效率極高的特點(diǎn)，更是讓他成為機(jī)械設(shè)計(jì)的首選軟件，并且被廣泛的運(yùn)用于設(shè)計(jì)加工的各個(gè)領(lǐng)域，從汽車、造船，到通用機(jī)械設(shè)備，甚至運(yùn)用于航空航天的研制開發(fā)當(dāng)

23、中。有美國著名咨詢公司Daratech所評(píng)論：“在基于Windows平臺(tái)的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場(chǎng)快速增長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者?！逼鋸?qiáng)大功能主要可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （1）界面窗口：SolidWorks提供了一套完整動(dòng)態(tài)界面，并且完美的結(jié)合了AutoCAD，可以完全保留原有的作圖習(xí)慣，直接做到從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維實(shí)體設(shè)計(jì)。（2）配置管理：這涉及到零件設(shè)計(jì)、裝配以及工程圖測(cè)繪。能夠通過對(duì)不同參數(shù)的變換組合，直接計(jì)算繪出不同的零件和裝配體。（3）協(xié)同功能：與互聯(lián)網(wǎng)完美結(jié)合，可以通過3D Meeting實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，可通過eDrawing共享CAD文件。還可通過三維托管網(wǎng)站展開

24、生動(dòng)實(shí)體模型。（4）裝配設(shè)計(jì)：新零件生成后，你可以直接參考其數(shù)據(jù)，并且與其他零部件配比，在裝配中，這可以更方便設(shè)計(jì)和修改零件。而更重要的是，它可以全方位動(dòng)態(tài)觀察裝配件的所有運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)行測(cè)調(diào)。還有智能零件技術(shù)、鏡像技術(shù)等等。（5）工程圖版：各工程圖之間緊密關(guān)聯(lián)，只要改變一處，三維模型、各視圖、裝配體、所有工程圖都會(huì)隨之更新。此外還可運(yùn)用RapidDraft，實(shí)現(xiàn)工程圖與三維零件、裝配圖的脫離，獨(dú)立工作，提高工作效率。五、研究?jī)?nèi)容5.1市場(chǎng)產(chǎn)品主要不足點(diǎn)隨著中國殘疾人、老年人人口不斷增多。如何讓他們擁有更好、更健康的生活狀態(tài)成為我們社會(huì)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。我們要想法設(shè)法去積極發(fā)展輔具護(hù)理產(chǎn)業(yè)，提高老

25、年人、殘疾人的生活質(zhì)量，增強(qiáng)醫(yī)療求助，提高他們的行動(dòng)能力，保護(hù)他們的自尊心，從而使他們有更好的生活環(huán)境。身為大學(xué)生，我們有能力，有必要去利用專業(yè)知識(shí)，發(fā)揮創(chuàng)新能力，為解決社會(huì)熱點(diǎn)問題，為人類社會(huì)發(fā)展盡一份力。因此，我們抱著這樣“人人為我，我為人人”的想法，將滿懷熱誠，把自己的心思完全投入創(chuàng)新老年人及殘疾人輔具設(shè)計(jì)和研發(fā)當(dāng)中。本課題研究的是面向殘疾人、老齡人的輔具護(hù)理椅。在經(jīng)過一段時(shí)間的市場(chǎng)調(diào)查總結(jié)后，我們發(fā)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上此類型的產(chǎn)品存在以下幾方面的缺憾：（1）部分已有產(chǎn)品中存在一些明顯缺陷，如材料選用不當(dāng)，性價(jià)比低等；（2）市場(chǎng)上的商品往往功能多者笨重不易攜帶，輕便易攜帶者功能太少，兩者不能齊

26、美；（3）市場(chǎng)現(xiàn)有的產(chǎn)品著重護(hù)理部分，而忽視了很多老人也是行動(dòng)不便者；（4）功能豐富的同時(shí)帶來了操作復(fù)雜，繁瑣的問題；（5）護(hù)理椅適應(yīng)有一定人群限制，而且僅僅只考慮了老人的使用問題，應(yīng)該還可以同時(shí)具備醫(yī)療器械的功能，同樣適合殘疾人使用。5.2輔具設(shè)計(jì)主要素有必要設(shè)計(jì)出一款不僅僅輕便易攜帶、多功能的新型老年人殘疾人輔具，并且拓展其應(yīng)用范圍，使之同樣兼容護(hù)理椅、輔具的功能，優(yōu)化細(xì)節(jié)，讓老人用它能感覺到舒適放心；殘疾人有了它，同樣生活質(zhì)量提高，自理能力更強(qiáng)。本課題將綜合考慮各方面性能，設(shè)計(jì)研發(fā)一款同時(shí)適合老年人、殘疾人使用的輔具。因此，具體有四方面內(nèi)容：（1）安全性：無論是老人、殘疾人，對(duì)于他們，安

