一种可折展型防摔拐杖

技术领域

本发明属于机构学技术领域，具体涉及一种可折展型防摔拐杖。

背景技术

老年人跌倒发生率高，跌倒常常导致严重的后果，会引起活动受限和功能受损，严重影响老年人及其家人的身心健康与生活质量。保障老年人的生活质量，预防摔倒、降低老年人受伤风险将成为一项重要的课题。

现有摔倒防护装置主要有气囊型装置，其以弹出气囊的方式来减缓摔倒带来的冲击。但该装置的保护范围有限，难以保证摔倒防护的有效性；且气囊式的防护装置在弹出后难以进行折叠收回，对于使用者来说是一次性的装置，经济性较差。

部分研究中提出了具有履带的防摔鞋或具有万向轮的阻尼驱动式拐杖，用以防止老年人摔倒。但由于摔倒过程是迅速而剧烈的，因此这两种装置在阻止摔倒时需要具备较大的加速度，容易对人体产生冲击，反而容易加剧失衡的趋势，摔倒防护的有效性和安全性不高；此外，若拐杖底盘需要电机驱动，则整个装置的重量较大，影响使用者的正常行走，难以投入实际使用。目前有关防摔装置的研究较少且尚不成熟，具有很大的发展空间。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可折展型防摔拐杖，保护范围大，提高了摔倒防护的有效性和安全性，不会影响使用者的正常行走，可以多次反复使用，经济性好。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种可折展型防摔拐杖，包括立柱、折展机构、驱动装置和开关；

折展机构上端滑动连接于立柱，下端固接于立柱下端；

折展机构设有多个支撑点，多个支撑点环绕立柱布置；

折展机构具有折叠态和展开态，折叠态下，折展机构向上滑动折叠且包裹于立柱外，展开态下，折展机构向下滑动展开且多个支撑点分别抵接于地面；

驱动装置驱动连接于折展机构，用于驱使折展机构由折叠态转换为展开态。

进一步，立柱滑动连接有滑块，折展机构上端固接于滑块。

进一步，驱动装置包括电机和弹簧，立柱设有上端固定块，上端固定块位于滑块上方；弹簧套接于立柱，两端分别抵接于上端固定块和滑块；电机固接于立柱且驱动连接有限位装置，限位装置滑动连接于滑块，用于限制或释放滑块。

进一步，折展机构包括多个折展单元，多个折展单元环绕立柱均匀布置，每个折展单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，第一连杆、第三连杆和第五连杆互相平行，第二连杆、第四连杆和第六连杆互相平行；第二连杆和第四连杆的长度相等；

第一连杆一端铰接于支柱下端，另一端铰接于第四连杆；

第六连杆一端铰接于滑块，另一端铰接于第一连杆中部；

第四连杆一端铰接于第三连杆一端；

第五连杆两端分别铰接于第四连杆另一端和第六连杆；

第二连杆一端铰接于第五连杆，另一端铰接于第三连杆另一端；

多个支撑点一一对应设于多个折展单元的第三连杆另一端。

进一步，折展单元共有4个，4个折展单元呈十字形布置于立柱周围。

进一步，支撑点设有防滑圆盘。

立柱顶端设有手柄，手柄位于两个相邻的折展单元之间。

进一步，手柄设有向下延伸的延长部，电机固接于延长部。

进一步，手柄、延长部与立柱合围形成环形悬挂部。

进一步，手柄设有开关按键，开关按键连接于电机，用于控制电机的启动。

进一步，手柄设有无线通讯装置和控制板，无线通讯装置用于接收触发信号并发送给控制板以控制电机的启动，所述触发信号由摔倒预测算法根据使用者的活动数据生成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

可折展型防摔拐杖在折叠态下，折展机构向上滑动折叠且包裹于立柱外，结构紧凑，不影响使用者的正常行走；在展开态下，折展机构向下滑动展开且多个支撑点分别抵接于地面，大幅度地增加了使用者与地面之间的支撑面积且不会与使用者的站立位置相干涉，提高了摔倒防护的有效性和安全性。从折叠态转变为展开态的过程，利用预压缩弹簧提供动力，驱动部分质量小且反应迅速。整个可折展型防摔拐杖的折展比大，质量轻，具有两个奇异位形，能够实现折叠和展开两种状态，可以多次反复使用，经济性好。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的折展单元的结构示意图。

图3为本发明实施例的折展单元简图。

图4为本发明实施例在折叠态下的结构示意图。

图5为本发明实施例在完全展开态下的结构示意图。

图6为本发明实施例的手柄安装位置示意图。

附图标记说明：

1-手柄，2-上端固定块，3-电机套筒，4-钩子，5-滑块，6-底部固定块，7-折展单元，8-弹簧，9-立柱，10-第一连杆，11-第二连杆，12-第三连杆，13-第四连杆，14-第五连杆，15-第六连杆。

