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具有輔助站立功能的座椅裝置

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Academic year: 2021

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具有輔助站立功能的座椅裝置

陳佳萬

*

江倫志

**

摘要

由於老人或殘障者要坐在椅子上因手無力而容易快速坐下造成危險,或要自椅子起來時需要他人的 扶持才能在起來相當的不方便。本研究的主要目的在於設計一種具有輔助站立功能的座椅,能讓使用輪 椅者在無旁人輔佐的情況下,自行操作並由坐姿轉為站立、或由站立轉為坐姿使用。並能在座椅升降傾 斜的過程中,避免與使用者臀部產生剪力摩擦,防止因摩擦而產生疼痛或使皮膚產生破皮造成感染。且 能供使用者以單手或雙手操作,而即使是以單手操作也能同步控制左右兩邊的輔助站立機構。其椅座無 須與椅背同動,因此只需椅座升降傾斜就足以輔助雙腿無力或體弱的使用者站立或坐下,故結構設計方 面較椅座與椅背同動式更為簡易,成本也更能降低。本研究的優點除了能使坐墊升降傾斜外,也能簡化 為只有傾斜實施的方式,而且操作的方式可為手動操作或電動控制。 關鍵字:老人、輔助器具、輪椅。

壹、前言

目前市面上已有數種具有輔助站立功能的椅具,通常大都是使用在輪椅方面,其可分為電動或手動 操作兩種,其中,電動站立輪椅大都使用在雙腿不良於行又無法行走的使用者,由於電動機構複雜、成 本高,遂非一般使用者所能購得;唯本新型針對的是雙腿無力或體弱的使用者而設計,如病患、腳傷者、 身虛者、年長者等,因此使用對象非前述不良於行的使用者,所以機構不需太過複雜,而目前相關的設 計如下列專利文獻 1~6 所示,由這些專利文獻中不難發現輪椅中的站立機構都是椅背與椅座一同升降、 傾斜、乃至站立為止,但是針對雙腿無力或體弱的使用者而言,只需椅座升降、傾斜即可,不需連同椅 背也一起動作,遂有簡化及改進的必要。

貳、機構設計

為使輪椅坐墊達到傾斜木的,而讓使用者能夠很方便的坐上輪椅或自輪椅上自已站立起來,本研究 在機構設計上實施的方法如下: 如圖1 及圖 2 所示,為本研究坐墊未升起前的兩種不同視角立體示意圖。圖中顯示具有輔助站立功 能的座椅裝置是設置在輪椅本體10 內,其主要是在輪椅本體 10 的下半部兩側設置升降傾斜裝置 20。而 關於輪椅本體10 的構造,大體上是由左右對稱的兩”d”形側架 11、一將兩側架 11 前端結合的前橫桿 12(為 ㄩ形桿)、一將兩側架 11 後端結合的後橫桿 13(為ㄇ形桿)、二根分別設在兩側架 11 上的扶手 14(呈倒 L