27、全始終是最重要的，優(yōu)良的護(hù)理椅需要能夠有效的避免意外側(cè)翻，倒溜，因?yàn)槊恳淮蔚囊馔猓即碇螕p傷的可能。（2）功能性：由于殘疾人、老人，在生理、病理上的不同，一款合格的椅子就必須拓展應(yīng)用范圍，并且合理結(jié)合適用人群自身特點(diǎn)設(shè)計(jì)，使之同樣具備相關(guān)醫(yī)療器械的功能，兩者技術(shù)結(jié)合，在提高其生活能力的基礎(chǔ)上，改善 其身體狀況。（3）便攜性：折疊技術(shù)的使用、精密計(jì)算后的基件構(gòu)造，使其占用空間更小，并且材料的合理選擇也讓其重量更輕，使之更容易攜帶。（4）舒適度：根據(jù)老年人的身體條件，合理的選擇椅背的寬度及角度，減少脊椎周圍軟組織的負(fù)擔(dān)，同時(shí)，選擇適合的材料，提高舒適度。5.3所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的特點(diǎn)介紹根據(jù)人體工程

28、學(xué)相關(guān)理論要求，我們研發(fā)的老年人及殘疾人輔具有如下特點(diǎn)：(1)其整體的便攜性，整個(gè)輔具可拆卸成兩個(gè)部分，一個(gè)箱子和鋼架底座，可分別放置，占用空間小。(2)具有強(qiáng)大的多功能性，在外可以作為電動(dòng)輪椅，在家可以作為移動(dòng)輔具椅，且當(dāng)上下分離后，下部鋼架底座可獨(dú)立使用。(3)整體舒適性，設(shè)計(jì)適應(yīng)各種人體尺寸，使上體處于較舒適的姿勢(shì)，尤其適合老人；(4)當(dāng)人坐下來后，座椅適當(dāng)傾斜；靠背采用高強(qiáng)度布料材料（附有一定彈性），可向后傾斜（約10°到20°）；提供扶手；前有腳架，可舒適平放腳；(5)可以減少脊柱承擔(dān)的體重：座椅靠背和扶手可以減輕椎間盤負(fù)擔(dān)；(6)有利于腰部（脊柱前凸）的形狀：可

29、以在座椅靠背的腰部提供曲線，加大座面與靠背關(guān)系；給出盤輪廓線面，改變骨盆的角度；(7)可以減少皮膚和其他組織的接觸壓力：座椅高度合適；座面軟硬適宜；(8)上下部分連接，充分考慮人機(jī)關(guān)系，運(yùn)用新穎的定位鎖，只要輕輕一轉(zhuǎn)，便可把座椅部分和鋼架底座牢固的連接在一起；(9)設(shè)有簡(jiǎn)單易操作遙控器，直觀易懂，方便老人操縱輔具椅行動(dòng)；(10)后輪設(shè)有彈簧裝置，前輪小后輪大，穩(wěn)定性高，減震避震。六、市場(chǎng)調(diào)研及設(shè)計(jì)產(chǎn)品構(gòu)思6.1新型老年人及殘疾人輔具的市場(chǎng)調(diào)研經(jīng)我們科研小組的走訪，調(diào)研，問卷調(diào)查，售后回訪等一系列環(huán)節(jié)，得到了大量的一手資料，而且我們還分析了目前市場(chǎng)上10款比較具有代表性的輔具椅的結(jié)構(gòu)、功能，技術(shù)

