智能拐杖机械结构设计

湖南理工学院毕业设计（论文）学号毕业设计（论文）题目：智能拐杖机械结构设计作 者 李 家 丁 届 别 2015 届院 别 机 械 工 程 学 院 专 业 汽 车 服 务 工 程指 导 教 师 郭 洪 澈 职 称 教 授完 成 时 间 2014 年 12 月 -2015 年 5 月湖南理工学院毕业设计（论文）I1摘 要全球已步入老龄化社会,老年人晚年的生活质量和安全性引起了世界各国学者的关注。由于年龄原因容易突发意外情况,如摔倒、迷路等,不能跟家人及时取得联系，还有很多老年人容易健忘,外出时经常出现迟滞不归等,因此电子拐杖成为老年人的重要帮手。现在市场上的手杖品牌混杂，质量参差不齐，功能单一，不能充分满足老年人生理要求。有不少老年人的手杖是不理想的，一根合适的手杖对老年人的安全十分重要。根据老年人的需求，我们可以设计一款集多种功能于一体的手杖来满足老年人的出行需求，锻炼需求，安全需求，使他们的生活更加便利，更加舒适。关键词：拐杖、多功能、老年人、报警湖南理工学院毕业设计（论文）II1AbstractThe world has entered the aging society, the quality of life and safety of the elderly in old age by scholars of the world. Due to age due to unexpected accidents, such as falls, labyrinth, not with the family promptly get in touch, and many older people tend to be forgetful, when they go out often appear sluggish return, so electronic walking stick become a vital ally in the elderly. Now a brand on the market is mixed, uneven quality, single function, can not fully meet the requirements of elderly people. There are many old people walking stick is not ideal, a walking stick for the elderly are very important. According to the needs of the elderly, we can design a set of multiple functions in one of the cane to meet the travel needs of the elderly, training needs, security needs, their life more convenient, more comfortable.Keywords: Crutches, multi-function, elderly, alarm湖南理工学院毕业设计（论文）III1目 录1 绪论-11.1 目前智能拐杖的研究及现状 -1 1.2 课题的背景和意义-1 2 概述-2 2.1 钢的介绍 -22.2 45 号钢概述 -23 硬件系统设计 -43.1 系统总体结构及工作原理 - 4 3.2 系统主要部分介绍- 4 3.2.1 高亮度 LED 灯 -53.2.2 LED 闪烁灯模块 - 63.2.3 mp3 播放器 - 7 3.2.4 反光镜部分- 83.2.5 按键部分 - 93.3 电源及充电 -103.4可伸缩的拐杖腿设计- 114 利用 CAD 软件进行设计智能拐杖 -144.1 拐杖的整体设计-145 结论-15致谢 -16参考文献 -17附录-18附录 1 设计实物图 -18湖南理工学院毕业设计（论文）0前言21 世纪是人口老龄化的时代，中国已于 1999 年进入老龄社会，是较早进入老龄社会的发展中国家之一。中国是世界上老年人口最多的国家，中国的人口老龄化具有老年人口规模巨大、老龄化发展迅速、地区发展不平衡、老龄化超前于现代化等主要特征。专家预计，从 2001 年到 2100 年，中国的人口老龄化可以分为三个阶段：从 2001 到 2020 年是快速老龄化阶段。在这一阶段，中国将新增 596 万老年人口，年平均增长速度达到 3.28%，到 2020 年，老年人口将达到 2。48 亿，老龄化水平将达到 17.17%。其中。80 岁及以上老年人口将达到 3067 万人，占老年人口的 12.37%。从2020 年到 2050 年是加速老龄化阶段。老龄化水平将推进到 30%以上，其中，80 岁及以上老年人口将达到 9448 万，占老年人口的 21.78%。从 2051 年到 2100 年是稳定的重度老龄化阶段，老龄化水平基本稳定在 31%左右，80 岁及以上高龄老人占老年总人口的比重将保持在 25%30%，中国进入一个高度老龄化的平台期。1 绪论 1.1 拐杖设计的现状及问题 随着中国进入人口老龄化阶段，老年人的健康保障以及生活起居问题成为社会的一大显著关注焦点。随着年龄的增长，老年人的生理功能逐渐衰退，在行动上越来越无能为力，器官生理功能逐渐减退，机体代谢变得缓慢，免疫机能下降，应急能力日渐减弱，极易发生摔跤的事故，轻者疼痛不已，重则骨折，甚至有时会有丧命的危险。因此拐杖应运而生，对于平衡能力差的老人，拐杖可以帮助他们保持身体平衡。对于视力不佳的老人，拄拐杖能帮助他们避让行动途中的障碍及其风险。经过检查，患有严重骨质疏松症的老年人，使用拐杖能防止其摔倒受伤；此外，关节炎和中风的老人也要使用拐杖。综上所述，作为老年人广泛使用的一种工具，一款真正适合于老年人使用的拐杖迫在眉睫。现在市场上的手杖品牌混杂，质量参差不齐，功能单一，只能单单起到支撑作用，而对于老年人来说，光是起到走路支撑的作用是远远不够的。