老年人平衡轮椅功能创新设计

刘海洋 张淑慧

【摘要】随着我国老龄化程度的不断加重，帮助行走不便的老年人实现行动自主成为人们日益关注的问题。本论文分析了目前高端轮椅造价昂贵，而普通轮椅功能性单一的需求矛盾，以造价低、多功能为设计核心，设计出了一款能普及的、适应社会需求的多功能老年轮椅。轮椅在人性化设计、无障碍通行模块、安全应急模块和续航设计方向都有独创的理会和意识。

【关键词】轮椅 人性化 多功能

一、研究背景

（一）社会背景

随着我国老龄化程度的不断加重，老年人俨然已经成为一个庞大的社会群体。据统计，中国自1999年进入老年社会以来，到如今，已经成为了世界上老年人口最多的国家。另外，我国不仅老年人口绝对数量大，而且老龄化发展十分迅猛，据有关部门预计：中国人口老龄化将伴随21世纪的始终，并且2030年到2050年是中国人口老龄化最严峻的时期。据调查显示，世界老年人口总数的20%都被我国老年人口所占据。

老年人群体由于其生理及心理上的特点，使其在生活中的很多方面都处于弱势地位，随着年龄的增加，其在出行方面存在很大不便，社会应该更多的关注他们的生活及需求。帮助行走不便的老年人实现行动自主的愿望和想法也已成为人们日益关注的问题。解决老年人这个弱势群体的问题，是社会主义精神文明的集中体现。这除了需要社会各方面的努力和关心，最重要的是利用创新手段，设计一款能普及的适应社会需求的多功能创新性轮椅，在产品设计中让自己的设计理念融入到这个独特的社会背景当中，在产品中表现对老年人群体的关怀和重视。

（二）国内外研究现状

国内多功能轮椅研发起步较晚，对于轮椅功能性项目的研究比较单一，并且从调查上看，现在市场上的轮椅相对比较保守，只能在一定程度上解决最基本的代步需求。并不能在实际意义上解决生活中老年人遇到的一些问题。但是随着我国经济的迅猛发展和人们生活水平的不断提高，我国对多功能轮椅也将有十分旺盛的需求。

多功能轮椅的生产厂家主要集中在国外，生产的轮椅功能强大，性能也较优越，在人性化智能轮椅设计领域近年来比较流行，并取得了一些成就，例如IBOT智能轮椅，不仅能够轻松克服各种路障，还能够上下楼梯以及利用两个后轮站立或行走，但造价昂贵，很难走进普通家庭，特别是老年人因为退休后的收入比较低，很难购买价格昂贵的轮椅，因而研究一款价格合理的多功能轮椅势在必行。

二、设计思路

本项目主要是为老年人设计一款更能符合自身需求的多功能轮椅，根据老年人的生理及心理特点，其应该满足他们的一些特殊要求，使其获得更高的舒适性及自主性。

（一）人性化设计

本多功能轮椅，采用档把式方向盘，灵活易操控，集制动和行驶于一体，同时方向控制器可左右扶手调换，方便惯用左手或者右手有缺陷的使用者乘坐;可进行多角度变换，以适应使用者进行不同使用的需求，并且配有按摩等功能，有效的缓解久坐轮椅导致的腰部不适和预防腰部疾病;为轮椅设计紧急报警装置等一系列安全应急设施，增加安全带装置，确保其使用安全性。

（二）轮椅适应环境性

轮椅设计采用双轮双履带设计，并依托于液压装置进行调节，以适应各种环境的结构和形态，实现上下楼梯以及上下公交车等交通工具，让轮椅使用者也能如常人般乘坐交通工具，无惧障碍，畅快出行。

