郝 萌,王志坤,孫宏宇,任玲玉,彭艷艷

(德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

0 前言

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，但同時(shí)我國(guó)的人口老齡化程度也在不斷地加深，到2019年末，60歲及以上人口為25388萬(wàn)人，占18.1%，其中，65歲及以上人口為17603萬(wàn)人，占12.6%，因此伴隨著巨大的助老設(shè)備市場(chǎng)機(jī)會(huì)。雖然目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些新型的助老拐杖產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在一定程度上改善了傳統(tǒng)拐杖的一些不足之處，但總體上還存在一些缺點(diǎn)和局限性[1]，也不能很好的適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代老年人的需求。因此，新型的助老拐杖還存在著巨大的市場(chǎng)空間，還需要更好的設(shè)計(jì)來(lái)滿足老年人的需要。

1 整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為一種新型的拐杖設(shè)計(jì)，本文研究的是更好地滿足當(dāng)今時(shí)代老年人需求的助老拐杖設(shè)計(jì)，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為十分重要的一部分。首先，在整個(gè)拐杖的頂部即手持握把部分，進(jìn)行符合大多數(shù)人手型握持舒適的弧形空腔握把設(shè)計(jì)，同時(shí)在表面增加波浪條紋防滑設(shè)計(jì)[2]，幫助老年人更加舒適安全的對(duì)拐杖進(jìn)行抓扶。而握把的空腔設(shè)計(jì)是為了更好的放置運(yùn)用于拐杖的各個(gè)不同的智能模塊系統(tǒng)。其次，在整個(gè)拐杖的主要部位即桿件部分，將其設(shè)計(jì)為可伸縮部分，拐杖全部伸開(kāi)總長(zhǎng)120cm,桿件部分總共分為五部分，連接握把的四個(gè)伸縮桿每節(jié)長(zhǎng)20cm，第五部分為支撐部位，由四個(gè)三連桿可自鎖結(jié)構(gòu)組成，四個(gè)三連桿機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行張合，當(dāng)他們合起來(lái)時(shí)可與前四個(gè)收縮桿進(jìn)行伸縮。因?yàn)槊總€(gè)人的身高是不同的，所以所需要的拐杖舒適高度也是不一樣的，所以將拐杖設(shè)計(jì)為可伸縮那么老年人可以根據(jù)自身所需要的舒適高度對(duì)拐杖進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)當(dāng)老年人處于一個(gè)暫時(shí)用不到拐杖的狀態(tài)時(shí)，不可伸縮拐杖的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)不方便隨身攜帶，就會(huì)給老年人帶來(lái)一些困擾，無(wú)法對(duì)拐杖進(jìn)行妥善處理，而當(dāng)將其設(shè)計(jì)為可伸縮型拐杖時(shí)，老人暫時(shí)用不到拐杖時(shí)可以將其進(jìn)行收縮減短然后放進(jìn)包里或者其他什么地方，節(jié)省空間同時(shí)方便攜帶。給老年人的外出帶來(lái)便利。二維尺寸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 二維尺寸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 助老拐杖的智能模塊設(shè)計(jì)

2.1 心跳檢測(cè)提醒設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)部分

正常范圍的心率是人們身體健康的最基本的要求，所以對(duì)于心率的檢測(cè)成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶钇毡榈臋z測(cè)自身健康的方式。所以本設(shè)計(jì)在拐杖的手持握把上安裝MAX30102心率傳感器。MAX30102心率傳感器是一個(gè)集成的脈搏血氧儀和心率監(jiān)測(cè)儀生物傳感器的模塊，它集成了一個(gè)紅光LED和一個(gè)紅外LED還有光電檢測(cè)器、光器件以及帶環(huán)境光抑制的低噪聲電子電路器件[3]，標(biāo)準(zhǔn)的12C兼容的通信接口可以將采集到的數(shù)值傳輸給Arduino、KL25Z等單片機(jī)進(jìn)行心率和血氧的計(jì)算，其連接電路圖如圖2所示。

