多功能電動輪椅
陳佳萬
機械工程系
摘要
由於人口老化已成為世界的驅勢，因此老年問題 已成為世界各國面臨的最的方便，輪椅是目前能夠幫 助老人或殘障的主要工具之一，目前現有的輪椅的功 能其動作較為單純，無法幫助老人或殘障者日常生活 所需的食衣住行問題。本多功能電動輪椅的功能包含 有 (1).輪椅可作升降:協助老人或殘障能夠將輪椅 得座墊升降到與家庭的床舖或醫院的病床相同的高 度，使得老人或殘障能夠容易平移到床舖或由床鋪移 到輪椅上；(2). 輪椅可作平躺動作 : 當老人或殘障 坐久之後覺得累時，可使輪椅自動躺到任何舒適的角 度；(3). 輪椅可直接推到馬桶的上方，以方便老人 或殘障者大小便之用。(4).輪椅可作洗澡的用途，以 解決目前行動不便者洗澡的問題；(5) 輪椅的高低升 降動作可協助行動不便者餐飲或一般家庭主婦廚房 的使用問題。 本研究創作的完成解決老人或殘障在 日常生活上許多的不便，由於是採用電動模式，因此 可提高行動不便者的自主性，不必要事事要依賴他人 才能行動，因此是一部人性化的老人或殘障輔具設 備。 關鍵詞：被動式關節復健機、關節術後復健、 關節僵化前言
本研究創作的目的是為了解決老人或殘障者在 日常生活上許多的不便，由於是採用電動模式，因此 可提高行動不便者的自主性，使其自行去想去的地 方，可以不再勞煩到他人，多了一層自由，不必得事 具設備。此外本設計增加椅背與坐墊平移的功能，不 但可以使人從床上到輪椅時可以更加方便輕鬆。上廁 所則是更加方便可直接將輪椅倒退到馬桶上，此功能 是目前所有輪椅都無法達到的功能。機構設計原理
一、輪椅的坐立與平躺機構 坐立(如圖 1 所示)與平躺(如圖 2 所示)機構是將 靠背與腳板作直立與傾斜的機構，是輪椅坐立時機構 的位置。靠背是固定在一旋轉軸上，此旋轉軸連接一 連桿與馬達及螺桿的結合機構連接。當要往後躺時， 啟動馬達使得螺桿往馬達方向移動，連桿以旋轉軸順 時針旋轉，靠背也會以旋轉軸順時針方向旋轉，使得 靠背往後躺，是輪椅平躺時機構的位置。又由於腳板 必須與靠背同時一起升降，因此在旋轉軸上連接一根 頂桿與腳板連接，當靠背往後躺時，頂桿會與旋轉軸 一起旋轉，而使得頂桿往前移動，將腳板一起頂高， 如此當人往後躺時腳也會一起抬高，以此達到平躺的 目的。圖 2 輪椅平躺時 二、輪椅的上升與下降機構 如圖 3 所示為輪椅的上升與下降機構，此機構是 利用兩根交叉的連桿（A 及 B 桿）。其連結處是在連 桿的中間以一根銷子連接，而連桿 A 的上端是連結在 扶手的坐墊支桿上，而另一下端是連結在固定軸上； 同理 B 連桿的下端是連結在滑桿上，而另一上端是連 結在扶手的坐墊支桿上，此滑桿是連接在馬達與螺桿 結合機構上，可左右移動。當上升時馬達反轉使得導 螺桿往馬達的方向縮回，同時使連桿 B 的下端往馬達 的方向移動，由於坐墊支桿與滑桿是由一兩根交叉的 連桿連接成平行機構，因此當滑桿的一端往馬達的方 向移動時，會使得連桿 AB 的上端將坐墊支桿上升， 使得整個坐墊會水平上升，如圖 4 所示整個機構上升 的情形。 圖 3 輪椅未上升前的組合圖 圖 4 輪椅上升時的組合圖 三、頭墊的設計 採取圓弧形的設計，一方面符合人體工學，另一 方面可以防止老年人與身心障礙者的傷害。譬如在路 面不平時，會使他們的頭部晃動，而造成了頸部傷害。 同樣的，為了患者的舒適著想，只要將頭墊後面 的固定器拔掉，就可以往後放下。如圖 5 及圖 6 所示。 圖 5 頭墊以插銷放置在背墊上
A 桿
B 桿
圖 6 將插銷拔除使頭墊放下 四、座墊的設計 坐墊的設計，必須考慮其透氣性，這樣才不會造 成病人在長時間坐著後，引發皮膚過敏、溼疹……等 皮膚方面的問題。 由於考慮到身心障礙者的感覺，所以坐墊的設計 是以方便舒適為原則。坐墊的底板為普通的木板，在 其上方則舖以海綿所做成的沙發。 但設計座墊並不只是考慮到身心障礙者能否舒 適的坐著，同時也要考慮到上廁所的問題。因此在坐 墊的中間部位做了一個 U 形槽，這樣在需要方便時可 以將其拉開，使身心障礙者可以不必上下輪椅來上廁 所，如圖 7 所示。 圖 7 利用把手將來移動塞塊 五、背墊的設計 與坐墊的設計相同，以身心障礙者的方便舒適的 最先。由於一般輪椅的椅背部位，皆設計成與坐墊垂 直，如此設計也容易使長時間乘坐者背部酸痛，在此 我們將其改良為可調式，可隨使用需要變換椅背的角 度，想必這樣可使病患覺得更舒適。且在輪椅傾斜 時，必須與坐墊配合好，以避免使得乘坐者感覺不舒 服，如圖 8 所示。 