30、參數(shù)及各自優(yōu)缺點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過我們團(tuán)隊(duì)不斷研發(fā)，不斷改進(jìn)，技術(shù)難點(diǎn)公關(guān)，所研發(fā)的多功能老人護(hù)理椅很好的避免了以下的缺陷，結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)，真正達(dá)到便攜，多功能的目的?，F(xiàn)在，將在以下對(duì)調(diào)研結(jié)果中的5類典型護(hù)理椅的優(yōu)缺點(diǎn)做闡述。（1）傳統(tǒng)護(hù)理椅：可躺可坐，下有可折疊式皮墊，可以避免病人因長(zhǎng)時(shí)間臥床造成的腰椎酸痛、姿勢(shì)性低血壓。在其底座還有可滑動(dòng)輪，在天氣晴朗、時(shí)間空閑，可由別人推扶，外出觀賞景色。適用對(duì)象：醫(yī)院、療養(yǎng)院病患使用。居家病患使用。陪護(hù)、看護(hù)使用。傳統(tǒng)護(hù)理椅如圖6.1所示。圖6.1 傳統(tǒng)護(hù)理椅該類型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)有：采用進(jìn)口鋼管，美觀，質(zhì)量高，不易變形；前輪芯軸采用正規(guī)四個(gè)軸承，耐顛簸，

31、耐磨損；采用工程塑料輪框，或鋁合金輪框，不會(huì)生銹。缺點(diǎn)有：攜帶不方便；較舒適但功能有限，結(jié)合老齡人特點(diǎn)，但較為單一；與人體工程學(xué)結(jié)合度不夠，有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高。（2）老人坐便椅：抽式座廁，皮質(zhì)彈性靠墊，對(duì)于體弱的老年人、行動(dòng)不方便的殘疾人，平日可以當(dāng)椅子兩用。而其本身就是一個(gè)可以移動(dòng)的潔具，對(duì)于適用人群，可以直接放在寢室，或者放在庭院平日歇息之用。方便實(shí)用，是老人、殘疾人的生活一大便利。老人坐便椅如圖6.2所示。圖6.2 老人坐便椅該類型產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)有：折疊方便，如廁問題易解決；合金材質(zhì)，輕便。缺點(diǎn)有：攜帶不方便，而且不易清洗；密封性差，味道較重；皮革墊子，容易損壞，不耐用；安全系數(shù)不高；占地面

32、積大，椅腳容易磨損。（3）高級(jí)便攜式護(hù)理椅：輕便，快捷，可折疊，非常適合老人、殘疾人出行，輪椅外設(shè)把手，噪聲小，平穩(wěn)。圖6.3 高級(jí)便攜式護(hù)理椅該產(chǎn)品類型的優(yōu)點(diǎn)：車體輕便，外出攜帶、上下樓梯十分方便，容易攜帶；車體小巧，可折疊，外出時(shí)可折疊存放后備箱；以布料做墊，在臀部受力面大，力小，可以有效緩解身體壓力；車體雙支撐，附安全帶，尤其適合腿腳不便、有專人護(hù)理的老人或者殘疾人。缺點(diǎn)：以布為坐墊，承載力相對(duì)不足，存在安全隱患；老人控制很費(fèi)力，特別是體弱者，對(duì)身體產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，而且很不安全，會(huì)造成側(cè)翻，甚至倒退；經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品所用的材料強(qiáng)度也遠(yuǎn)低于其他護(hù)理椅坐墊需要，易磨損、易撕裂；且功能單一，人機(jī)關(guān)

33、系不合理。（4）加厚電動(dòng)護(hù)理床椅：滿足高消費(fèi)人群的需要，在舒適的程度上達(dá)到美觀，奢華，加厚電動(dòng)護(hù)理椅如圖6.4所示。圖6.4 加厚電動(dòng)護(hù)理床椅該類型產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)有：床椅整體骨架采用優(yōu)質(zhì)型鋼焊接成型，采用優(yōu)質(zhì)皮料，靜電噴塑表面，舒適柔軟，牢固耐用；床板:采用一體化床板，內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)，覆蓋海綿，增加棉料墊層，外形美觀，顏色柔和，表面皮套可拆卸換洗；電動(dòng)機(jī)身功能:可通過遙控，實(shí)現(xiàn)靠墊的角度調(diào)節(jié)，舒緩腰部壓力，并且自帶按摩功能，穴位沖擊等功能，可刺激身體血液循環(huán)，活化機(jī)體。缺點(diǎn)：價(jià)格過于昂貴，限制消費(fèi)人群，大部分適合人群無力去消受；此外，還有一個(gè)明顯缺陷，這是一款在床的基礎(chǔ)上制作的椅子，笨重，出門難以攜