具体实施方式

根据零力矩点理论，人在活动过程中的零力矩点位置与人和地面间的支撑区域之间的关系能够反映人的平衡状态。在正常行走状态下，零力矩点总是位于支撑区域内部靠中心的位置；摔倒发生时，零力矩点会靠近或超出支撑区域边界。基于此，本发明提供了一种可折展型防摔拐杖，用于在摔倒发生瞬间，通过折展机构的展开，迅速增大使用者与地面间的接触面积，使得使用者在失衡时的零力矩点能够回到支撑区域内，从而有效防止摔倒。

下面对本发明作进一步详细的描述。

如图1-图5所示，一种可折展型防摔拐杖，包括手柄1、上端固定块2、电机套筒3、钩子4(限位装置)、滑块5、底部固定块6、折展机构、弹簧8和立柱9。

上端固定块2固定在立柱9上，其位置由滑块5的上限位和弹簧8被压缩的最小长度确定。

底部固定块6固设于立柱9底部。滑块5与立柱9上的导槽相配合，能够在立柱9上直线滑动。滑块5和底部固定块6外侧都均布了4个凸台，凸台设有内孔与折展机构相配合，形成转动连接。

折展机构位于在滑块5与底部固定块6之间，包括4个折展单元7，4个折展单元7呈十字形均匀分布于立柱9四周。

每个折展单元7包括第一连杆10、第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13、第五连杆14和第六连杆15，第一连杆10、第三连杆12和第五连杆14互相平行，第二连杆11、第四连杆13和第六连杆15互相平行；第二连杆11和第四连杆13的长度相等；

第一连杆10一端铰接于底部固定块6，另一端铰接于第四连杆13；

第六连杆15一端铰接于滑块5，另一端铰接于第一连杆10中部；

第四连杆13一端铰接于第三连杆12一端；

第五连杆14两端分别铰接于第四连杆13另一端和第六连杆15；

第二连杆11一端铰接于第五连杆14，另一端铰接于第三连杆12另一端；

每个折展单元7的第三连杆12另一端设有支撑点。

第一连杆10、第六连杆15、滑块5、底部固定块6和立柱9构成一个曲柄滑块机构。

第一连杆10、第四连杆13、第六连杆15的尾端部分与第五连杆14构成第一个平行四边形机构。

第二连杆11、第三连杆12、第四连杆13与第五连杆14的尾端部分构成第二个平行四边形机构。

折展单元7与滑块5、底部固定块6和立柱9构成了一个完整的折展整体，具有1个曲柄滑块机构和2个平行四边形机构，该折展整体的自由度为1。

每个折展单元7有两个奇异位形，分别为完全收拢的状态和完全展开的状态，在奇异位形下，2个平行四边形机构的四条边共线，比如：折叠态下，第一连杆10～第六连杆15均为竖直状态，与立柱9的轴线平行。但是在奇异位形处，机构处于死点位置，无法传递力，因此实际折叠态下的可折展型防摔拐杖稍偏离奇异位形位置。

钩子4的位置与折叠态下滑块5的位置相匹配，滑块5移动带动整个折展单元7运动，当钩子4的上表面与滑块5上凸台的下表面共面时，钩子4钩住滑块5，限制滑块5下落，从而确定整根拐杖的折叠形态，即钩子4的高度确定了可折展型防摔拐杖的折叠形态。

弹簧8作为可折展型防摔拐杖的驱动，在拐杖的折叠态下，弹簧8被压缩；当钩子4转过一定角度，与滑块5错开时，弹簧8释放，对滑块5产生向下的推力，当弹簧8完全释放后恢复原长，即滑块5与上端固定块2之间的距离为弹簧8的原长，可折展型防摔拐杖处于第二奇异位形，为完全展开状态。此时，第一连杆10和第五连杆14重合，第二连杆11与第四连杆13重合，使得折展机构处于稳定状态无法继续向下移动，从而提升了可折展型防摔拐杖的安全性。

手柄1与立柱9横向相连接，手柄1内设有矩形凸台与立柱9的导槽相匹配，确定了手柄1的方位，从而确定手柄1与折展机构之间的相对位置，优选地，手柄1位于两个折展单元7的正中间，保证了使用者所站立的位置处于两个折展单元7中间，如图6所示，当拐杖从折叠态转换为展开态的过程中，不会与使用者的位置发生干涉，提升了摔倒防护的有效性和安全性。

手柄1设有向下延伸的延长部，电机套筒3与延长部通过螺栓相连接，电机安装在电机套筒3内，电机轴与钩子4固定连接，电机轴转动从而带动钩子4转动。

手柄1、延长部与立柱9合围形成环形悬挂部。使用者可以利用前臂穿过环形悬挂部来携带可折展型防摔拐杖以腾出双手，还可以利用环形悬挂部将可折展型防摔拐杖悬挂在带钩的设施上存放或运输，由于环形悬挂部为封闭结构，即使可折展型防摔拐杖在运输过程中发生晃动也不会脱出。

