一种关于助老拐杖的设计

郝 萌,王志坤,孙宏宇,任玲玉,彭艳艳

(德州学院机电工程学院，山东 德州 253023)

0 前言

近年来，社会经济飞速发展，但同时我国的人口老龄化程度也在不断地加深，到2019年末，60岁及以上人口为25388万人，占18.1%，其中，65岁及以上人口为17603万人，占12.6%，因此伴随着巨大的助老设备市场机会。虽然目前市场上已经出现了一些新型的助老拐杖产品，这些产品在一定程度上改善了传统拐杖的一些不足之处，但总体上还存在一些缺点和局限性[1]，也不能很好的适应当今时代老年人的需求。因此，新型的助老拐杖还存在着巨大的市场空间，还需要更好的设计来满足老年人的需要。

1 整体的结构设计

作为一种新型的拐杖设计，本文研究的是更好地满足当今时代老年人需求的助老拐杖设计，因此结构设计为十分重要的一部分。首先，在整个拐杖的顶部即手持握把部分，进行符合大多数人手型握持舒适的弧形空腔握把设计，同时在表面增加波浪条纹防滑设计[2]，帮助老年人更加舒适安全的对拐杖进行抓扶。而握把的空腔设计是为了更好的放置运用于拐杖的各个不同的智能模块系统。其次，在整个拐杖的主要部位即杆件部分，将其设计为可伸缩部分，拐杖全部伸开总长120cm,杆件部分总共分为五部分，连接握把的四个伸缩杆每节长20cm，第五部分为支撑部位，由四个三连杆可自锁结构组成，四个三连杆机构可以进行张合，当他们合起来时可与前四个收缩杆进行伸缩。因为每个人的身高是不同的，所以所需要的拐杖舒适高度也是不一样的，所以将拐杖设计为可伸缩那么老年人可以根据自身所需要的舒适高度对拐杖进行调节。同时当老年人处于一个暂时用不到拐杖的状态时，不可伸缩拐杖的长度过长不方便随身携带，就会给老年人带来一些困扰，无法对拐杖进行妥善处理，而当将其设计为可伸缩型拐杖时，老人暂时用不到拐杖时可以将其进行收缩减短然后放进包里或者其他什么地方，节省空间同时方便携带。给老年人的外出带来便利。二维尺寸结构简图如图1。

图1 二维尺寸结构简图

2 助老拐杖的智能模块设计

2.1 心跳检测提醒设计

2.1.1 设计部分

正常范围的心率是人们身体健康的最基本的要求，所以对于心率的检测成为人们日常生活中最普遍的检测自身健康的方式。所以本设计在拐杖的手持握把上安装MAX30102心率传感器。MAX30102心率传感器是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块，它集成了一个红光LED和一个红外LED还有光电检测器、光器件以及带环境光抑制的低噪声电子电路器件[3]，标准的12C兼容的通信接口可以将采集到的数值传输给Arduino、KL25Z等单片机进行心率和血氧的计算，其连接电路图如图2所示。

图2 连接电路图

2.1.2 工作进行原理图

电子智能系统通常是通过信号的传递来实现信息的传递。信号传递框架图如图3。

图3 信号传递框架图

2.2 自动照明系统设计

生活中老年人晚上外出是时常发生的事情，如外出散步，锻炼身体等。但老年人随着年龄的增长视力状况也会随之下降，所以外出时进行道路照明成为必不可少的条件。本设计在拐杖的握把前端的斜下方设计LED照明灯。光敏电阻传感器实时对环境中的亮度进行监测，当监测到的光线低于单片机程序中设定的数值时，通过继电器控制LED照明灯自动亮起；当检测到的光线比较亮时，通过继电器控制LED照明灯自动熄灭。减少了老年人自己开关LED灯，使照明灯的使用更加方便，同时自动开关照明灯也节省了电量的消耗。拐杖整体电源也设置有总开关，当不用拐杖时可以将总开关关闭，减少自动检测系统在拐杖不使用时的电量消耗，节约电量，更加的具有人性化设计。自动照明系统提高了老年人夜间外出的安全性，当老人夜间外出时也更加放心。此设计使老年人的日常生活更加的便利。

2.3 距离检测系统设计

随着年龄的增长，老年人的视力状况会越来越不好，然后会出现不同程度的老花眼，有时候可能无法清楚地判断物体与自身之间距离，可能会发生意想不到的事情，给自身带来不必要的一些伤害。所以本新型拐杖设计在握把的前部增加HY-SRF05超声波测距模块，HY-SRF05的工作原理如图4。HY-SRF05超声波测距模块可以实时的检测老人与前方障碍物的距离[4]，当老人与障碍物的距离小于单片机所设定的数值时便会通过SV17F语音播放模块适时地提醒老人前方有障碍物，让老人可以及时地避开这些障碍物，减少因老人视力不佳而造成的不必要伤害发生的可能性。HY-SRF05超声波测距模块灵敏度比较高，所以也可以应用在紧急的情况下，当发生紧急事件时测距系统会提前检测到车子与老人的距离，提前给老人语音提醒，给老人多一些反应的时间避开这些危险的事情，避免一些危险事情的发生。距离监测系统可以更好地帮助老人减少一些像磕磕碰碰等这一类不必要伤害的发生，更好地给老年人的生活带来便利，使老年人的生活可以过得更加舒适、舒心和安全。

图4 HY-SRF05的工作原理

3 结论

本文设计了一种新型的可行性较高的助老拐杖，充分的结合了机械结构和现代电子科技技术，更加的贴合了当今时代老年人对于拐杖设备的设计需求。电子智能模块设计更好的为老年人的身体健康和安全提供适时提醒和帮助，整体的结构设计更加符合科学的机械结构设计。为老年人提供一种使用方便的实用性和可行性较高的助老拐杖设计方案。