一种多功能助老拐杖

德州学院机电工程学院 张华东 王志坤 孙奇勇 葛兴宴 陈亚峰 杨锐

1 研制背景

目前，我国人口老龄化越来越严重，高龄群众越来越多，老人生活不便利迫切需要各种助老产品解决生活上的难题，其中出行更是重中之重。部分老年人由于身体机能的退化不能正常行走，需要借助一些器具，拐杖就是最基础的行走辅助装置。当前市场上已经有一些新型拐杖改善了旧式拐杖功能单一的弊端，也出现了很多智能拐杖，功能也越来越多，但仍缺少了人性化关怀功能，并且产品外观相对单一，或者功能设置不得当，满足不了人们对使用功能更进一步的要求，比如杖脚的不稳固、绊脚；又如缺少结构上的优化老人坐下后不方便起来，总体多用化程度不足。现在拐杖产品稳定性不好，老年人使用不便，而且智能化过于复杂不利于高龄者使用，因此本款设计具有较大的市场空间，能给众多老人带来方便。

2 产品结构设计

图1 多功能拐杖总体效果图

该拐杖由腋柄、支架、手柄、底座、滚轮、支撑架、手杯框等组成（图1）。老年人记忆力减弱出门容易忘记携带钥匙药品等，基于这种情况我们在左支架中上部放置小物品支撑架用于储存（图2），右支架放置手杯框可放置大容量水杯方便取水（图3）。

图2 储物架

图3 手杯架

底部在原来单一支撑结构上增添滚轮，极大增加稳定性，可允许用户长时间操作。拐杖支架整体高度可随用户身高调节，材质选用碳纤维材料，碳纤维复合材料具有质量轻便、强度较高且耐磨还容易加工的特点，用于拐杖可为老年人减轻负担更有助于老人行走。腋柄和手柄选用木制更符合老年人审美，腋柄、手柄可进行拆卸，容易组装、替换，手把握部分符合人机工程原理曲线。本文主要设计了两种形态，其中最重要的是集齐多种功能于一体的钩形手杖部，曲线感较强，局部附有软性塑胶材质，使老年用户在使用过程中更加舒适，容易被老人接受。滚轮选用PVC轮胎其耐磨防滑、金属珠架轴承结实耐用转动轻便使用寿命长。老人夜间或者傍晚出行由于视力原因危险性大，考虑到这种情况，本设计在支架表层涂抹反光材料，借助路灯或者车灯来折射光线，提醒驾驶员和行人注意躲避。

图4 中滚轮的设计使拐杖在没有人力操持下可以自然站立，老人使用时不需要弯腰捡起，减少了意外的发生，同时两组滚轮在老人行走时的稳定性得到了极大提高，橡胶材质起到了很好地减震效果，使行走更加顺畅。拐杖滚轮是为老人在行走过程中身体平衡起到保障作用的核心部分，通过一个四轮装置实现稳定平衡，弹性滚轮装置由简单的PVC 轮胎构结而成，按压拐杖时滚轮的弹性材质会起到很大的缓冲作用，使用者起座时也会有一个向上的助推力，对老人的站立和坐下有优良的辅助功能。

图4 滚轮

3 有限元分析

图5

通过对拐杖材料、结构、环境运用有限元分析，计算出最大承受重量和最大应变力，测试其安全性能，拐杖所承受最大载荷完全满足日常使用需要。应变最大位置在腋柄处图中红色位置，另外最大应力随着结构的延伸，逐渐变小。该产品力学性能检测符合标准，在减轻重量的同时做到了稳定可靠（图5）。

4 结语

本产品设计初衷是为老年人提供一款简单便捷的辅助行走装置，使老人能够正常出门活动，在保证安全舒适的同时适当锻炼身体，保持良好的体魄。人口老龄化越来越重，高龄人越来越多，但这一人群对高新智能产品接受能力较弱，因此应充分考虑老人的操作能力，设计出方便、省力、易操作的产品。本新型拐杖极大地改善了老年人的行走条件，尤其是上肢力量较弱的人群，滚轮的设计变得更加省力，使老年人活动范围更广、出行更方便，极大地增强了老年人的心理健康和生理健康。