34、帶；各種電動(dòng)按鈕操作復(fù)雜，對(duì)適用人群有難度。（5）可拆卸輪椅：可拆卸加長(zhǎng)扶手，可卸式升降擱腳，高強(qiáng)度塑料手推圈和前叉，高靠背可后傾（全躺），帶防傾輪，車架鍍鉻，沉降式座便墊，8寸寬前輪，24寸后輪，雙支撐，附安全帶，帶便桶，送餐桌板。圖6.6 著力點(diǎn)分析圖圖6.5 可拆卸輪椅適用于中風(fēng)、全癱、半癱以及其他身體控制能力弱的乘坐者。可拆卸護(hù)理椅如圖6.5所示。該輪椅的受力圖如圖6.6所示。優(yōu)點(diǎn)：抽取式坐墊抽芯，可快速抽取，使用方便快捷；抽取式加深馬桶，方便使用及護(hù)理；帶可調(diào)式擱腳,使乘坐者更舒適；帶防傾倒輪子，起到一個(gè)防后翻的作用，使輪椅即使在后傾狀態(tài)也很穩(wěn)定；座位深度比一般輪椅加深6公分，靠背后

35、傾8度，這兩方面相結(jié)合，使得輪椅支撐性能更好，降低臀部和尾椎的壓力，避免造成二次傷害；采用沉降式座墊，保證坐墊到扶手之間的高度更合理，避免肩部不適；采用卡角式四腳支撐技術(shù),乘坐更平穩(wěn)；輪椅所有前叉頂部加裝加大雙軸承,小輪轉(zhuǎn)動(dòng)更靈活;小輪軸均加裝減震橡膠，減少因路面不平整產(chǎn)生的顛簸感。缺點(diǎn)：雖然已是功能的綜合體現(xiàn)，但搭配不夠完美，功能也較簡(jiǎn)陋，無法滿足消費(fèi)者需求，也沒有完全考慮到使用者的身體狀況，無法支持他們的自由活動(dòng)，并且在安全性上存在欠缺。6.2新型老年人及殘疾人輔具的內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)本課題研究成果的創(chuàng)新點(diǎn)包括靠背、扶手及臂托、坐墊、座椅、腳架、腳托、遙控器、車輪、剎車、變速箱、電池、電機(jī)八部分

36、。從整體上說，其構(gòu)造的設(shè)計(jì)是該輔具的一大亮點(diǎn)，充分體現(xiàn)其功能性、易攜帶性。該輔具在家里可以當(dāng)做護(hù)理椅，在外可以當(dāng)做輪椅。如果打開上下部分連接的定位鎖，靠背下翻緊貼坐墊，就是一個(gè)箱子，而下部分就變成一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，可用來搬運(yùn)東西，也可輕松放置角落、車后箱，在出門旅行等外出場(chǎng)合方便攜帶、節(jié)約空間。從局部來看，頭枕可根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)至靠背箱體內(nèi)或外，其旋轉(zhuǎn)路徑及軌道經(jīng)過精密計(jì)算，保證內(nèi)固定、旋轉(zhuǎn)、外固定三個(gè)狀態(tài)下均有效。靠背有兩個(gè)特點(diǎn)：其一，可以在座椅折疊時(shí)收納頭枕；其二，可以根據(jù)人體工程學(xué)實(shí)際需要和折疊與否調(diào)整角度。腳墊起到防滑、固定等作用。而馬桶架的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且實(shí)用，采用螺紋連接，保持其牢固性，并且手提