（三）轮椅的功能综合性

轮椅功能的创新包含出行、休息、通讯、应急等多个方面，对轮椅设计进行全方位多功能研究，使其更具舒适性、安全性，满足老年人的多功能需求。

三、设计创新思维

（一）座椅多功能设计

进行90o至180o可调节按摩靠背设计，使使用者能够完成坐、躺姿势的转换。靠背与座椅的链接采用做简单插销连接，既简单又实用，不仅满足了所需的要求，还节省了成本。座椅在具有良好包裹性的同时，也具有按摩、通风、加热多种功能。可通过对内部按摩机芯的控制，使内部按摩头通过传动装置上下交替叩击，实现颈部、肩部、腰部的按摩，有效的缓解久坐轮椅导致的腰部不适和预防颈肩腰部疾病;座椅内部镶嵌有加热毯，并通过控制扶手上与加热毯控制端相连接的温控开关，达到温度调节，在秋冬可给使用者提供一定的温度，达到防寒保暖的目的;座椅还设有通风装置连接坐垫本体内的通风口，在夏季提供一定的通风效果，提高使用者舒适性;座椅扶手处也做了凹陷处理，使臂部包裹更加舒适;其靠背上设计有安全带，以及在底座设计减震装置，使乘坐者更安全、舒适。

（二）安全应急设计

为轮椅设计了一系列安全应急设施，并集中设计与座椅左扶手位置，方便操控。设有显示模块、定位模块、电源模块、通讯模块、数据接收模块、以及控制器，达到了近似老年手机的功能。显示模块、定位模块、通讯模块，数据接收模块分别与控制器连接，显示模块显示控制器传输内容，定位模块向控制器发送位置数据，通讯模块用于通话，数据接收模块用于向控制器发送数据。

轮椅配备的GPS功能，可实时定位，能对轮椅位置准确定位，增加紧急报警装置，可以添加紧急联系人，与家人的手机绑定在一起，并通过扶手侧部的SOS按钮一键求救，应对突发事件，确保老人出行安全，在紧急时刻可以进行求助。为避免不必要的意外事故纠纷，我们还为轮椅增加了监控记录装置，以有效的记录行驶状况。

（三）无障碍通行模块设计

采用双轮双履带设计，双履带设计依托于液压装置进行调节，坚固的橡胶履带为上下楼梯提供了安全舒适的乘坐感，结合前后两对可伸缩副轮，能够提高轮椅高度，实现上下公交车等交通工具。机身配备平衡传感器使座椅始终保持水平移動，轮椅车在穿越障碍的时候，可以保证使用者的重心始终跟水平面保持一致，并使用红外距离传感器保持速度、平衡和距离检测，从而保护了使用者的安全。

采用永磁无刷轮毂电机。永磁无刷直流电机具有其它电机不可代替的优点。噪声低、电磁干扰低、效率高、运行平稳、寿命长、可靠性高、体积小、功耗低、维护方便、控制简单且价格便宜;轮毂电机驱动方式可以减少传动损失，将驱动电机安装在车轮轮毂内，电机固定部件与车架连接，电机旋转部件与轮毂连接，减轻整车质量、简化整车结构。

（四）太阳能续航设计

为轮椅增加太阳能板充电模块，可以有效解决电动轮椅普遍存在的电池续航不足的问题。太阳能电池是通过光电效应或化学效应直接将光能转化为电能的装置，太阳能电池板按运用材料主要分为硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池。

（1）硅太阳能电池，其可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。单品硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，是所有种类的太阳能电池中最高的，其最高可达24%，采用玻璃和防水树脂进行封装，坚固耐用，寿命长。但其成本相对较高。

多晶硅太阳能电池。多晶硅太阳能电池光电转化效率约为12%，寿命较单晶硅太阳能电池短。但其制作简便，生产成本低。

非晶硅太阳能电池。非晶硅太阳能电池是新型薄膜式太阳能电池，工艺过程简单，硅消耗量较少，电耗较低，且其在弱光条件下也能发电。但它光电转化效率较低，而且转化效率不够稳定。

（2）化合物半导体太阳能电池。化合物半导体太阳能电池各国研究的种类繁多，目前研究的主要有硫化镉、砷化镓等太阳能电池，但化合物半导体由于或多或少具有毒性，容易造成污染。因此，其常用于特殊场合。

比较不同材料太阳能电池板，本设计最终选取单晶硅太阳能电池板。

参考文献：

[1]易海涛. 太阳能电动轮椅的设计与研究[D].西南大学，2015.

作者简介：刘海洋（1998-），男，汉族，山东英才学院学生;张淑慧（1972-），女，汉族，山东英才学院教师，副教授，主要从事环境设计教育研究。