圖2 連接電路圖

2.1.2 工作進(jìn)行原理圖

電子智能系統(tǒng)通常是通過(guò)信號(hào)的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。信號(hào)傳遞框架圖如圖3。

圖3 信號(hào)傳遞框架圖

2.2 自動(dòng)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生活中老年人晚上外出是時(shí)常發(fā)生的事情，如外出散步，鍛煉身體等。但老年人隨著年齡的增長(zhǎng)視力狀況也會(huì)隨之下降，所以外出時(shí)進(jìn)行道路照明成為必不可少的條件。本設(shè)計(jì)在拐杖的握把前端的斜下方設(shè)計(jì)LED照明燈。光敏電阻傳感器實(shí)時(shí)對(duì)環(huán)境中的亮度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的光線低于單片機(jī)程序中設(shè)定的數(shù)值時(shí)，通過(guò)繼電器控制LED照明燈自動(dòng)亮起；當(dāng)檢測(cè)到的光線比較亮?xí)r，通過(guò)繼電器控制LED照明燈自動(dòng)熄滅。減少了老年人自己開(kāi)關(guān)LED燈，使照明燈的使用更加方便，同時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)照明燈也節(jié)省了電量的消耗。拐杖整體電源也設(shè)置有總開(kāi)關(guān)，當(dāng)不用拐杖時(shí)可以將總開(kāi)關(guān)關(guān)閉，減少自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在拐杖不使用時(shí)的電量消耗，節(jié)約電量，更加的具有人性化設(shè)計(jì)。自動(dòng)照明系統(tǒng)提高了老年人夜間外出的安全性，當(dāng)老人夜間外出時(shí)也更加放心。此設(shè)計(jì)使老年人的日常生活更加的便利。

2.3 距離檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人的視力狀況會(huì)越來(lái)越不好，然后會(huì)出現(xiàn)不同程度的老花眼，有時(shí)候可能無(wú)法清楚地判斷物體與自身之間距離，可能會(huì)發(fā)生意想不到的事情，給自身帶來(lái)不必要的一些傷害。所以本新型拐杖設(shè)計(jì)在握把的前部增加HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊，HY-SRF05的工作原理如圖4。HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)老人與前方障礙物的距離[4]，當(dāng)老人與障礙物的距離小于單片機(jī)所設(shè)定的數(shù)值時(shí)便會(huì)通過(guò)SV17F語(yǔ)音播放模塊適時(shí)地提醒老人前方有障礙物，讓老人可以及時(shí)地避開(kāi)這些障礙物，減少因老人視力不佳而造成的不必要傷害發(fā)生的可能性。HY-SRF05超聲波測(cè)距模塊靈敏度比較高，所以也可以應(yīng)用在緊急的情況下，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)測(cè)距系統(tǒng)會(huì)提前檢測(cè)到車子與老人的距離，提前給老人語(yǔ)音提醒，給老人多一些反應(yīng)的時(shí)間避開(kāi)這些危險(xiǎn)的事情，避免一些危險(xiǎn)事情的發(fā)生。距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以更好地幫助老人減少一些像磕磕碰碰等這一類不必要傷害的發(fā)生，更好地給老年人的生活帶來(lái)便利，使老年人的生活可以過(guò)得更加舒適、舒心和安全。

圖4 HY-SRF05的工作原理

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種新型的可行性較高的助老拐杖，充分的結(jié)合了機(jī)械結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代電子科技技術(shù)，更加的貼合了當(dāng)今時(shí)代老年人對(duì)于拐杖設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。電子智能模塊設(shè)計(jì)更好的為老年人的身體健康和安全提供適時(shí)提醒和幫助，整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加符合科學(xué)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為老年人提供一種使用方便的實(shí)用性和可行性較高的助老拐杖設(shè)計(jì)方案。