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本季度此项目已经完成了项目的初步设计，已经写出项目设计的说明书，已经达到了项目的预期结果。在本季度中，发现了许多存在的问题，原预计的设计方案行不通，有多个功能无法达到或有些功能的制造性价比不高，开会讨论过程中历经波折，使功能实现的机构多次修改，仍无法设计出符合设计要求有创新性且便宜方便有用的结构，故我们取消了安全带功能设计。我们多次开会讨论此项目该如何进行，能否达到预期结果，并对预期的结果重新预估，使之更加符合实际。原计划该创新训练项目结束之前，希望能把该产品推向市场，经过讨论，由于我们作为学生，无大量的投入资金，故将最终预期改为申请新型专利或发表省级论文，并延长产品加工的时间。
由于预期结果的调整，本项目的实施计划会相应地做出调整，调整结果将在后期计划中显示。
1项目背景与意义
1.1项目背景
目前，我国正处于人口老龄化快速发展阶段，图一展示了我国从2010年至2050年的人口老龄化趋势，预计到2025年我国将接近深度老龄化社会，到2027年我国将进入深度老龄化社会，也就是65岁以上老人比例高于，到2040年我国60岁以上老人比例将达到,65岁以上老人比例将达到，进入超级老龄化社会，到2050年，我国60岁以上老人数量将达到4.3亿，比例达到,65岁以上老人比例会达到，达到日本的水平。人口老龄化是今后长时间内我国的基本国情。人口老龄化有诸多负面影响，其加剧了社会负担，给社会养老保障带来了挑战，使得我国面临劳动力不足的问题。尽管人口老龄化给家庭社会经济带来许多负面影响，但人口老龄化也给消费市场带来一定的机遇，伴随着国民文化水平的不断提高，人们逐渐意识到使用老年产品的必要性，老年人的市场具有很大的消费潜力，因此人们把老年人市场称为“银发市场”
图一
在老年人的日常生活中，起立、坐下是不可或缺的动作，部分老年群体由于种种身体原因如肌肉衰退、肌肉萎缩、骨骼脆弱，关节受损，膝盖炎症等，下肢活动能力明显下降（如图二-四所示），因而无法独立完成上述动作，他们需要借助扶手或者他人照顾才能站立起来，这给老年人独立生活带来了极大的不便，不仅影响了老年人的生理和健康，同时也对其家庭造成沉重的负担。因此设计一款适合老年人使用的满足其生活需求的新型助力产品迫在眉睫。
图二 图三 图四
1.2市场调研
目前市场上存在的老年人助力器主要分为三类：机械类助力器、电动类助力器、无动力助力器。
1.2.1 老年人助力器
1、机械类助力器
其中机械类助力器是由使用者提供动力驱动，通过简单的物理机械原理达到助力的目的。此类产品需要手部很有力量的老年人才可以自如使用，因其使用的不便捷性和对使用者的协调能力要求高，所以此类产品目前市面上比较少。如图五所示轮椅是一位新加坡设计师专门为老年人设计的一款辅助站立轮椅。
图五 老年人辅助站立轮椅（图片来源：互联网）
2、电动类助力器
在智能化发展的今天，老年人使用智能电动轮椅是很平常的事情，如图所示，这是一款方便老年人起身的电动沙发椅，老年人通过遥控按钮调节沙发椅的高度、倾斜度。但是此类座椅价格昂贵，质量大体积大，结构复杂，对于脑力逐渐下降的老年人来说操作是困难的，受众人群比较小。如图六所示，这是一款结构复杂的电动轮椅。
图六 方便老年人起身的电动沙发椅 （图片来源：互联网）
3、无动力类助力器
