适老化辅助站立装置_朱荻.pdf
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1、机械与动力工程河南科技Henan Science and Technology总第799期第5期2023年3月收稿日期:2022-10-07基金项目:江苏省大学生创新创业训练计划项目(202211998023Z)。作者简介:朱荻(2003),男,本科生,研究方向:机械制造。适老化辅助站立装置朱荻孙健杨阳栾志恒(徐州工程学院机电工程学院,江苏徐州221018)摘要:【目的目的】为了尽可能降低老年人由坐立状态到站立状态存在的风险。【方法方法】本研究通过对国内外已有的辅助站立装置进行分析,并基于人体自然站立的运动学过程,剖析其工作原理,设计出一款适老化装置。【结果结果】该装置能大幅度降低因年龄增大而
2、不能独立生活的老年人的生活难度。减少老年疾病的发生率,使部分安全隐患得到解决,并使老人因在家久坐(例如,如厕时间过长),而导致双腿无力的问题得到解决。【结论结论】我国老龄化人群需要一款辅助站立的装置,从而帮助弱势群体克服生活中的困难,促进社会和谐。关键词:适老化装置;辅助站立;保护站立中图分类号:TH112文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)05-0056-05DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.05.011Suitable for Aging Auxiliary Standing DeviceZHU DiSUN JianYANG Yang
3、LUAN Zhiheng(Mechanical and Electronic Department,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221018,China)Abstract:PurposesIn order to minimize the risk of the elderly from sitting to standing.MethodsInthis study,by investigating the auxiliary standing devices at home and abroad,and based on the kinemati
4、cs process of human natural standing,the working principle is analyzed,and an aging device is designed.FindingsThe device can greatly reduce the difficulty of life of the elderly who cannot live independently due to age.And the device reduces the incidence of aging diseases,which can solve some secu
5、rityrisks.In addition,the device keep the elderly from feeling weak in legs after sedentary activities,such asspent too much time in the toilet.ConclusionsChinas aging population needs an auxiliary standing device to help vulnerable groups overcome difficulties in life and promote social harmony.Key
6、words:suitable for aging device;auxiliary standing;protect standing0引言随着我国新生儿的出生率逐年下降,人口老龄化趋势将持续增强。据统计,截至2022年,我国60岁及以上的老人数量高达2.5亿,占全国总人口的 20%左右。随着年龄的增加,多种老年化疾病也接踵而来,老人的生命安全如何得到基本保障成为中国现阶段要正视和处理的问题。老人在家久坐后行走,或如厕时间过长而导致起身后存在双腿无力、难以站立的问题,这些现象对老人而言是非常危险的。因此,研究和设计出辅助老人站立的坐具显得十分重要1。适老化坐具作为一种辅助站立的设备,其方便性和
