基于老年人群体需求的助老拐杖设计

倪东旭　鲁传航　宋胜伟　齐曦彤

摘 要：随着科学技术的迅速发展和人均寿命的不断提高，我国人口老龄化程度越来越严重，老年人的人口比重越来越大，因此所需的助老设备越来越多。对于行动不太方便的老年人来说，拐杖是一种辅助器械，可以帮助老年人更好地行动和更方便地生活。随着社会的蓬勃发展，人们对助老拐杖有了更新、更高的要求。本设计是一种基于老年群体需求而设计的新型助老拐杖，通过简单的结构，解决老人摔倒后站不起来的问题，帮助老年人更加便利地生活。

关键词：助老拐杖;帮扶老人;三角结构;支撑杆;电推杆

中图分类号：TH789文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0066-03

Design of Crutches for the Elderly Based on the Needs of the Elderly

NI Dongxu LU Chuanhang SONG Shengwei QI Xitong

（School of Mechanical Engineering， Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin Heilongjiang 150027）

Absrtact： With the rapid development of science and technology and the continuous improvement of the average life expectancy， the aging of our country's population is becoming more and more serious， and the proportion of the elderly population is increasing， therefore， more and more equipment is needed to help the elderly. For the elderly who are not easy to move， crutches are an auxiliary device that can help the elderly move better and live more conveniently. With the vigorous development of society， people have newer and higher demands on crutches for helping the elderly. The design is a new type of crutches designed to help the elderly based on the needs of the elderly， through a simple structure， the problem that the elderly cannot stand up after a fall is solved， and the elderly can live more conveniently.

Keywords： crutches for the elderly;support for the elderly;triangular structure;support rod;electric push rod

老人是一個很特殊的群体，一些老人腿脚不利索，生活中需要依靠拐杖，抑或是摔倒后没人扶，无法自行站立。针对这一问题，研究人员决定研制一款不用别人帮助，能自助帮助老人摔倒后站起来的拐杖。

1 项目研究背景

据了解，截至2019年底，中国有65岁以上老年人1.75亿，占总人口的比例为12.5%。随着中国老龄化人口的增长，有报告指出，高龄者等速肌力（膝伸肌最大力矩值/体重）仅为青年人的60%～70%，对于老人来说，行走成了一个很吃力的问题，拐杖也成为高龄者行走的必备辅助工具。为了减轻老人的痛苦，关注老人的健康与快乐[1]，本课题小组设计了一款更适合老年人、更人性化的实用型起身拐杖，让老人无处不感受人们对他们的关爱、社会对他们的关怀。

虽然我国拥有世界上最大的老年市场，但中国老年人用品市场目前只有保健品服务，市场单一，无差异性。随着人们的日益富裕，加上中国“孝敬老人”传统文化的影响，人们必然会日益重视老年人的起居生活[2]。

近些年的调查显示，经营老年产品的企业数量仍然很少，老年人市场供应疲软;产品个性化发展仍需要大力开拓;价格定位不够合理;产品宣传的力度仍需要加强;品种单一，款式单调又不够新颖，新产品有待开发;老年人用品专柜太少，太分散。

2 整体结构设计

本课题中的助老拐杖是一种新型设计，可以帮助老年人摔倒后自主站起来，因此结构设计是其十分重要的一部分。其主要由主支撑杆、副支撑杆、电动推力杆、束缚卡带和电池组成，整体结构如图1所示。

主支撑杆的底端和副支撑杆的底端可实现转动连接;副支撑杆另一端与电动推力杆的一端可实现转动连接，电动推力杆的另一端与主支撑杆中部可转动连接，且电动推力杆为伸缩杆;束缚卡带设置于副支撑杆，远离主支撑杆的一侧，用于束缚固定人体;电池设置于主支撑杆或副支撑杆上，且电池与电动推力杆连接，用于提供动力。

进一步来看，该设计还包括防侧翻支架，共有4个。防侧翻支架分别通过螺栓转动连接于主支撑杆的两侧，用于支撑地面，防止拐杖侧翻。副支撑杆的长度小于主支撑杆的长度。主支撑杆底端设置有橡胶垫[3]。

主支撑杆上设置有用于容置电动推力杆的凹槽，主支撑杆与副支撑杆重合时，电动推力杆置于所述凹槽内。主支撑杆与副支撑杆通过连接件连接，连接件一端与主支撑杆底部可实现转动连接，连接件另一端与副支撑杆可实现转动连接。

区别于现有技术，上述技术方案通过增设电动推力杆，能让老年人在摔倒后身边没人扶的情况下通过使用拐杖自主站起来，具体地说，电动推力杆通过设置于杆内的电机驱动，将副支撑杆撑起，使副支撑杆顶端与主支撑杆分离，同时电动推力杆将倚靠在副支撑杆上的老年人撑起。本设计通过简单的结构，解决老人摔倒后站不起来的问题。