无动力类助力器需要患者上肢具有活动能力，借助上肢力量来完成起立这一动作，例如站立架、拐杖、辅助站立座椅等。其中对于图七所示的站立架来说，老年人通过器械的支撑可以自主站立并行走，图八 所示是一种老年人辅助站立淋浴椅，这两类助力器的缺点是需要老年人上肢具有较强的活动能力。拐杖是由手、手臂、或腋下支撑辅助使用者站立行走保持平衡的重要工具，图九所示是一种老年人拐杖，其缺点是稳定性较差，仅适用于可以保持一定平衡能力但无法自主站立的老年人使用。
图七 站立架 图八 老年人辅助站立淋浴椅 图九 拐杖
（图片来源：互联网）
1.2.2 国内外助力器研究现状
国内对于助力器的研究起步较国外晚的多，大部分研究都集中于双足行走类机器人的学术研究，当今中国对于下肢肌肉力量衰退或老年人开发行走助力的产品研究相当于没有，传统助力方式的手杖、拐杖还是目前市场上的主力军。六关节平面运动型双足步行器“先行者”是国内第一台仿人机器人，汉库科技企业成功推出一款双足行走机器人，称是目前中国最先进的双足行走机器人。上海大学研制的下肢康复机器人可以起到平衡缓冲作用，使得忠者在训练时相对于跑步机而固定，还保证了人在行走时上、下振动的自由度不被限制。然而针对站立助力系统的器械还十分少见。目前国内市场上还没有大规模生产的老年人助力器，而国外市场上仅有的几种老年人助力器价格昂贵，性价比较低。
1.2.3 未来发展趋势
助力器是老年人居家生活中使用的辅助工具，未来助力器的发展向着人性化、功能化、全面化等发展，具体来说需要综合考虑以下各个要素。
1、功能要素：充分考虑老年人的生理和心理需求，在满足生理需求的前提下重点关注老年人的心理情感。
2、结构要素：在不同情景下，助力器的基本结构和细节结构可以调节充分考虑到使用目标的平均身高和体重数据等身体指标，使之更加人性化。
3、造型要素：助力器的整体造型符合老年人的审美，让产品功能一目了然，尽量采用比较柔和的曲面形态，避免生硬冰冷的造型寓意。
4、材料要素：助力器要充分考虑老年人的感官体验，选择适合老年人的材料，比如选择无毒无害环保的材料，或者在卫浴产品设计中加入防滑材料确保老年人不容易滑倒，提高老年人的产品体验度，使得老年人在使用过程中更加舒适。
1.3项目意义
相关研究报告指出，2011至2050年，我国的老年人口将会增加160.7%，劳动力人口减少24.2%，养老负担增加2.4倍。在二胎政策的实行下，家庭中一对夫妇赡养四位老人和抚养两个孩子，加上繁重的工作压力，夫妻对老人的照顾无法做到完全周到，设计一款针对老年人的辅助产品是非常有必要的，这样可以减轻社会家庭压力，提高老年人的自理能力。
与发达国家相比，我国的老龄产业仍处于起步阶段，市场上专门针对老年人设计的产品不多，据统计，全世界仅有15%的公司把老年人加入其市场建设范围。很多产品在设计之初，并没有完全考虑到老年人的生理与其他人群的区别，设计的产品对老年人的受众面不大。
面对如此急切的社会需要和广阔的市场需求，该设计作品从舒适性、安全性、稳定性及实用性四个方面进行考虑，主要针对因下肢膝关节炎和下肢肌肉力量衰退和不足而导致坐下、站立、行走困难的老年人群体，旨在减轻他们的落座和起立负担。
（1）惠及老人，安全稳定：针对老年人在椅子上坐下、从椅子上起身的不方便的特点，设计一个真正符合人机工程学指标的老年人助力座椅机械模型，提高老年人的坐姿质量及起身便捷性，改善我国老年人的生活状态、提高生活质量。
（2）缓解压力，实用便利：减少在外的年轻人对家中老人独自生活起居的担忧，缓解他们的部分压力。