37、式馬桶可從前側(cè)抽出。坐墊是靈活可換，方便清洗。其材料的選用是創(chuàng)新點(diǎn)之一。餐桌在不用時(shí)收納在扶手內(nèi)，用時(shí)拉出扶手外。而在座椅部分和下部鋼架之間的銜接也是該設(shè)計(jì)的的一個(gè)亮點(diǎn)，采用新型定位鎖，只要把鑰匙插入，一轉(zhuǎn)便可輕松鎖上，完美咬合，結(jié)實(shí)牢固，且易拆卸。再者，其剎車的設(shè)計(jì)也是費(fèi)盡心思，采用電機(jī)制動(dòng)，直接鎖住車輪軸承，上下坡不倒滑。在控制方面，考慮到使用人群，我們采用無線遙控裝置，全自動(dòng)化控制，簡(jiǎn)單易懂。七機(jī)械結(jié)構(gòu)及組成部分7.1力學(xué)分析對(duì)護(hù)理椅受力分析，如下圖所示：地面對(duì)前輪的支撐力為FA、對(duì)后輪的支撐力為FB；輔具的重力為G1，人體對(duì)坐板的壓力為G。輔具受力圖如圖7.1所示。圖7.1 輔具受力圖

38、其中假設(shè)G為100kg，設(shè)計(jì)G1100kg，列出靜力平衡方程和力矩平衡方程。 (1) (2)由于該力矩為空間力矩，所以算法都按空間力矩來算，d=737mm,測(cè)量結(jié)果如圖7.2所示。圖7.2 輔具測(cè)量圖D=486.33mm，測(cè)量結(jié)果如圖7.3所示。圖7.3 輔具測(cè)量圖計(jì)算的結(jié)果，,其中，為前輪和后輪軸的許用的力，或者也可以用許用應(yīng)力來計(jì)算。由結(jié)果可知該設(shè)計(jì)符合力學(xué)要求。7.2結(jié)構(gòu)分析老年人及殘疾人輔具主要包括護(hù)理椅支撐車和遙控器3部分。第1部分分別由坐墊桌板扶手椅背頭枕 便桶等一系列零部件組成；第2部分分別由車前輪車后輪儲(chǔ)物格支撐架電池 腳托腳架等一系列零部件組成；第3部分的遙控器主要控制輔具的

39、啟動(dòng)停止方向。下面主要從這3個(gè)部分的組成零部件來介紹輔具。下圖所示為老年人及殘疾人輔具正二測(cè)視圖，俯視圖，正視圖。圖7.5 為老年人及殘疾人輔具俯視圖圖7.4 為老年人及殘疾人輔具正二測(cè)視圖圖7.6 為老年人及殘疾人輔具正視圖7.3自由度計(jì)算為確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性，需對(duì)機(jī)構(gòu)的自由度分析，分析如下：第一部分為護(hù)理椅，護(hù)理椅可以折疊，椅背和坐板之間由旋轉(zhuǎn)軸固定和調(diào)節(jié)角度，如圖7.7所示。實(shí)際上它的機(jī)械模型如圖7.8所示，為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，由于轉(zhuǎn)動(dòng)副為級(jí)副，限制了5個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，故自由度為1，即F=1，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)。 圖7.8 轉(zhuǎn)動(dòng)副圖7.7 椅背坐板連接圖 椅背在調(diào)節(jié)角度的過程中主要運(yùn)用了棘輪機(jī)構(gòu)的原

40、理。棘輪機(jī)構(gòu)，由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖7.9所示為機(jī)械中常用的外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu)，它由主動(dòng)擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機(jī)架組成。主動(dòng)件空 套在與棘輪固連的從動(dòng)軸上，并與驅(qū)動(dòng)棘爪用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。當(dāng)主動(dòng)件順時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定角度，此時(shí)，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)件逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時(shí)棘輪靜止不動(dòng)。因此，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。軸套在靠背上，旋轉(zhuǎn)中心軸兩端固定在坐板上，左軸套上是棘輪，從靠背的內(nèi)部觀察，如圖7.10所示。 套筒外觀顯

41、示與上圖不同，主要原因是上圖的視角是從輔具的外部觀察。圖7.9 棘輪機(jī)構(gòu)模型圖7.10 靠背角度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)從整體來看，一般在使用時(shí)，椅背可以調(diào)節(jié)成如圖7.11所示的角度。 而在攜帶時(shí)，可以調(diào)節(jié)成圖7.12所示的位置。圖7.12 護(hù)理椅攜帶時(shí)靠背角度調(diào)節(jié)圖7.11 護(hù)理椅使用過程靠背角度調(diào)節(jié)7.4頭枕頭枕是護(hù)理椅的重要組成部分，外部為皮革包裹，內(nèi)部充有蓬松棉。尺寸設(shè)計(jì)為，長(zhǎng)度307.6mm，厚度66mm，測(cè)量結(jié)果如圖7.13，圖7.14所示。該部件有以下幾個(gè)作用：在護(hù)理椅單獨(dú)使用時(shí)，可以放松頭部和頸部，起到減緩壓力，舒適身心的目的；當(dāng)和支撐車結(jié)合使用時(shí)，起到保護(hù)頸部的作用，這個(gè)作用與汽車的頭枕功能