圖 8 舒適的背墊可使人不容易疲累 六、扶手的設計 扶手不但是要避免身心障礙者會從輪椅上跌 下，而且也不能太高或太低，以免手放在扶 手上時會不舒服。而為了使身心障礙者在上 下輪椅間能順暢無阻，因此將其設計使扶手 能夠向旁放下，只要將扶手上的固定器拿 開，就可使人員方便上下，固定器以練子固 定在輪椅上，避免遺失。如圖 9 及圖 10 所 示。 圖 9 扶手固定在輪椅上 圖 10 將固定器取下使扶手放下 七、平移機構 為了使身心障礙者在輪椅及床鋪間能毫無困難 地來去，在輪椅的背墊及坐墊上分別裝上了兩組滑 軌。在背墊部份，將其彈簧固定器拉開，就可將其移 動；椅墊部份，只要將要移動方向的握桿往下扳開， 就使其可以左右移動，貼近床舖。如圖 11 及圖 12 所 示。
圖 11 將固定器拉開，以使背墊平移 圖 12 將握桿扳開，即可使椅墊平移 八、驅動機構 本輪椅的驅動是以直流馬達直接驅動第 5 輪使輪 椅走動，馬達精減速機減速之後以每分鐘 10 來使第 5 輪轉動。馬達軸心直接連於前輪驅動輪的軸心上，如 圖 13 所示。 圖 13 馬達以傘行齒輪組來驅動第 5 輪轉動 九、控制系統 利用控制盒可控制輪椅的上升、下降、前進與後 退以及椅背的挺起與躺平。 十、電力系統 電動輪椅，那就少不了電力設備了，在此我們是 使用 14 伏特的電瓶來使輪椅做椅背傾斜、輪椅的上 升下降及前進的動作。充電時間約需 8 小時。 十一、板的設計： 調查了許多輪椅後，我們發現一張好的輪椅，不 僅要有上述的條件外，踏板的設計也是不容忽視的， 設計不良會使病人在乘坐時，因腿部無法伸展，感到 極為不舒適，所以踏板的設計也是很重要。本設計是 讓踏板具有伸縮的作用，當輪椅躺平時腳會伸長，當 輪椅是在坐姿時腳會縮短，故在設計上是以伸縮套管 來使踏板伸長與縮短，如圖 14 所示。 圖 14 腳踏板
多功能電動輪椅的使用方法
本多功能電動輪椅設計的目的是要解決行動不 便及老人的日常生活問題，因此從起床、日常生活的 休閒、煮飯、吃飯、上廁所及 洗澡等等均必須要能照 顧得到，而這些所需要的動作及去處均可在本輪椅上 完成 一、 輕度行動不便者而能自行操作的使用方法 將輪椅移動到家裡臥室的床(或醫院的病床) 邊，並將右邊的扶手放下，將坐墊向床移動使其與床 同高(如圖 15 所示)，人從床上做起來，坐者將屁股 移動到輪椅上坐好(如圖 16 所示)，將輪椅稍位移離 床邊，將原先放下的扶手拉起以銷固定(如圖 17 所 示)，此時坐墊將會被推回坐椅的中間。伸縮套管
圖 15 將坐墊輕移到床邊或床上 圖 16 完全坐好在輪椅上 圖 17 將扶手拉起固定 二、重度行動不便者需要看護人員照顧者的行操作用 方法 對無法自行坐時來的行動不便者需要由人來 照顧時，其使用方法為將電動輪椅移動到床邊升高或 降低到與床等高，將輪椅靠床的一邊將扶手放下如圖 15 所示，按下輪椅背板的往下按鈕將輪椅的靠板(背 板)漸漸往後躺使其與床同高，此時腳背板也會與背 板同時動作漸漸升高使輪椅變成一張與床平行的床 或稍為比床高出一個坐墊的厚度再將背墊與坐墊一 起滑移到床上如圖 18 所示。依使用者的需求而定， 然後由照顧者將行動不便者以躺者的方式慢慢移動 到輪椅上(如將背墊與坐墊一起滑移到床上時，此時 需將背墊與坐墊推回坐椅中間)如圖 19 所示。按下輪 椅背板的往上按鈕，使坐椅變回坐的姿態，然後將靠 近床邊的扶手拉起固定，如圖 20 所示。 圖 18 將輪椅躺平使其與床同高 圖 19 將人移動輪椅上 圖 20 將背墊升高及腳墊放下使成坐姿 三、行動不便者的坐立與平躺 由於老人或殘障者因為體力的關係並無法一直坐 著，當行動不便者覺得疲累時，必須要躺下來休息。 此時可按下輪椅背板的往下按鈕，將輪椅傾斜至舒適 的角度之後來休息，如圖 21 所示為坐立、傾斜、躺
下休息的情形。 四、行動不便者上廁所的使用方法 上廁所是所有生物在日常生活中最重要的行為之 一。但如果是行動不便者要上廁所時，都需要有人陪 同。因為要幫忙推著輪椅進入廁所、或者當行動不便 者坐在馬桶上時要有人扶持（以避免傾倒），而這將 會造成行動不便者本身的不便。例如要上廁所時，看 護人員或家人剛好不在身邊可以幫忙，將無法去上廁 所，而老人在憋尿的功能上無法像正常人一樣，而造 成尿在身上的情況，造成家人的困惱；同時也造成了 看護人員或家人們的不便，因為必須時時留在行動不 便者的身邊。 但使用本多功能電動輪椅時，行動不便者只要將 坐墊中間的塞塊移開，則坐墊即變成馬桶座如圖 22 所示。