（3）技术革新，创新需求：在已有的简易或助力产品的基础上增加安全稳定的机械结构设计，增加创新点设计，如：针对老人在落座和起身时的身体重心不稳造成的侧倾、摔倒等而设计的安全防护装置，加固稳定性；针对老人独自起居时操作使用时的便利而添加的电机控制装置；针对椅身存在的易摇晃而设计的防滑块抓地功能；针对老人的身体感知能力而添加的自动温控调节装置等。
希望能通过设计的方法为改善我国老年人的生活状态、提高他们的生活质量尽上一份绵薄之力。
2对象分析
2.1多功能助老轮椅坐垫角度调节分析
在人机工程学原理的指导下,针对老年人在多功能助老轮椅上久坐和落座、起身不方便的特点，通过对老年人倚靠行为、落座姿势等的观察、分析与研究以及收集大量我国老人的体态数据分析后，我们得出：多功能助老轮椅坐垫后侧略高于水平面，其与水平面间的夹角在10～15°对老年人使用更佳。相比其他角度，在此角度范围内老年人在多功能助老轮椅上久坐的时间较长，乘坐更加舒适，起身和落座更加轻松省力。
为了说明以上观点，我们利用COMSOL Multiphysics 仿真软件对坐垫进行仿真分析其受力情况，首先我们先构建了坐垫的几何模型，该几何模型由两层构成，上层为泡沫橡胶垫，其厚度为 5 厘米，下层为铁板，其厚度为3 厘米；泡沫橡胶垫和铁板的长度和宽度均为50厘米，其中上层泡沫橡胶垫中有一个半径为15 厘米的圆，该圆模拟屁股与坐垫的接触面，同时该几何与水平面成 sita （）角，其几何模型如图十所示：
图十
老年人模拟体重为70 Kg,即坐垫受力为686 N，本模型针对sita 为不同的角度进行受力的仿真分析，其结果如图所示：
图十一
图十一中黑色圆圈区域为屁股与坐垫接触面所对应的区域，为此我们进队该圆圈区域进行分析。(a)是对应的sita=0 °的铁片应力分布图，(b)～(g) 对应的为sita 依次等于10°、11°、12°、13°、14°、15°的应力分布图。从图中可以直观地看出sita=0 °时铁片的应力明显大于sita依次等于10°、11°、12°、13°、14°、15°的应力。因此我们可以认为在10°～15°的范围内，由于铁片的应力小于sita=0 °时铁片的应力，那么由牛顿第三定律可近似地知道乘坐者施予坐垫的作用力中，sita=0 °时的作用力大于sita依次等于10°、11°、12°、13°、14°、15°的作用力。因此在10°～15°的范围内，对于该轮椅，乘坐者在起身时是要比普通轮椅即sita=0 °要省力。
图十二是利用该仿真软件模拟的坐形变量随角度（10°～15°）的分布情况，从中可以看出坐垫形变量大概在8 mm ,且随着坐垫倾斜角度的增大，坐垫的形变量向着坐垫前方即乘坐者腿部方向变大。
图十二
同时针对老年人因肌肉衰退、肌肉萎缩、骨骼脆弱，关节受损等造成上肢活动能力明显下降的问题，该产品使用电动操作装置实现多功能助老轮椅坐垫角度的调节，这样使得老年人生活更加方便轻松，提升老年人使用产品的舒适度。
2.2轮椅伸缩杆长度调节分析
针对老年人在使用多功能助老轮椅过程中经常出现的安全事故，譬如多功能助老轮椅固定锁死装置不灵敏导致多功能助老轮椅会自动滑动，本作品设计主要考虑老人在使用多功能助老轮椅时的安全问题。在多功能助老轮椅车架的前部添加两个对称的伸缩杆，伸缩杆可在电动推杆的带动下伸出或者缩回，其具体伸长或缩回的长度可由位于扶手上的控制装置控制，老年人可以根据实际地形和个人舒适体验情况调节伸缩杆的长度以获得最佳乘坐体验。同时伸缩杆伸出或者缩回的实现均由电机带动完成，老年人在操作时轻松省力，提高了老年人使用产品的满意度。
3设计方案
3.1多功能助老轮椅坐垫角度调节机构