* 作者為亞東技術學院機械工程系教授。 ** 作者為亞東技術學院護理系講師。

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2 形)、及結合在兩側架 11 前端的踏板架 15 所組成;在兩側架 11 的後架上端延伸出推桿 16,且兩側架 11 的前後底下更結合了四個轉輪17。 上圖中也顯示出坐墊223 底下結合了左右兩支座墊架 22,此二支坐墊架 22 雖為平行設置,但也能組 成「ㄩ」形或「口」形,在座墊223 之下設置一排泄盆 30,其盆口與坐墊 223 的 C 形開口是呈上下對稱 設置的。 如圖3 及圖 4 所示,為本研究坐墊 223 已升起後的兩種不同視角立體示意圖,圖中顯示的升降傾斜 裝置20 是以左右兩組分別設置在兩側椅架 11 的下半部,其能使坐墊 223 產生升降、傾斜的功能。唯在 實際的操作中,以一組升降傾斜裝置20 就能夠使坐墊 223 產生升降、傾斜的功能,所以本研究也能以一 組升降傾斜裝置20 操作實施,故並非一定須以左右兩組實施才能達到升降與傾斜的目的;但以結構強固 性及平穩度而言,當以左右兩組共構實施為最佳;由於左右兩組升降傾斜裝置20 構成元件皆相同,因此, 以下的說明僅以其中一組升降傾斜裝置20 為例說明之。 如圖5 所示為本研究升降傾斜裝置 20 未動作前的平面示意圖,圖中顯示升降傾斜裝置 20 包括有: 一固定在前後二橫桿12、13 間的基板 21,一位在基板 21 上並用於支撐坐墊 223 的坐墊架 22,一根以上 端驅使坐墊架22 朝前傾斜升降、下端連結在基板 21 後下端的伸縮機構 A,一根上端與伸縮機構 A 頂端 共構結合、下端連結在基板21 前端的第一連桿 23;一根上端連結在坐墊架 22 前端、下端連結在基板 21 中央的第二連桿24;一根上端連結在坐墊架 22 前端但與第二連桿 24 頂端樞點保持間距、而後端連結在 基板21 後端的第三連桿 25;及一用於控制伸縮機構 A 產生伸縮作用的控制器 29。 前述中,伸縮機構A 為可控制的氣壓棒 26 及不可控制的氣壓棒(未顯示)兩種,其中,不可控制的氣 壓棒是一種非人為操作且具有自動推舉功能的傳統氣壓棒,由於構造簡單,所以組裝也很容易;其實施 方式是藉由使用人以本身重量下壓在坐墊223 上以使升降傾斜裝置 20 下降、直至坐墊 223 呈水平為止; 當使用人身體朝前傾斜並使重心在前時,就能藉由不可控制的氣壓棒將坐墊 223 往上推升傾斜、直至一 適當傾角為止;此實施形態因使用者沒有自主性,所以仍以可控制的氣壓棒26 使用為佳。 圖 1 機構組合圖(正面) 圖 2 機構組合圖(背面)

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圖4 坐墊傾斜升起後的後斜角立體圖。 圖 3 坐墊傾斜升起後的前斜角立體圖