因此只要將電動輪椅倒退到馬桶的上方，即可 坐在電動輪椅上大小便，非常方便。如圖 23 是實際 使用的情況。 圖 22 是拉開塞塊下面即是馬桶 五、.行動不便者洗澡的使用方法 但在使用本設備時，只要將行動不便者推到浴室 內，將椅子調整好使其躺平，然後脫去衣物（避免在 浴室外先行脫去衣物而造成感冒），即可在躺著的狀 態下洗澡。如此行動不便者將可在舒適的環境下享受 到洗澡的樂趣，同時看護者也可輕易的清洗每一部份 （正面清洗完之後將人翻身，因此時人是躺著可以輕 易翻身，再將背部清洗乾淨），完成之後擦乾，穿上 衣物。因所有的動作均是在躺著的狀態下進行，因此 在操作上比坐著的狀態下容易許多。 六、餐飲或一般家庭主婦廚房的使用 由於一般的輪椅其高度是一定的，除非把它拆了 重新組裝，否則並不能夠自行調整。當行動不便者要 在餐桌吃飯時，由於輪椅扶手的高度太高，扶手的這 個部位就會碰到桌邊如圖 24 所示，這使得行動不便 者無法靠在餐桌上正常的用餐。使用本設備時可將輪 椅調整到適當的高度，使其扶手能進入餐桌的下或者 是將扶手往兩旁放下也可以進入餐桌的下方如圖 25 所示。就可讓行動不便者也能像普通人一般的緊靠在 餐桌上用餐。 此外一般行動不便的家庭主婦在廚房內洗菜或 煮菜時，由於一般輪椅其高度並無法配合普通流理台 的高度使用，而造成行動不便的主婦在廚房內洗菜、 圖 21 躺平的實際情形 圖 23 輪椅進出廁所的情形
煮菜或拿東西非常不方便。使用本設備時可將座椅調 整到適當高度，使得行動不便的家庭主婦在廚房內洗 菜、煮菜或拿東西時都能夠隨心所欲，解決她們的困 擾，如圖 26 至圖 28 所示。 圖 24 扶手太高無法進入餐桌內 圖 26 廚房洗菜 圖 27 廚房煮菜 圖 28 將輪椅升高到廚櫃取高處物品 七、其它的使用 家裡的其它雜事的幫忙如廚櫃上的拿東西如圖 29 所示，戶外的活動如外出買東西、休閒等等均可將本 輪椅開到戶外，因速度慢又有自動煞車系統，因此使 用上非常方便。 圖 25 調整高度使輪椅順利進餐
圖 29 高處櫥櫃取物
結論
本研究所設計製造出來的多功能電動輪椅結合 了一位行動不便者，在家中日常生活中所需要的一切 功能，如坐、躺、四處移動、餐桌吃飯、廚房工作、 升降取物及上廁所、洗澡等等的功能。這樣的設計可 以使得一位行動不便者不僅能夠在缺乏家人的隨時 照顧下，也能過靠著本多功能輪椅而過著正常人的生 活；也有尊嚴的解決了自己的日常生活問題，不必要 再時時依賴別人、麻煩他人。在此同時也減少了家人 中至少須要有一人隨時在旁照顧的不方便，有形無形 中也就減少了家庭的負擔。 而為了要降低本輪椅的生產成本，以使得本設備 能夠更加地普遍化，也是為了能夠使一般的中低收入 戶家庭中的行動不便者也能夠購買到本項產品。因此 我們設計之機構不但經過多次的試用及機構的簡 化，使得在設計上已經達到最佳化的成果。相信在廠 商技術移轉之後並大量生產的情況下，其購買的單價 必定能夠使一般的中低收入戶家庭所接受。參考資料
1.”Basic biomechanics of the Musculoskeletal System” MARGARETA NORDIN VICTOR H.FRANKEL 2.亞東技術學院醫療輔具研發中心 (1).“下肢復健機”，中華民國新型專利第 130585 號、日本第 3063280 號 及中國大陸第 333246 號等、美國發明專利第 5901581 號。創作人： 陳佳萬、朱耀棠，張安心、郭有順。申請人： 亞東紀念醫院、亞東技術學院。 (2).“上肢復健機”，中華民國發明專利第 141437 號。創作人：陳佳萬、朱耀棠，張安 心。申請人：亞東紀念醫院、亞東技術學院。 (3).“針頭分離器與針頭貯存器”，中華民國新型 專利第 150409 號。創作人：陳佳萬、張安心、 劉家成。申請人：亞東技術學院、陳佳萬、張 安心。 (4).“洗澡椅”，中華民國發明專利申請中。創作 人：陳佳萬。申請人：、陳佳萬、汪治。 (5).“腳踝關節復健機”，中華民國發明專利申請 中。創作人：陳佳萬、 朱耀棠，郭有順。申請人：亞東紀念醫院、 亞東技術學院。 (6). “防褥瘡電動座椅” 中華民國發明專利申請 中。創作人：陳佳萬、 林佐武。申請人：長涓企業有限公 、陳 佳萬、林佐武、吳晉田。
Multi-Functional Electric Wheel Chair
Jia-Wine Chen
Department of Mechanical Engineering
