多功能无障碍手臂延长器设计研究

张子就

摘要：相对于正常人来说，行动不便人士自行拿取上肢活动范围之外的物体，就显得有点困难了。开发一种人性化的上肢辅助工具，便于行动不便人士在日常生活中的远距离物品的取放、实现提拉、简单按压等动作，使得他们能够在无人照看和帮助下自主完成上述动作，以此提升其生活质量，减少对家人的依赖，能够满足以上人群的自我满足感。该产品能够辅助行动不便人士完成超出上臂活动范围之外的纸笔、药瓶、遥控器等生活用品的拿取，完成开关灯具、窗帘等简单动作，并充分考虑了人机工程、尺寸设计、材料搭配等，具有轻便、安全、实用、经济等特点，能够适合行动不便人士的使用，提高其生活品质，满足个性化需求。

关键词：手臂延长器;设计;多功能

中图分类号：TB472文献标识码：A

文章编码：1672—7053（2019）05—0156—03

Abstract ： Disabled people or people in need have trouble in reaching items faraway from them relative to normal people. A humanization design can help people in need reach items， simple press without others help. The multifunctional obstacle-free extender can help disabled people reach articles for daily use， open lights， close curtain and so on. This design considers ergonomics， dimension design and material collocation; it is lightweight， safe-use， practical and inexpensive， it can improve life quality for people in need.

Key Words ： Extender; Design; Multifunctional

1 多功能无障碍手臂延长器概念的提出

在日常生活中，老人、下肢残疾病人、过度肥胖者、孕妇、坐轮椅者和其他行动不便人士（以下简称行动不便人士），想要拿取超出上肢活动范围内的物体，如药品、水杯，灯具开关等，都是很不方便的。因此，本文提出了一种结构简单、价格实惠、操作简便的多功能无障碍手臂延长器，以便满足不同经济水平的行动不便人士使用。

通过市场调研和专利检索发现，专门用于行动不便人士使用的手臂延长器是没有的。在市场上存在的带有手臂延长功能主要是长柄拾物器，基本可以分为三种类型，如图1所示。在图1中，a是长柄取物器，由长柄、把手、扳机、夹钳等构成，具备高处取物不用站凳、夹缝取物不用弯腰等特点;b是可折叠长柄取物器，在a的基础上进行了便携性的改进，携带方便，操作简单;c为不锈钢剪刀式夹子，因其夹头带齿，能够牢牢卡住夹取物;d为U型夹。以上四种长柄取物器均具有实现拿取放置在不远处但是伸手又够不到的轻小物品的功能，但均不能够将拿取的物品移近使用者。本文的设计研究目标是为行动不便人士提供一种人性化的上肢辅助工具，便于日常生活中的远距离物品（伸手不能取到的轻小物品：药瓶、水杯、遥控器等）的取放、提拉（关合窗帘、扶手等）、简单按压操作（灯具开关）等，使得行动不便人士能够在无人照看和帮助下自主完成上述动作，使得日常生活更加便，捷安全，提高生活自理能力。

2 多功能無障碍手臂延长器的设计原则

2.1 安全性

安全性是设计中的重中之重，多功能无障碍手臂延长器的出现是为了提高行动不便人士的生活自理能力，使之能够减少对家庭和社会的依赖。所以多功能无障碍手臂延长器必须要保证其整体结构的稳定性、易操作性。而行动不便人士由于身体行动机能的减退，对所使用物品的安全性要求提高1、2。因此，多功能无障碍手臂延长器的设计要把安全性设计放在第一位，要让行动不便人士在使用时有安全感。

2.2 适用性

多功能无障碍手臂延长器的产品定位是帮助行动不便人士够取超出上肢活动范围的物体，这就要满足大多数行动不便人士的身体需求，对于大多数行动不便人士的适用尺寸、材料需求、色彩搭配等，都要在设计中充分考虑到。

2.3 轻便性

在多功能无障碍手臂延长器的设计中，应考虑行动不便人士身体机能退化、动作迟缓、学习能力差等特点进行适应性设计。如材料应该轻便牢固，主要部件应该结构简单。

2.4 经济性

为了不增加行动不便人士的经济负担，所设计的多功能无障碍手臂延长器所需零件材料应该来源广泛且价格实惠，主要部件应该不需要特殊维护，同时方便拆装与清洗，不需要外界的能源或动力，将使用者的花费降至最低。