圖5 升降傾斜裝置在未動作前的示意圖

至於可控制的氣壓棒26,為了控制其動作,則在氣壓棒 26 底端設置用於觸動氣壓棒控制芯 26b 的控

制桿28;而控制器 29 是一藉由拉索 291、281 拉動前述控制桿 28 偏轉的手握式拉引器 29a,此手握式拉

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4 為了避免前述升降中的氣壓棒26 受力後造成過度負載,則增設一根上端與氣壓棒 26 頂端結合、下 端連結在基板21 前端的第一連桿 23;由於第一連桿 23 上端與氣壓棒 26 上端是共構結合,所以形成三角 形支配,而三角形的頂端正是第一連桿23 與氣壓棒 26 結合的樞點。 為了使上述升降傾斜裝置20 的升降傾斜更為穩固,可增設一根上端連結在坐墊架 22 前端、而後端 連結在基板21 後端的第三連桿 25,此第三連桿 25 與坐墊架 22 連結的樞點 b 是位在第二連桿 24 與坐墊 架22 連結的樞點 a 之後,因此二樞點 a、b 呈前後設置並相隔一間距。 當以左右二組升降傾斜裝置20 共構實施時,為了兩組都能同步動作,可增設:一根樞設在後橫桿 13 下的轉軸271,二個結合在轉軸 271 兩端的活葉 27,此活葉 27 同時結合了手握式拉引器 29a 的拉索 291 及控制桿28 的拉索 281。因此,兩組升降裝置 20 中只要拉動其中一組的手握式拉引器 29a 就能同時拉動 兩組的控制桿28,連帶使兩組氣壓棒 26 都能同步動作。 前述中,基板21 的後下端延伸出一斜板 211,此斜板 211 可供基座 263 樞設,而控制桿 28 一端則樞 設在基座263 內,另端則外露在基座 263 外以結合拉索 281,所以控制桿 28 能以樞點 d 為半徑旋轉中心; 又該基座263 是連結在氣壓棒 26 底端,所以氣壓棒 26 能以基座 263 的樞點 c 為半徑旋轉中心。 前述中,坐墊架22 的斷面呈〝7〞字形,因此形成有寬板 221 及窄板 222 的結構,坐墊架 22 在氣壓 棒26 的傾斜升降作用下能以樞點 a 及樞點 b 為旋轉中心而偏轉,然而,為了使氣壓棒 26 能穩固傾斜升 降坐墊架22,即有以下三種實施例,如: 實施例一:在氣壓棒26 上端設置一滾輪 262,滾輪 262 的輪溝抵觸著窄板 222 底緣,所以窄板 222 有如滾輪222 的導軌以供其滾動,此滾輪 262 與氣壓棒 26 上端、及連桿 23 上端共以一軸結合。 實施例二:在寬板221 處設置一道導溝 221a 以供滑輪 261 導入,此滑輪 261 只能在導溝 221a 內前 後轉動,而且滑輪261 與氣壓棒 26 上端、及連桿 23 上端共以一軸結合。 實施例三:同時將上述實施例一與實施例二共構結合,且滑輪261、滾輪 262 與氣壓棒 26 上端、及 連桿23 上端以一軸共構結合,有如目前圖 5 所示實施例。 上述中,實施例三的實施效果較實施例二為優,而實施例二的實施效果較實施例一為優,因此以實 施例三為最佳。 前述氣壓棒26 是以桿形內缸 26a(可同參圖 6)下端與基座 263 結合,在內缸 26a 內具有一控制芯 26b, 此控制芯26b 穿入基座 263 內並頂抵著控制桿 28 一端,而控制桿 28 的另端則被拉索 281 牽引著。當拉 索281 拉動控制桿 28 後就能抵壓控制芯 26b 以使氣壓棒 26 產生上升動作;反之,不拉動控制桿 28 就不 會抵壓控制芯26b,那麼氣壓棒 26 就不會產生任何動作。前述氣壓棒 26 為習式成品,其利用控制芯 26b 來啟動氣壓棒26 的作用原理在此即不予贅述。 前述拉索281 能與控制器拉索 291 連結成同一拉索,但為了使左右兩組升降裝置 20 能同步動作,拉 索281 上端則繫結在活葉 27 一側,而控制器拉索 291 下端則繫結在活葉 27 另側。又為了使控制器拉索 291 產生止剎作用,則在基板 21 後上端設置一固定板 212 以用於止擋拉索 291 外皮,所以只要手握式拉 引器29a 拉動拉索 291 就能使活葉 27 朝前偏轉,而活葉 27 又拉動控制桿 28 偏轉。前述手握式拉引器 29a 拉動拉索291 的實施方式與一般剎車線雷同,此為公知技藝,在此不予贅述。 如圖5 中更可看出三根連桿 23、24、25 下端分別樞設於基板 21 的前、中、後位置,所以三根連桿 23、24、25 分別以三個樞點 e、f、g 作為半徑旋轉中心,因此只要氣壓棒 26 產生升降動作就能同時使三 連桿23、24、25 同步動作。

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圖 6 所示為本研究升降裝置動作後的示意圖,由圖中可知當使用者按壓手握式拉引器 29a 後就可帶 動拉索291 並拉動活葉 27,而活葉 27 以轉軸 271 為軸心產生轉動後,再以拉索 281 帶動控制桿 28 以觸 動氣壓棒26 的控制芯 26b,造成氣壓棒 26 動作;由於氣壓棒 26 上端以滾輪 262 頂著坐墊架窄板 222 底 緣、以滑輪261 受限在寬板 221 的導溝 221a 內,因此氣壓棒 26 推升時受三連桿 23~25 的牽制而使滾輪 262 朝前滾動、滑輪 261 則在導溝 221a 內朝前移動,使得坐墊架 22 及固定在其上的坐墊 223 能同時逐步 傾斜上升至45゜角上下,進而輔助坐墊 223 上的使用者由坐姿順利地站於地面上。如果使用者不再按壓 手握式拉引器29a,那麼坐墊架 22 及坐墊 223 仍保持傾斜狀態,不會自動下降者。 倘當使用者欲由站立改為坐於坐墊223 上時,使用者身軀先朝後坐下,然後按壓手握式拉引器 29a, 這時藉助身體重量朝後而使氣壓棒26 承受負擔後就能自動收縮,且在三連桿 23~25 的牽制下而恢復成圖 5 所示狀態。 上述中,氣壓棒26 由後往前或由前往後的操作過程中,其舉升力道各為不同,其中,以坐墊 223 在 水平未動作狀態時,氣壓棒26 的傾斜角最大、長度最短,但卻是推舉力道取大的時候,因為這時的使用 者坐在坐墊223 上,所以氣壓棒 26 須以足夠大的力道才能將其推升。反之,在坐墊 223 上升完成時,氣 壓棒26 的傾斜角最小、長度最長,但卻是推舉力道取小的時候,因此使用者坐於坐墊 223 時,只需以個 人的體重就足以使氣壓棒26 受壓收縮;有鑑於此,在坐墊 223 下降還原後,盡可能的使氣壓棒 26 愈接 近垂直角、且長度愈短為最佳,以利於推升坐墊223。 又由圖7 所示可知,當坐墊 223 由靜止的水平狀態傾斜上升至最後,會上升 H 高度及上揚了 θ 角, 此為本案特徵之一,在坐墊 223 在上升的過程中,其前緣並不會朝前外凸,而是近乎垂直上升;反之, 圖 6 升降傾斜裝置在傾斜上升後的示意圖 圖 7 升降傾斜裝置在傾斜升降中的變化圖

