多功能探险救援手杖的设计

2014-12-02杨婕赵晓栋王维

机械工程师 2014年9期

杨婕，赵晓栋，王维

（浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山 316022）

0 引言

日常生活中，手杖可作为老年人休闲散步的助行工具［1］，亦可作为身体虚弱或残疾人群的助力工具，或者作为盲人的导盲杖。目前对于这些人群使用的手杖的研究较为广泛，如为老年人和视力障碍者设计的具有超声波测距功能以躲避障碍物的手杖［2－3］；为身体运动不便者设计的一款带有磁铁的手杖，可用于捡起掉落在地上的钥匙等金属物体［4］；日本研制的一种内置卫星定位的安卓系统智能手杖，不仅可导航，还可监控心率和体温等生命特征［5］。

而现今爱好探险的人越来越多，野外探险求生工具自然成了探险者的必需装备［6］。多功能探险求生工具因其小巧、轻便、取用方便、功能集中等特点，一直受到探险者的青睐。随着自然环境被人类长期掠夺性破坏，地球系统平衡被打破，自然灾害事件频发，在灾难降临时，使用野外求生工具便会及时自救，因此每个家庭备有一套多功能野外求生工具已成为一种趋势。多功能探险救援手杖集指北针、刀具、LED 灯、储水袋、伸缩钩、绳索于一体，能够起到支撑、导向、切割、照明、储水、攀援、抛射、传递等功能，是探险和求生的得力助手。

1 多功能手杖的主要功能和性能指标

1.1 主要功能

多功能探险救援手杖的功能如图1 所示。

图1 多功能手杖的功能图

1）支撑。手杖可以伸缩，适合各种身高的探险者使用。管体采用1.4 mm 厚6061 加强铝合金管材，材质轻，承重大，实际安全承重直向可达100 kg，足以承受一般人的体重。

2）照明及求救信号灯。在手杖上端有1 组LED 小灯泡，耗能小，照明时间长。LED 灯闪烁可用于SOS 求救。

3）导向。LED 灯上方链接1 个指北针，夜晚时打开LED 灯也能清楚分辨方向。

4）切割。手杖中配有1 把长约11 cm 可伸缩刀具，用于切割树枝、荆棘等障碍物。

5）储水。手杖中折叠放置1 个羊皮储水袋，可储水约0.46 L；必要时可清洗伤口。

6）急救护理。在手杖管内放置纱布和绷带，可用于包扎和固定受伤部位等急救处理。

7）悬挂、勾取物品，攀援。在手杖下端有1 个可伸缩的钩子，伸出长度约为8 cm，可悬挂和勾取物品；伸缩强度高，还可用于攀援。

8）抛射和传递。在手杖内有一卷2.5～3 m 的绳索，强度高且细。将伸缩钩卸下，和绳索连接在一起，可以将钩子抛射到较远的目的地，亦可以用于上下传递物品。

1.2 性能指标

1）手杖承重：100 kg；2）刀具切割强度：2 000 N；3）照明距离：20 m；4）储水量：0.46 L；5）伸缩钩拉伸强度：1 000 N；6）绳索长度：2.5～3 m。

2 手杖结构设计

2.1 手杖总体结构

手杖是中空管体，由杖头、杖身组成。杖头为指北针和LED 灯，长度为30 mm。杖身分为上、中、下3 段管体。刀具位于上管，利用滑块和滑槽实现伸缩，长320 mm。中管用于放置储水袋和纱布绷带，长290 mm。下管内上部放置高韧度绳索，下端是伸缩钩装置，同样利用滑块和滑槽控制伸缩；为方便装卸，设置了弹簧和滑块、导向杆装置；底部采用橡胶防滑脚垫，下管长380 mm。中管可以嵌套入下管内，实现手杖的伸缩功能。手杖伸缩长度范围为730～1 020 mm，适合使用手杖的高度［7-8］，符合人体工学中人体站立时支撑物高度范围750～1 018 mm，如图2。图3 为多功能手杖展开的结构图，图4 为刀和钩弹出时的手杖折叠结构图。

图2 人体工学站立高度

图3 多功能手杖展开结构

图4 多功能手杖折叠结构

2.2 照明求救LED 灯

杖头由指北针和LED 灯组成。LED 灯不需电池供电或充电，用手扳动扳机，利用齿轮传动原理进行手动发电［9］，可随时使用并持续照明。借助LED 灯光来照明指北针表盘，使用者在黑暗环境下亦可以清晰辨别方向。除用于照明外，此装置还设置了SOS 求救信号闪烁功能，在孤立无援时，可将开关跳到Ⅱ档，LED 灯即可闪烁出SOS 求救信号。

2.3 伸缩高强度刀

在多功能手杖的上管前端内设置了1 把高强度刀，全长11 cm，伸出最大长度为8 cm。在管体两侧设置具有5 级卡口的“非”字形滑槽，通过滑块的上下运动实现刀具伸缩。使用刀具时，需将杖头部分打开，同时推动管体两侧开关，使滑块随滑槽运动到所需卡口处，锁住滑块，如图5。伸缩刀强度高，可用于切割和斩断树枝、荆棘、普通木棍与绳索等，也可用于铲土、挖土。

图5 伸缩刀结构

图6 伸缩钩结构

2.4 伸缩钩

在手杖下管末端安装了伸缩钩，全长8 cm，最大可伸出5.2 cm。与伸缩刀的伸缩原理相同，利用滑块和具有5级卡口的滑槽控制伸缩，使用时可推动滑块开关到所需档位的卡口，如图6 所示。为便于装卸与绳索配合使用，还添加了弹簧和导杆装置。拆卸时，将管体两侧滑块开关同时推出卡口并按压，连接板压缩弹簧，并通过小滑块沿导杆向管体中心移动，直到开关被压入管内，便可拔出伸缩钩；安装时只需按压两侧开关，将伸缩钩推入到管内，在弹簧回弹力的作用下，开关会自动弹入到滑槽处。