3 多功能无障碍手臂延长器的设计实践

经调查，产品要能适应各种条件下的“拿取”、“提拉”和“按压”等动作。行动不便人士在大多数情况下需要“拿取”的物品范围为：小到一支笔、一个药瓶、一个遥控器，大到一个茶杯、一瓶矿泉水，还包括捡拾地面上的果皮、纸片等垃圾;“提拉”动作包括窗帘的打开关闭;“按压”动作包括开关灯具、开关电视机等。设计的多功能无障碍手臂延长器由夹持机构、伸缩机构、长度调节机构、上臂固定机构等四个部分组成，具体见图2。在产品设计时，应该深入研究行动不便人士使用多功能无障碍手臂延长器的各种场景，严格按照人机工程学，力求为使用者打造一个安全、舒适、便利的使用体验。

3.1 多功能无障碍手臂延长器的工作原理

多功能无障碍手臂延长器是通过夹持机构和伸缩结构的共同作用下完成物品的拿取（放下）和移近（远），如图2所示。在使用中，使用者握紧手柄A，通过拉线套管实现力的传递，使前面机械手部分夹紧，以此来拿取物体。在拿稳物体之后，使用者在握紧手柄A的同时，向后拉动手柄B，通过中部的四杆伸缩机构实现机械手的伸缩，将拿取的物品移近使用者。这样分多段来实现伸缩的主要目的是起缓冲作用，使手臂的收缩幅度不至于过大，防止过快的动作所带来的冲击，提高产品的使用体验。

3.2 多功能无障碍手臂延长器的结构及人机功能设计

多功能无障碍手臂延长器由夹持机构、伸缩机构、长度调节机构、上臂固定机构等四个部分组成。

3.2.1 夹持机构

夹持机构由夹钳、拉线套管、手柄A等组成，使用者通过单手握紧或松开手柄A来控制机械手的夹取或放松，实现物品的取放（见图3）。

夹钳的夹持动作通过剪刀式的机构实现，用一根拉线套管来实现力的传递。握紧手柄A，通过复合绳索使前面夹持部分夹紧，以此来拿取物体（拉线套管结构见图4）。这样的结构很简单，实现起来相当容易，在实际生产中，拉线套管可以较方便地利用自行车刹车线来代替。

3.2.2 伸缩机构结构及人机功能设计

伸缩机构由四杆机构、刚性连接线、手柄B等组成，使用者通过手柄B的拉或推动作，实现伸缩机构的收缩或伸展，从而能够将夹取的物品移近或远离使用者（见图5）。

在伸缩机构设计时，我们考虑到使用者在使用产品时，要以较小的手柄B的行程，实现机械手较大幅度的伸缩4。因此，我们设计了一套四杆机构，每根杆的长度都较小，不至于使机械手在伸缩时回转半径过大（具体见图5中（a）、（b）、（c）、（d））。3.2.3长度调节机构

因使用者胳膊长度有差异，为提高产品的适应性，方便行动不便人士的使用，在主杆与托架之间设置长度调节机构。长度调节机构由内杆体、外杆体、锁紧锥套等组成，其中外杆体底缘是呈内缩的锥面，且设有剖沟;内杆体与外杆体连接，根据胳膊长度调节长度，通过锁紧锥套固定内外杆达到长度调节的目的。

3.2.4 上臂固定机构

考虑到使用者的特点，要求固定机构要尽量简单、牢固，因此我们采用了图6的上臂固定机构。该机构由托架、卡环和魔术贴固定带组成，卡环可以随胳膊角度不同而进行旋转，并通过魔术贴进行辅助固定（见图6）。

3.3 多功能无障碍手臂延长器的人机比例尺度探究

多功能无障碍手臂延长器要能适应行动不便人士在各种条件下的“拿取”、“提拉”和“按压”等动作。在设计过程中，要深入研究人体坐、躺等各种姿态，无论是手柄A与手柄B的大小形态，还是托架、卡环的距离、角度，都要严格按照人机工程学的要求，为行动不便人士打造一个舒适、安全的适用体验。多功能无障碍手臂延长器的设计是为了方便行动不便人士的使用，因此设计者对不同体型（高矮胖瘦）、不同性别、不同使用姿态（坐姿或在床上躺卧）的使用者进行了大量的调研，收集了受体型、性别、使用姿态等影响的多功能无障碍手臂延长器的有关数据，最终确定了适合绝大多数行动不便人士使用的设计尺寸。

3.4 多功能无障碍手臂延长器带来的良性影响

多功能无障碍手臂延长器的产品定位是帮助行动不便人士够取超出上肢活动范围的物体，如拿取纸笔、药瓶、遥控器、茶杯等，完成“拿取”、“提拉”和“按压”等动作。这种产品的出现，填补了市场的空白，为老人、下肢残疾病人、过度肥胖者、孕妇的日常生活带来了巨大便利，对于其提高生活自理能力、提高其自信心有较大的帮助作用，同时也减轻了陪护人员的负担，降低了家庭和社会负担。