ABSTRACT
The aging population is now an international trend, so the growing number of the old has contributed as one major headache to countries over the world.Bio-technology could be the focus of future developments in helping it out. Nevertheless, the practical demands most needed by the old or the handicapped at the time being still are the conveniences in daily life, while a wheelchair could serve as one substantial assistance in this respect. Generally speaking, wheelchairs which were popularly adopted so far have not helped as much in real life of the old or the handicapped as they may desire. However, our new multi-functional wheelchair does make the followingdifferences: (1) ASCENSION & DESCENSION: the sitting-pad could be elevated or descended to the same level of a house bed or a hospital bed, so the old or the handicapped could easily be moving between the wheelchair and the bed; (2) DECLINATION: the wheelchair could be declined to any comfortable angle for the old or the handicapped to lie down after tiring from a long sitting; (3) RESTROOM: it could be pushed directly over a urinary toilet – the best conveniences in using a restroom; (4)
BATHING: the old or the handicapped can take a bath directly at the wheelchair- this helps to solve the existing problem in bathing the handicapped; (5)again,the ascending & descending functions of this new wheelchair would help them in dining, as well as for housewifes in kitchen etc. The accomplishment of our study and development has helped a lot in dissolving the inconveniences caused on daily life of the old or the handicapped, and helped to restore dignity and self-independence to the handicapped as the wheelchair is electrically automated – it is not necessary for them to count everything on other people's assistances any more. This new wheelchair is ideally a humanitarian supplement to the old and the handicapped.