可折展型防摔拐杖的电机可采用开关按键来启动，开关按键设置在手柄1上，当使用者感觉将要摔倒的瞬间按下开关按键，即可启动电机并使折展机构迅速展开；也可以采用现有技术的摔倒预测算法来自动触发，无需人为按动开关按键。

本发明具有以下优点：

1、本发明设计的折展机构具有两种奇异位形，实现折叠和展开两种稳定形态；折叠态下可折展型防摔拐杖结构十分紧凑，所占空间较小，在使用中不影响正常行走；展开态下可折展型防摔拐杖与地面的接触范围增大，进而扩大了使用者与地面间的接触面积，使得使用者在失衡时的重心投影能够迅速回到支撑区域内，从而有效防止摔倒。可折展型防摔拐杖实现了较大的面积折展比，整体结构紧凑，质量较轻，携带方便。

2.本发明采用了预压缩弹簧8提供动力，通过小型直流电机驱动钩子4从而使弹簧8释放压力，推动滑块5运动，该驱动方式响应快、结构紧凑且重量较轻。

3.本发明通过控制手柄1的方位来确保使用者与可折展型防摔拐杖之间的相对位置，保证可折展型防摔拐杖从折叠态转换为展开态的过程中不会与使用者发生碰撞，保障使用过程中的有效性和安全性。

本发明实现折叠态与展开态相互转换的步骤为：

1.完全折叠态下，滑块5处于立柱9上的理论上限位置，弹簧8位于上端固定块2和滑块5之间，被压缩到最短长度。折展机构中所有的杆件均向立柱9收拢，并处于与立柱9轴线接近平行的位置。折展机构所能达到的折叠极限为：所有杆件的方向均与立柱9平行，即所有杆件均为竖直状态，此时整个可折展型防摔拐杖所占的空间最小，但完整折叠状态下，作用在滑块5上的竖直方向的力无法传递到折展机构中的各个杆件上，从而无法使折展机构展开，因此实际的滑块5在立柱9上所处的上限位置要低于理论上限位置。利用钩子4钩住滑块5的上凸台，防止滑块5受弹簧8作用力的影响下滑，使可折展型防摔拐杖处于折叠态下，方便使用者正常行走过程中的使用。

2.该可折展型防摔拐杖与现有技术的摔倒预测算法相结合。通过使用者穿戴的陀螺仪传感器实时监控使用者的活动数据并发送到上位机，上位机利用摔倒预测算法，对使用者下一刻是否摔倒做出预测；当预测到摔倒即将发生时生成触发信号，并将触发信号通过可折展型防摔拐杖的无线通讯装置传送给控制板，控制板接收信号后启动电机，使钩子4发生转动，解除对滑块5的限位，预压缩弹簧8进行释放，在弹簧8的作用下驱动可折展型防摔拐杖动作，即该拐杖的折展机构从折叠态转换为展开态。根据零力矩点理论可知，人失衡的原因在于其零力矩点超出人与地面间的支撑区域，因此可以通过增大人与地面间的支撑面积来阻止摔倒。在捕捉到摔倒预兆后，可折展型防摔拐杖的电机转动90°，由于钩子4与电机轴是固定连接，因此钩子4也转动90°，与滑块5的位置错开；滑块5在失去钩子4的限位后，在弹簧8力的作用下沿立柱9向下滑落，直至弹簧8恢复到自然长度，此时滑块5到达下限位置，4个折展单元7也完全展开，其末端第三连杆12与地面接触，接触点处设有防滑圆盘，进一步增大接触面积的同时，提高了防滑系数，提升了安全性。在这个过程中，滑块5向下滑动带动曲柄滑块机构的运动，曲柄滑块机构与第一个平行四边形机构共用第一连杆10和第六连杆15，因此第一个平行四边形机构随之运动。同理，第二个平行四边形机构与第一个平行四边形机构共用第四连杆13和第五连杆14，因此滑块5的下落会带动折展机构向下进行展开动作。当滑块5处于下限位置时，两个平行四边形机构均处于奇异位置，可折展型防摔拐杖处于稳定状态。此时人与地面间的接触面积增大为拐杖展开后与地面接触点的最大外接四边形的面积，拐杖的面积折展比达到22.07。

3.需要收回折展机构时，将折展单元7各杆件向立柱9折叠收拢，使滑块5克服弹簧8弹力带动折展单元7向上滑动并包裹在立柱9外。反时针旋转电机轴，使钩子4反时针转动后重新复位到滑块5下端，限制滑块5向下运动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。