4 多功能无障碍手臂延长器设计中的人性化设计理念应用

在多功能无障碍手臂延长器的设计中，不仅需要对产品的实用功能进行充分把握和体现，还需充分考虑使用者情感、心理、精神以及感官等各方面的体验，将人性化的设计理念融入其中，进而最大限度满足行动不便人士的需求。

4.1 考虑使用者感官需求的满足

随着国家经济水平不断提升，人们的生活水平也越来越高。在日常生活中，不仅追求所使用产品的实用性，还追求其美观性，越发注重所使用产品能否满足自身的感官需求。所以，在对多功能无障碍手臂延长器进行设计时，需要对其实用性和感官体验进行综合考虑，在产品颜色、外形以及具体性能等不同方面体现人性化。一是在设计中，需要重视产品的颜色搭配。若在设计中仅仅应用单一颜色，则会给人缺乏情感内涵的感受。因此，为了对人们的情感需求进行满足，可在设计过程中对组成多功能无障碍手臂延长器的夹持机构、伸缩机构、长度调节机构、上臂固定机构等构件的纹理、颜色以及图案进行应用，提升其美观程度。二是在设计中，需要重视产品的外形构造与。对于多功能无障碍手臂延长器的外形结构而言，要想在进行设计时将人性化的设计理念进行充分体现，必须要从行动不便人士及其家人的角度出发，将使用者的实际需求作为产品设计的立足点，在满足实用性的基础上对消费者的个性化需求进行满足。

4.2 重视材料的搭配与利用

人性化设计理念在产品设计过程中的应用，需要提升对所用材料的科学选择与合理应用的重视程度，一切设计活动都应该将人性化作为基本出发点。在设计过程中如不能给予材料足够的重视，并严重忽略材料的选择和应用，不仅无法满足用户的需求还会被竞争激烈的市场所淘汰。多功能无障碍手臂延长器设计定位的人群为老人、下肢残疾病人、过度肥胖者、孕妇、坐轮椅者和其他行动不便人士，并不是传统意义上的残疾人，也不是病人。他们需要的不是带有冰冷金属管材的医疗辅助设施，而是材质坚固、耐磨、亲肤的辅助工具。因此，通过材料的合理搭配实现有个性、有品质的悠闲生活，就使用者心理的考量来看，设计者采用斯堪的纳维亚设计的理念，将金属管材的使用与橡胶结合，甚至可以与木质、皮革的使用结合。例如，皮革在手柄和托架处的使用，能够拉近使用者与该产品的之间的联系，使使用者对产品产生亲切感，成为一件有人情味的产品;因木质材料轻盈、环保，不受干燥和潮湿环境的影响，不会因出汗等原因产生锈蚀等问题，特别是木质材料温度适宜，不会给使用者带来冰冷的感觉，因此也可以在手柄和托架处使用木质材料，冬天与夏天使用都不会感到不舒适;夹钳采用TPR橡胶一次注塑成型，防滑不卡夹取物体更牢固;伸缩机构、主杆等采用金属管，金属的硬度增加了产品的承重能力，保证产品更加稳固，也延长了产品的使用周期，降低了维修成本，满足绿色设计的要求。另外在設计时，要确保所选择的材料符合绿色环保的特性，设计活动要满足绿色可持续性的发展原则，尽最大努力提升材料的使用率。

4.3 符合使用人群的情感需求

当前阶段随着人们物质条件的提升，人们对精神文化方面的需求越发重视。对于行动不便人士来说，为其开发一种人性化的上肢辅助工具，使其能够在无人照看和帮助下自主完成日常生活中远距离物品的取放，实现提拉、简单按压等动作，就能够显著提升上述人群的自我满足感，也能提高其生活质量，减少对家人的依赖。因此进行产品设计时要结合人们的情感体验，对使用人群的内心需求进行深入探索，进而挖掘出这类人群心中蕴藏的不同情感，并将其作为开展产品设计的依据，使得所设计的产品在保证其实用性的基础上可对用户的精神文化需求进行满足。

5 结语

在社会生活中，老人、下肢残疾病人、过度肥胖者、孕妇、坐轮椅者和其他行动不便人士，作为社会中不可或缺的群体，因其行動不便，需要得到更多更温馨的关怀。相对于正常人来说，行动不便人士自行拿取上肢活动范围之外的物体，就显得尤为困难了。本文设计的多功能无障碍手臂延长器能够完成超出上臂活动范围之外的纸笔、药瓶、遥控器等生活用品的拿取，完成开关灯具、窗帘等简单动作，并充分考虑了人机工程、尺寸设计、材料搭配等，具有轻便、安全、实用、经济等特点，能够适合以上行动不便人士的使用，提高其生活品质，满足个性化需求。

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