而且市面上的有些拐杖质量堪忧，老人使用不仅起不到支撑的作用，相反会使人感到吃力，甚至会给人湖南理工学院毕业设计（论文）1体带来危害。因此，一根合适的手杖对老年人的安全十分重要。为了使广大老年人的出行更加安全，更加便利，更加舒适。我们设计了一款集多种功能于一体的智能拐杖，来满足老年人的需要。1.2 课题的背景和意义运动对于身体健康的益处非常重要，不仅年轻人要多运动，老年人更加需要多运动。但是由于人上了年纪之后各项身体机能开始显著下降，使得老人日常的锻炼与出行比平常人要难上许多，有许多老人就是因为摔倒过对运动与出行产生恐惧、厌倦，从而不愿意再出门，这就更容易引发疾病。针对现有老年人普通拐杖不能满足出行需求等问题，对传统拐杖进行了创新设计。运用现代化科技的设计元素，围绕人性化和智能化这两个设计关键点，根据形态跟随功能的原则，在原普通拐杖的形态下，进行优化，使其更具有科技感和时尚感。2 概述2.1 钢的介绍钢，是对含碳量质量百分比介于 0.02%至 2.06%之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢或者普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到 19 世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。2.2 45 号钢的概述45 钢是 GB 中的叫法，也叫油钢，市场现货热轧居多，冷轧规格 1.04.0mm 之湖南理工学院毕业设计（论文）2间。它的特性：常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氢弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行应力退火。湖南理工学院毕业设计（论文）33 硬件系统设计3.1 系统总体结构及工作原理顶部是带照明 LED 灯头的握柄，长约 17CM,根据人机工程学原理，设计成有波浪形弧度的握柄，让使用者握持更舒服，用着更舒心；在手握柄的侧边有两个红色 LED指示灯，当老人摔倒的时候能够自动报警；在握柄的颈部也有一颗用硅胶做的一键求助按键，只要长按这个按键 3S 以上，就会通过无线传播，发送信号到亲人的手机上；在杖杆的中上部有 2 个抽屉式的小药箱，可随时随地放些急用的备用药；拐杖的底部采用橡胶材料，增加与地面的摩擦，起到防滑作用。工作原理：此款新型拐杖的设计引用 TRIZ 创造原理。TRIZ 创造原理的核心内容是技术系统进化原理和技术冲突解决原理。首先，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。其次，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。拐杖的设计多次援用了 TRIZ 理论的几种发明创造原理，归纳如下：1.文中的此款新型拐杖利用分割原理，将拐杖分割为手柄和柱体，手柄和柱体有各自分为几个部分。2.利用组合原理，把 LED 灯组与 GPS、收音机、移动通讯以及其它适用设备组合在把手处。3.利用多用性原理，拐杖原本的支持作用变为具有照明功能、导航功能等多功能集合的一体。4.拐杖的收缩性运用了嵌套理论。5.手柄的把手圆润适手的设计运用了去棉花原理。6.复合材料原理的运用，使拐杖整体的重量减轻许多。具体操作如下：当老人手握手柄，按下弹簧按钮时，智能拐杖进入工作状态。尾端的高清反光镜，仿照汽车的车尾灯，将前面的路况、周围的环境反射进来。通过传送装置将反射到的信息及时输送到电脑智能芯片，通过智能芯片对信息进行分析、加工和处理。同时，它可有播放音乐和相声，拐杖中端的电脑芯片可以储存上百首的歌湖南理工学院毕业设计（论文）4曲、相声。只要打开手柄下方的三角形播放按钮，就可以听到优美的音乐，幽默的相声。当天色比较昏暗时或晚上看不清的时候，按下按钮，拐杖前段内圈的 LED 灯就会打开帮助照明，当老人摔倒或遇到紧急情况时，外圈的彩色 LED 灯，会发出彩色的光，向周围发出求救信号。而且拐杖中端有个伸缩装置，可以伸长或者缩短，适合不同身高的人群，非常方便。3.2 系统主要部分介绍这款智能拐杖主体部分为铝合金材质，表面带有金色喷漆，做工精细，开孔处以及边缘均进行了处理，不会出现割手的现象。伸缩处带有螺母用来固定拐杖，这种设计的优点在于：拐杖主体杆可伸缩，也智能拐杖人性化的采用了伸缩式设计，可以通过卡扣来实现不同的长度，整个拐杖最短为 80cm、最长可以延长到 102cm，拥有20cm 的调节长度，可以满足不同用户对于拐杖的需求。可拆卸并内置一些其它物件，节约空间，储藏和携带方便。尾部则是有一个较大的防滑橡胶头。给拐杖提供足够大的摩擦力。最醒目的是拐杖头前端的一个 LED 灯。其次，顶部握手处是一个触控按键，旁边是一个两档的灯光开关；中间位置是一个 MP3播放器，左边是一排控制按键；而头部侧面拥有一个 SOS 按键等等。在拐杖的尾端有一个高清反光镜。当然，除此以外， 这个拐杖还能够插入一张 SIM 卡和一张 TF 卡。3.2.1 高亮度 LED 灯在拐杖的一端放置了一款亮度 LED 灯，包括电路板和 LED 芯片，其特征在于：所述的电路板上设有可容纳安装 LED 芯片的反光凹孔。可以直接在电路板上设置杯状的凹孔，其结构大为简化，使拐杖结构更加轻便，利用凹孔对 LED 光线进行反射叠加，使亮度大大提高，方便老人在亮度不够或夜间依旧能够行动自如。湖南理工学院毕业设计（论文）5智能拐杖还拥有人性化的手电筒设计，正面设计有高亮度额的 LED 灯，为了方便老人在夜晚行走，在拐杖顶部的下方同样设计有一个 LED 灯，用来照亮脚下的路，在将亮度开关调节至二档时，拐杖上半部的红色预警灯还会闪烁，提醒身后的人们，前面有老人，进一步提高了老人行走夜路的安全性。高亮度 LED 灯在智能拐杖中的开关情况及布局的对比如下图 3-1