42、類似，在發(fā)生交通事故時(shí)，碰撞所產(chǎn)生的巨大沖擊力全都擠壓在脆弱的頸部，使駕乘人員的脊椎很可能受到傷害，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，致其癱瘓，甚至危及生命，而頭枕的存在，便可以有效地緩沖事故發(fā)生時(shí)巨大的瞬間沖擊力，從而保護(hù)脆弱的頸骨，降低頸部受到傷害的幾率圖7.13 頭枕長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果圖圖7.14 頭枕寬度測(cè)量結(jié)果圖頭枕在使用時(shí)可以調(diào)節(jié)高度，注意該部件的正確調(diào)整方法：1.正確調(diào)整身體與坐椅的角度，使背部盡可能直立；2.頸部與身體間角度趨于平緩，能減低追撞時(shí)的傷害程度，后腦與頭枕之間的間距越小越好，最好不要超過10厘米，這樣，追撞時(shí)能起到對(duì)頸部的 緩沖作用；3.由于乘員身高各異，因此頭枕的調(diào)節(jié)范

43、圍也不同，要視具體情況調(diào)整；4.正確調(diào)整頭枕高度。頭枕應(yīng)安裝在至少與耳朵上沿平行的地方或者使用者頭下約8.89厘米的地方。頭枕調(diào)整完畢后，牢牢固定頭枕，使頭枕不晃動(dòng)；如圖7.15所示為該頭枕支承部件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖7.15 頭枕支承部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 頭枕在連接桿的支承下，可實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，只要調(diào)節(jié)到合適的高度，擰緊螺栓即可。頭枕在拆卸時(shí)可以放在靠背所設(shè)計(jì)的槽中，以節(jié)省空間。7.5靠背靠背長(zhǎng)496mm，寬615mm，外部為皮革包裹，內(nèi)部充有蓬松棉?？勘硿y(cè)量圖如圖7.16，圖7.17所示。圖7.16 靠背長(zhǎng)度測(cè)量圖圖7.17 靠背寬度測(cè)量圖靠背角度可以調(diào)節(jié)，但由于重心的原因，在打開支承腳時(shí)，靠背的角度調(diào)節(jié)

44、有一定的限度，依據(jù)使用者的坐姿而定，但當(dāng)支撐腳收起時(shí)，靠背可以調(diào)到極限位置，以便于使用者躺平使用，如圖7.18所示。但此時(shí)必須配套附件-支承墊，一起使用。圖7.18 靠背調(diào)節(jié)圖7.6坐墊PU分壓式坐墊，具有防褥瘡、抗壓、防滑、保暖和易清洗的優(yōu)點(diǎn)及作用。它所采用的材質(zhì)和奔馳轎車座椅所采用的材質(zhì)是相同的。能有效把身體的重力分散到各個(gè)受力點(diǎn)，最大化地防止了褥瘡的生長(zhǎng)。坐墊分為兩種，有開圓口和不開圓口，上圖所示的為整體式不開圓口的坐墊，圖7.19所示為開圓口坐墊，并且配有圓形蓋，這種設(shè)計(jì)以配合便桶使用。圖7.19 開圓口坐墊圖坐墊外層采用PVC冰絲皮，內(nèi)充PU棉，冬暖夏涼，彈性比較好，不變形，防水且易

45、于清洗。這兩種坐墊互換使用，根據(jù)使用需求進(jìn)行選擇。傳統(tǒng)的護(hù)理椅往往坐墊是單一的或是直接和坐板相連，這造成了不方便清洗、容易損壞卻不可換等問題。而兩種坐墊的換用就可以解決這樣的問題。即使坐墊因?yàn)槭褂眠^多而損壞，也可以進(jìn)行更換，不僅干凈衛(wèi)生，而且環(huán)保，不造成資源浪費(fèi)。7.7支撐架支撐架總長(zhǎng)1194.84mm，寬716mm，板厚度30mm，材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，綜合力學(xué)性能好。尺寸測(cè)量圖如圖7.20，圖7.21，圖7.22所示。圖7.20 支承架寬度測(cè)量圖圖7.21 支承架長(zhǎng)度測(cè)量圖圖7.22 支承架厚度測(cè)量圖7.8機(jī)械鎖由于護(hù)理椅和支撐需要定位和固定，所以要有一種連接方式。鉸鏈連接螺栓螺母連接等等