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6 在坐墊 223 下降的過程中,其前緣並不會朝後移動,而是近乎垂直下降;有此可知,坐墊 223 在傾斜升 降的過程中並不會前後移動,這能避免使用者臀部底面與坐墊223 產生剪力摩擦。 再者,圖5 至圖 7 中還顯示出第一連桿 23 下端除了樞點 e 是由螺栓穿入小孔外,在近下端位置還預 留有數個小孔231、232,且孔與孔之間相隔適距,這些小孔 231、232 供螺栓穿入後能取代最下端的樞點 e。因此,當第一連桿23 高度調降之後(例如以小穿孔 232 作為樞點),將使氣壓棒 26 在上升後的傾斜 角度縮小(因更趨近水平角度),如此一來,氣壓棒 26 的推升力道會更降低,但此時卻適合體重輕的使用 者使用;反之,調升第一連桿23 的高度(例如以 e 為樞點),將使氣壓棒 26 上升後的傾斜角度增大(因更 遠離水平角度),又推升力道增強,所以適合體重較重的使用者使用。故以圖面所示為例,當以樞點e為 旋轉中心時,適合80 公斤的使用者使用,當以穿孔 231 為旋轉中心時,適合 70 公斤的使用者使用,當 以穿孔232 為旋轉中心時,適合 60 公斤的使用者使用;因此,調整第一連桿 23 的高度就可作為控制氣 壓棒26 的推升力道,進以適應不同體重的使用者使用。 關於前述輔助站立或坐下的實施方式,更可由以下圖8 及圖 9 的說明能獲致更深一層的瞭解。 由圖8 中可知使用者欲自輪椅上站立時,須將身體上半身重心朝前;之後如圖 9 所示,按壓手握式 拉引器29a,使坐墊 223 受氣壓棒 26 的推升而向上並向前傾斜,達到〝輔助站立〞的功能。反之,使用 者欲坐下時,則如圖9 所示,須使身軀朝後使重量落於坐墊 223 上,然後如圖 8 所示,雙手按壓手握式 拉引器29a 後,就能使氣壓棒 26 受重力負荷而自動收縮,使坐墊 223 慢僈緩降成水平狀態,達到〝輔助 坐下〞的功能。 圖8 使用者坐在椅子上預備站起來 圖 9 使用者利用本設計輔助站力的情形 另外,圖10 所示,為本研發產品之升降傾斜裝置 20 的連續動作示意圖,由圖中可知坐墊 223 有朝 前傾斜及同時上升的功能,或者坐墊 223 有朝後緩降傾斜及同時下降的功能,而且同步傾斜升降時座墊 223 並不會刻意的往前凸出於輪椅 10 前,所以不會有坐墊 223 前端去抵觸使用者雙腳的問題點,更不會 有使用者臀部與坐墊 223 間產生剪力摩擦造成疼痛的問題點出現,因此本研發產品能順暢地將使用者頂 起或坐下。

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圖10 升降裝置的連續動作示意圖

參、輪椅製作與操作方法

圖 11 所示為製作完成之具有輔助站立功能的座椅,圖 12 所示為坐墊上升的情形。輪椅包含有坐墊 的上升機構及可放置便盆的機構,輪椅本身可作輔助站立的功能外還可在輪椅上利用便盆大小便之用。 操作方法如下: 圖11 具有輔助站立功能的座椅 圖 12 為坐墊上升的情形