7、安全性在辅助老年人群的日常生活中具有独特的优势。因此,设计出一款可辅助老年人群安全起身及日常就座的适老化座椅,对摆脱目前困境、减轻医护压力、提高第5期57朱荻,等.适老化辅助站立装置对老年人的服务水平、促进社会和谐具有十分重要的意义。1国内外辅助站立装置的研究现状1.1国内研究现状目前,国内对辅助站立装置技术的试验研究基本停留在辅助站立扶手、固定方式不变的辅助站立座椅。市场上所提及的老年人专用坐具,还只是从产品的材质来进行外观设计,未从老年人的视觉审美来考虑所推荐的产品。针对功能设计的产品只在医疗系统中常见,并不能融入老年人的日常生活中。1.1.1辅助站立座椅。为了解决适老化辅助站立装置在运动
8、站立和坐具运动过程中不能得到准确的运用时间等问题,孙技伟等2提出一种基于变胞结构原理的老年自助椅,并结合平面连杆机构的基本构造及理念,引入变胞机构原理的设计模式。这一设计原则特别适合我国老年人的生活起居,其工作原理如下。首先,老年自助椅的重心逐步升高,在达到某一高度后,座椅开始逐渐翻转,使老人的整个臀部从水平状态变为垂直运动。同时,当整个座椅逐渐翻转时,靠背也以类似于平行运动的方式进行旋转,但有另外一个很小的垂直旋转的角度。为了求解以上三个垂直运动的时间序列,使用具有控制功能的变形元件来集成三个装置。该辅助装置用于模拟人体自然变化站立姿势过程中出现的一系列动态变化均符合关节的运动变化规律3,可
9、帮助老年人较轻松地从自然坐姿转变为站姿,实现辅助老年人正确站立姿态的功能4。吴松等5成功研发出一种多功能辅助式站立式座椅,具有辅助站立和平侧躺的功能,可实现不同姿势的转换。升降减速装置减速器的工作原理如下。当减速器旋转和手柄停止摇动时,旋转轴便随之自动旋转,然后由位于减速器主轴中部的伞齿轮来带动减速丝杠自动上升。丝杠垂直上升,来推动座垫水平上升,从而实现垂直升降等功能。这款多功能辅助式站立升降座椅采用纯铝的机械机构,拆装方便,舒适性好。然而,该设备不能在一定区域范围内实现自由移动,在很大程度上限制该设备的有效使用范围。1.2国外研究现状美国凯斯西储大学设计开发出一种人体垂直自动升降式辅助站立支
10、撑机构,其工作原理是通过使用前后两个空气弹簧装置作为一种辅助的站立助力装置,通过控制空气弹簧装置的自动伸缩,从而为用户站立提供垂直向上的上升力,帮助用户实现正确站立。但这种助力装置的人体运动轨迹变化太强,不符合现代人体运动自然垂直起立的运动规律,且动作轨迹较为单一,无法真正适应现代复杂多变的站立支撑环境,且该设备对使用者上肢力量锻炼的要求较高。老年人因身体机能退化,导致无法严格满足该设备的日常使用要求,强行使用只会导致中老年人的身体器官受到一定损害,严重时甚至会危及人体健康。通过市场调研后发现,该产品的市场范围较小。日本高知空谷大学开发出的站立辅助康复训练系统是一种完全基于人体下肢动力学数据分
11、析系统的辅助型站立支撑训练康复系统,其可使用双绳来控制人体张力度和运动轨迹,其具体的工作原理如下。先利用用户身体上的运动传感器来实时获取用户的正确站立姿势、重心位置以及其他异常运动状态。在双绳系统运行时,前绳直接控制人体的运动轨迹,后绳可控制辅助张力的幅度大小,两条绳能以一个预定的速度同时运行。当患者自身的腿部力量基本足够负荷时,后绳的张力幅度约为于零。同时,当使用者自身的背部力量出现不足时,背绳可提供腿部辅助支撑力量,使用户患者的腿部能以一个较为平稳的速度起身。康复训练绳系统通过使用双绳系统能有效控制使用者的起立动作速度和辅助动作力量,能有效解决使用者因自身动作力量不足而导致的无法连续起立的
12、问题,以及无法控制辅助运动力量大小,解决了使用者因运动力量不足而无法快速起立的问题,大大提高了老年人正常生活的可能。除此之外,斯洛文尼亚卢布尔雅那大学开发制造的液压跷跷板式辅助站立机器人也是国外辅助式站立机器人研究领域的代表。该设备由全液压机驱动,具有前后两个可平移的自由度和一个可旋转的自由度。其在保持座垫水平的同时,还能使人站起来,从而确保人在站立时的舒适性。该辅助机器人的传动装置具有重量轻、结构合理、设计紧凑、运行与工作各过程载荷均匀一致且动作稳定的优点,缺点是其仍被只用于下肢残疾人日常康复训练中的下肢站立康复训练及运动康复训练。该辅助机器人的适用范围太小,不能同时满足不同老年人的保健通用
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