46、都不適合，既要可拆卸，又要安全可靠，基于鎖設(shè)計(jì)的靈感，將其核心技術(shù)運(yùn)用在項(xiàng)目上，下面先介紹執(zhí)手鎖的核心技術(shù)。如圖7.23所示，為執(zhí)手鎖的結(jié)構(gòu)圖。圖7.23 執(zhí)手鎖結(jié)構(gòu)圖圖7.24 護(hù)理椅未固定當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)手鎖的一個(gè)手柄時(shí)，鎖芯會(huì)移動(dòng)，此時(shí)門打開；當(dāng)放開手柄時(shí)，鎖芯移回，此時(shí)門鎖住。將這一思想運(yùn)用在設(shè)計(jì)上，當(dāng)插入鑰匙，未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖7.24所示，鎖芯未移動(dòng)，護(hù)理椅與支撐車相互獨(dú)立，沒有固定；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙時(shí)，如圖7.25所示，圖7.25 護(hù)理椅已固定7.9便桶便桶與護(hù)理椅的連接部分尺寸為400mm，測(cè)量圖如圖7.26所示，外螺紋連接。底下圓臺(tái)傾斜角度為15度。高為280mm，測(cè)量圖如圖7.27所示。便桶

47、材料為PVC塑料。圖7.27 便桶高度測(cè)量圖圖7.26 便桶直徑測(cè)量圖7.10輪胎前輪與輪椅的輪胎一樣，為萬向輪，可以360度旋轉(zhuǎn)，主要控制方向，如圖7.28所示。圖7.29為輪轂，內(nèi)圈直徑為134mm。測(cè)量圖如圖7.29所示。寬度為70mm。圖7.29 前輪輪轂測(cè)量圖圖7.28 前輪后輪直徑為500mm，測(cè)量圖如圖7.30所示。圖7.30 后輪測(cè)量圖后輪的輪轂尺寸：內(nèi)圈直徑為300mm，測(cè)量圖如圖7.31所示。內(nèi)部裝有抱閘系統(tǒng)，配合電機(jī)，及時(shí)制動(dòng)。圖7.31 后輪輪轂測(cè)量圖7.11遙控器遙控器主要控制輔具的啟動(dòng)停止前進(jìn)后退左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，圖7.32所示為遙控器，左邊部分為內(nèi)置收音機(jī)，主要方便老年人

48、及殘疾人的生活，右邊部分為功能按鈕。圖7.32 遙控器7.12其他零部件輔具中的零部件較多，有些為標(biāo)準(zhǔn)件，直接選用，例如螺母螺栓鍵；有些零部件需要設(shè)計(jì)，例如連接支撐腳桿件軸等等。附件1為輔具的腦圖，可以清晰了解整個(gè)產(chǎn)品的組成部分。八、電機(jī)及無線控制8.1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)鑒于設(shè)計(jì)要求，本項(xiàng)目使用35AH+35AH兩個(gè)完全密封免維護(hù)鋰電池提供電能，所以采用直流電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。為了有效的控制輔具的前進(jìn)、停止、后退的運(yùn)動(dòng)。必須對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理(調(diào)速系統(tǒng))做出的根本的研究。下面是兩種調(diào)速方法：一、利用晶閘管調(diào)速，即利用晶閘管構(gòu)成的直流調(diào)壓系統(tǒng)，通過改變晶閘管的觸發(fā)門來控制可改變整流電壓可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。但是由

49、于晶閘管與二極管類似，同樣具有單向?qū)щ娦?，所以不能?shí)現(xiàn)電機(jī)的反方向運(yùn)行。二、利用PWM波調(diào)速，PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”，PWM方波如圖8.1.1所示。圖8.1 PWM方波電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是本裝置的動(dòng)力來源，為了實(shí)現(xiàn)椅子前進(jìn)、停止、后退的需要，使用者按下啟