3 助老拐杖的分步设计

3.1 主支撑杖部分的设计

3.1.1 设计部分。主支撑杆和副支撑杆为伸缩结构，主支撑杆包括第一连杆和主支撑杆本体，主支撑杆本体上设置有若干纵向排列的第一通孔，且主支撑杆本体套设在第一连杆上，第一连杆靠近主支撑杆本体的一端设置有第一弹簧凸块。第一弹簧凸块在第一连杆上往复运动，从第一通孔内伸出，用于固定第一连杆。主支撑杆上还设有防侧翻支架，在使用时，将防侧翻支架打开，用于支撑地面，防止在支撑过程中发生侧翻现象。主支撑杆结构如图2所示。

副支撑杆包括第二连杆和副支撑杆本体，副支撑杆本体上设置有若干纵向排列的第二通孔，且副支撑杆本体套设在第二连杆上，第二连杆靠近副支撑杆本体的一端设置有第二弹簧凸块。第二弹簧凸块在第二连杆上往复运动[4]，从第二通孔内伸出，用于固定第二连杆。副支撑杆结构如图3所示。

3.1.2 功能模型圖。拐杖的最终目的是支撑老人，辅助老人行走。其功能模型图如图4所示。

3.2 理论计算设计

考虑到每个人的身高与体重不同，下面以170 cm、60 kg的老人为例，进行理论计算设计。设预先启动角度为10°，由图5可知，预使电动推力杆沿垂直方向的力大于人体最大重力600 N，电动推力杆轴向力需要大于式（1）的计算结果。

[F=Gsinα=600 Nsin10°≈3 500 N]                   （1）

假设副支撑杆总长为1.3 m，副支撑杆上用转动副连接安装一个长度为0.8 m、行程大于46.5 cm电动推力杆，电动推力杆与主支撑杆组成一个一边可伸缩的三角形结构。主支撑杆和副支撑杆底部连接，形成转动副。后端设置有防侧翻支架，在支起过程中发挥加固稳定作用。防侧翻支架下面设有防滑垫，增大摩擦，保证稳定。拐杖主体选择空心管，空心管中安装锂电池，组成可充电的24 V电池模块，为电动推力杆供电。

3.3 总体细节设计

在参数化设计中，副支撑杆顶部为可伸缩结构。需要说明的是，当需要调节高度时，助老拐杖使用者按压第一凸块或第二凸块，同时移动第一连杆或第二连杆，使第一连杆或第二连杆可以在主支撑杆本体或副支撑杆本体上滑动，以此调节拐杖高度。助老拐杖采用螺栓方式调节高度，第一连杆和第二连杆设置有固定孔，主支撑杆本体和副支撑杆本体上，若干个的第一通孔和第二通孔是穿透所述主支撑杆本体和副支撑杆本体的，螺栓插入主支撑杆本体和副支撑杆本体一侧的通孔后，继续插入第一连杆或第二连杆的固定孔，并由主支撑杆本体和副支撑杆本体另一侧的通孔伸出，从而实现高度的调节。

为了减小拐杖的体积，主支撑杆设置有用于容置电动推力杆的凹槽，主支撑杆与副支撑杆重合时，电动推力杆置于凹槽内。同时，由于主支撑杆与副支撑杆是绕一点转动连接的，当电动推力杆置于主支撑杆与副支撑杆之间时，主支撑杆与副支撑杆顶端有很大的间隙，不利于老人的使用。因此，本设计设置一个容置电动推力杆的凹槽，以减小拐杖的厚度[5]。

4 助老拐杖工作流程

当老人摔倒后，拐杖跟着倒下。首先，使用者将拐杖支起一定角度（不小于10°），再侧身将拐杖放于身后，将腰部和胸部的两个背带卡扣分别卡死;然后顺势滚动一下，将拐杖整体置于身子下面，再将侧支撑杆打开;最后按下开关，电动推力杆缓慢伸长，人体随之转动，即可将老人慢慢支起。

5 结语

老年人是一个特殊的群体，他们有些时候不想给自己的子女带来麻烦。本文设计的助老拐杖不仅能为老年人提供使用方面的便利，更能让老年人体会那种不用别人帮助、自己站起来的愉悦，这有利于增加老年人的自信心，符合关爱老人、服务社会的价值理念[6]。关爱老年人是全社会的责任，笔者希望将本设计推向全中国、全社会。当前，人们要“常怀尊老之情，常扬敬老之意，常兴敬老之风，常尽为老之责，常办利老之事”，努力实现老有所养、老有所助、老有所乐、老有所为的目标。

参考文献：

[1]毛丽凤，林君濠，严珩洋，等.基于老年人群体的智能拐杖设计[J].电子制作，2021（1）：31-33.

[2]郝萌，王志坤，孙宏宇，等.一种关于助老拐杖的设计[J].山西电子技术，2020（5）：34-36.

[3]崔晓龙.老年人助行产品设计[D].昆明：昆明理工大学，2014：20-21.

[4]宁莉萍，邬春艳.关于老人使用拐杖助行情况的调查与研究[J].家庭生活指南，2019（1）：241-242.

[5]陈娜，徐玉喜，袁伟龙，等.一种登山拐杖的创新设计及力学分析[J].决策探索，2017（11）：3-5.

[6]周杰，朱思潮，张卫忠，等.助扶式智能助老拐杖设计[J].科学技术创新，2020（5）：177-178.