如图十三所示，多功能助老轮椅车架的底部安装有电动推杆，电动推杆一端通过销钉和U形卡与坐垫固定连接，另一端通过电机组件与撑杆固定连接。
图十三
该轮椅坐垫角度调节机构主要实现以下功能：
通过操纵控制装置可以使得电机工作进而伸出电动推杆，通过撑杆从而带动坐垫上升，使得坐垫与水平面间的夹角为最小角度10°，通过操纵控制装置也可以缩回电动推杆，从而带动坐垫下降，使得坐垫与水平面间的夹角为最大角度15°，通过对操纵装置具体的实际操作，坐垫与水平面间的夹角可在10°～15°间任意调节，这样的角度范围使得老年人在起身、落座或者久坐时均可以得到舒适的乘坐体验，同时整个操作过程均由电机带动完成，手臂力量不足的老人在操作时简单省力。
3.2多功能助老轮椅伸缩杆长度调节机构
如图十四、十五所示，多功能助老轮椅车架的前部对称安装有两个伸缩杆，两个伸缩杆之间通过撑杆与电动推杆一端与所述撑杆固定连接，其连接处固定有硬质橡胶垫，另一端通过电机组件与所述撑杆固定连接。电动推杆可由位于扶手上的控制装置控制，在伸缩杆伸缩范围内，伸缩杆伸出与缩回的长度取决于控制装置的具体实际操作。
图十四 图十五
该多功能助老轮椅伸缩杆长度调节机构主要实现以下功能：
通过操纵控制装置可以使得电机工作进而伸出电动推杆，通过撑杆从而带动伸缩杆伸出，这样就会架空万向轮，使得该多功能助老轮椅成为一个固定在原地静止不动的多功能助老轮椅，老人此时可以放心地乘坐，不必担心多功能助老轮椅会滑动；通过操纵控制装置也可以缩回电动推杆，通过撑杆从而带动伸缩杆缩回，伸缩杆就不会起作用。在伸缩杆伸缩范围内，伸缩杆伸出与缩回的长度可以任意调节，这取决于控制装置的具体实际操作，老年人可以根据实际的地形和个人舒适体验情况进行伸缩杆调节的长度。同时伸缩杆伸出或者缩回的实现均由电机带动完成，老年人在操作时轻松省力，提高了老年人使用产品的满意度。
4可行性分析
4.1可行性分析
目前市场上还没有大规模生产老年助力器械，各界对老年多功能助老轮椅的研究也不成熟，设计出的产品不能很好地满足老人的需求，此款设计主要考虑了伸缩杆长度和坐垫角度的调节。
4.1.1 伸缩杆长度调节
在伸缩杆伸缩范围内，伸缩杆伸出与缩回的长度取决于控制装置的具体实际操作。当伸缩杆伸出时万向轮会被架空，该轮椅成为一个固定在原地静止不动的轮椅，老人此时可以放心乘坐，不必担心轮椅会滑动；伸缩杆缩回后伸缩杆就不会起作用。老年人可以根据实际的地形和个人舒适体验情况进行伸缩杆长度的调节。同时伸缩杆伸出或者缩回的实现均由电机带动完成，老年人在操作时轻松省力。
4.1.2 坐垫角度调节
坐垫上升到最高处时，坐垫与水平面间的夹角为最小角度10°；坐垫下降到最低处时，坐垫与水平面间的夹角为最小角度15°，坐垫与水平面间的夹角可在10°～15°间任意调节。根据之前的调查所得，在10°～15°的角度范围内，老年人在起身、落座或者久坐时均乘坐较为舒适。对于手臂力量不足的老人，整个操作过程均有电机完成，老年人在操作时简单轻松。
5应用前景
通过与市场现有的装置相比，该装置主要集中于多功能助老轮椅伸缩杆长度的调节和坐垫角度的调节，其将老人的需求集成，实用性强，安全性高，注重细节处理，设计具有人性化，针对老人的需求，涉及生理、心理、精神、及社会等各层面，达到了有效帮助老年人解决生活问题、提高他们的生活质量的设计目的，是一款具有明显的创新性的机械装置。
6 产品外观图
图十六—图十九是该多功能助老轮椅的产品外观渲染图。
 
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