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8 1.輔助站立 圖13 按壓手握式拉引器圖 圖 14 使用者身軀先朝前傾斜 當使用者要站立時,使用者按壓手握式拉引器如圖13 所示,身軀先朝前傾斜如圖 14 所示 手壓者扶 手身體慢慢上升 此時坐墊下方的氣壓棒會推者坐墊往上協助人漸漸站立起來 2.輔助坐下 當使用者要坐下時,使用者按壓手握式拉引器如圖15 所示,屁股漸漸靠近坐墊,身軀先朝後坐下如 圖16 所示,這時藉助身體的重量朝後使氣壓棒承受壓力後就能自動收縮,使坐墊漸漸往下,同時由於氣 壓棒的下壓力量支撐者身體使人漸漸坐下。

肆、結果與討論

本研究所設計的輔助站立座椅,能讓使用輪椅者在無旁人輔佐的情況下,自行操作並由坐姿轉為站 立、或由站立轉為坐姿使用,以避免老人因要坐在椅子而因手無力而容易快速坐下造成危險,或要自椅 子起來時需要他人的扶持才能在起來相當的不方便。此外在座椅升降傾斜的過程中,避免與使用者臀部 產生剪力摩擦,防止因摩擦而產生疼痛或使皮膚產生破皮造成感染。且能供使用者以單手或雙手操作, 而即使是以單手操作也能同步控制左右兩邊的輔助站立機構。其椅座無須與椅背同動,因此只需椅座升 降傾斜就足以輔助雙腿無力或體弱的使用者站立或坐下,故結構設計方面較椅座與椅背同動式更為簡 易,成本也更能降低。本研究的優點除了能使坐墊升降傾斜外,也能簡化為只有傾斜實施的方式,而且 操作的方式可為手動操作或電動控制

參考文獻

中華民國新型專利,專利公告444592 號「齒輪系作動的輪椅輔助站立裝置改良」。2001.7.1。 中華民國新型專利,專利公告475433 號「輪轉牽引式的輪椅輔助站立裝置改良」。2002.2.1。 中華民國新型專利,專利公告483328 號「可輔助站立之輪椅」,2002.4.11。 中華民國新型專利,專利公告489649 號「可供輔助站立之輪椅結構」,2002.6.1。 中華民國新型專利,專利公告587450 號「馬桶椅座位之升降裝置」,2004.12.1。 中華民國新型專利,專利公告516421 號「馬桶座升降輔助機構」,2003.1.1。

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Wheelchair with assistive standing device

Jia-Wine Chen

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Lun-Jyh Jiang

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Abstract

It’s very inconvenient or even dangerous for elderly and disabled person while standing up and seating down due to the weakness of their extremities. The purpose of this study is to design a assistive wheelchair with assistive standing device in order to help users standing up and seating down without assistance from others. Furthermore, we can prevent the infection or injury of user’s skin caused by abrasion at their buttock while using the device to elevate, degrade and incline. Users could control both sides of the chair simultaneously by both hands or one hand only. The seat and back of the assistive wheelchair could be controlled separately, so that user with weak limbs could be assisted to stand up very easily. This design of structure with separately controlled seat and back is more user-friendly and cost effective. The advantage of our design is not only elevating, degrading and inclining the seat, but also simplifying the application by manual or automatic control.

Keywords:Wheelchair.

*

Department of mechanical engineering, Oriental Institute of Technology.

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數據

圖 5 升降傾斜裝置在未動作前的示意圖
圖 6 所示為本研究升降裝置動作後的示意圖,由圖中可知當使用者按壓手握式拉引器 29a 後就可帶 動拉索 291 並拉動活葉 27,而活葉 27 以轉軸 271 為軸心產生轉動後,再以拉索 281 帶動控制桿 28 以觸 動氣壓棒 26 的控制芯 26b,造成氣壓棒 26 動作;由於氣壓棒 26 上端以滾輪 262 頂著坐墊架窄板 222 底 緣、以滑輪 261 受限在寬板 221 的導溝 221a 內,因此氣壓棒 26 推升時受三連桿 23~25 的牽制而使滾輪 262 朝前滾動、滑輪 261 則在導溝
圖 10 升降裝置的連續動作示意圖  參、輪椅製作與操作方法  圖 11 所示為製作完成之具有輔助站立功能的座椅,圖 12 所示為坐墊上升的情形。輪椅包含有坐墊 的上升機構及可放置便盆的機構,輪椅本身可作輔助站立的功能外還可在輪椅上利用便盆大小便之用。  操作方法如下:                  圖 11  具有輔助站立功能的座椅              圖 12  為坐墊上升的情形

參考文獻

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