50、動(dòng)按鈕，直流電機(jī)便用電，由于直流電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，能夠帶負(fù)載啟動(dòng)。當(dāng)使用者按下停止按鈕時(shí)，一方面，單片機(jī)將NRF24L01模塊發(fā)送的無線信號(hào)進(jìn)行處理，輸出對(duì)應(yīng)的占空比，使直流電機(jī)的兩端電壓變負(fù)，實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)，另一方面，為了更有效地使電機(jī)停止，外加機(jī)械抱閘自鎖，確保電機(jī)在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)停止。本項(xiàng)目我們采用由CMOS管構(gòu)成的全橋斬波器模型，如圖8（2），采用雙極性PWM控制方式。通過單片機(jī)控制占空比，間接改變開關(guān)狀態(tài)，從而精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖，用電感L電阻R和電動(dòng)勢(shì)E模擬電機(jī)的電氣特性。由電機(jī)電樞的電壓方程： (1) (2) (3)已知電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有兩個(gè)重要的參數(shù)：轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。根據(jù)上述公式

51、可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩由電機(jī)兩端的電壓和電流方向決定。所以該全橋斬波器應(yīng)具有能調(diào)節(jié)輸出電壓的大小并且又能改變電流方向的電氣特點(diǎn)。利用PSIM軟件，構(gòu)建圖8.1.2所示的電路，并利用該軟件的仿真功能，得出下面四個(gè)不同占空比下的輸出電壓和電流關(guān)系。圖8.2 全橋斬波器圖8.3 占空比為0.75輸出電壓平均值15V輸出電流1A圖8.4 占空比為0.65輸出電壓平均值9V輸出電流-1A圖8.5 占空比為0.25輸出電壓平均值-15V輸出電流-9A圖8.6 占空比為0.35輸出電壓平均值-9V輸出電流1A利用該軟件可以得出已知的全橋斬波器能有效的調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的電壓和電流方向。因?yàn)槿珮驍夭ㄆ髂芄ぷ髟陔妷弘娏?/p>

52、均可逆，且電壓幅值可調(diào)的工作特性。 根據(jù)上面我們對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分析，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的所需要的工作狀態(tài)的電壓與電流。但是其中一個(gè)最關(guān)鍵的技術(shù)是如何產(chǎn)生所需的占空比的控制裝置。本項(xiàng)目利用單片機(jī)產(chǎn)生控制PWM信號(hào)發(fā)生電路，利用所產(chǎn)生的PWM信號(hào)來控制電機(jī)的調(diào)速和正反轉(zhuǎn)。利用單片機(jī)控制的電機(jī)的電路如下圖8.1.7所示。圖8.7 單片機(jī)控制的電機(jī)的電路圖8.2無線控制鑒于無線模塊較為復(fù)雜，本裝置采用購買集成模塊NRF24L01，該模塊具有功耗低，高速率，多頻點(diǎn)，并且兼容性好，NRF24L01 的SPI接口可以直接與單片機(jī)的硬件SPI口連接或利用單片機(jī)I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各

53、種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。NRF24L01的無線收發(fā)器功率放大器、 調(diào)制器、解調(diào)器 等模塊，方便編程使用。NRF24L01初始化函數(shù)如下：void NRF24L01Int()Delay(2);/延時(shí)程序CE=0; /待機(jī)模式1 CSN=1;/SPI片選端 SCLK=0;/SPI時(shí)鐘端拉低IRQ=1;/可屏蔽中斷端打開 等NRF24L01初始化后便可發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)，下面是SPI讀寄存器一字節(jié)函數(shù)unchar NRFReadReg(unchar RegAddr) unchar BackDate; CSN=0;/啟動(dòng)時(shí)序 NRFSPI(RegAddr);/寫寄存器地址 BackDate=NRFSPI(0x00);/寫入讀寄存器指令 CSN=1; return(BackDate); /返回狀態(tài)SPI寫寄存器一字節(jié)函數(shù)unchar NRFWriteReg(unchar RegAddr,unchar date) unchar BackDate; CSN=0;/啟動(dòng)時(shí)序 BackDate=NRFSPI(RegAddr);/寫入地址 NRFSPI