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让科学流行起来:科学传播、电视表达与大众参与

2019-05-22 10:37 来源:中国涪陵网

  让科学流行起来:科学传播、电视表达与大众参与

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一中学生发明"爬楼轮椅" 不颠不打滑能自驾

发布时间: 2019-05-22 08:46:39 | 来源: 北京晚报 | 作者: | 责任编辑: 闫景臻
(责编:王吉全)

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我国老龄化日趋严重,老年人腿脚不便,上下楼成了一大障碍。“上下楼时老人很容易跌倒,造成无法挽回的后果。”为了解决老人和残障人士“上楼累,下楼难”的问题,北京工业大学附属中学高一年级的王昱添设计了一款“自平衡爬楼轮椅”,用较低廉的价格解决了老年人的“爬楼”困境。这个设计在前不久举办的2017年北京青少年科技创新大赛上获得了一等奖。

自平衡实现安全爬楼

“姥姥、姥爷都已经80多岁了,家在山城重庆,本就地势起伏不平,又住在7层高的楼房内,平时上上下下、进进出出都很不方便。”王昱添很想为姥姥、姥爷生活质量的提高出一份力,看到地铁站的无障碍设施,他想到了以“爬楼轮椅”代步的方法。为此,他曾到网上商城查找爬楼轮椅,“价格太贵了,一把轮椅在5万元左右,这个价格相信很多家庭都难以承受。”此外,市面上的“爬楼轮椅”不少都只有爬楼功能,缺乏减震和必要的安全措施,这不仅让老人在体验上不那么舒适,更有可能对安全造成威胁。“为此,我想设计出一款保证舒适安全、尽可能多的实现老人需求,并且价格低廉的多功能轮椅,让它变成老人和残障人士的另一双腿,”王昱添说。

抱着这个想法,他参照坦克的运动原理,设计出了一款靠履带前行,并具有自平衡功能的“爬楼轮椅”。“借鉴了运动手环所采用的电子陀螺仪和加速度计,可以实时监测地面的夹角。这样一旦遇到倾斜或颠簸等情况造成的轮椅角度偏差,系统就会控制轮椅座位下方的两轴平衡系统进行调整。如果轮椅前倾,就往后拉;如果轮椅后倾,就往前推,这样就保证了基本的平衡。”王昱添解释,受轮椅大小的限制,完全平衡只能在一定角度内保证,“楼梯坡度在30度以内,可以保证座位水平;如果超出范围,也能做到基本平衡,偏差不会超过15度,保证至少不让人摔下来。”据他介绍,目前市面上的爬楼轮椅的攀爬角度约在25度之内,而他设计的新型爬楼轮椅则适用于更多的场合。

不怕突然停电或打滑

在实现了爬楼和自平衡的基本功能之后,王昱添开始为轮椅的舒适度和安全性考虑。“市面上的爬楼轮椅没有减震设计,‘硬邦邦’地运动,让人坐在上面很不舒服。”借鉴汽车或坦克的扭杆悬挂系统,王昱添设计了轮椅的减震器,对道路不平或坑洼带来的震动进行减震,确保出行的舒适度。

“如果轮椅在爬楼时没电了,或者是打滑了,怎么办?太危险了。”想到这里,王昱添决定为轮椅增加应急支架、安全系统。“我写了一个自检的小程序,在轮椅自动运行的过程中,会不断对周围环境的安全情况进行评估。”如果在爬楼的过程中打滑或没电了,安全系统会率先对两侧的履带进行锁定,“不论怎么打滑,履带锁定,轮椅就不动了。”然后在一秒钟之内,轮椅下方像飞机起落架一般的应急支架就会伸出,撑在楼梯或地面,对轮椅进行固定和支撑。

王昱添的爬楼轮椅已经改了四版,目前正在调试、改进第五代。如今,这款轮椅又有了许多让人意想不到的功能。比如座位平移功能, “现在不少公共场所都设有无障碍设施,比如残障人士专用的卫生间。但对于许多行动不便的人来说,使用公共设施还是有困难的。”为此,王昱添设计程序、改造结构,使座位能够脱离轮椅,将坐在上面的使用者平移到需要的位置,“比如,行动不便的老年人在使用公共卫生间时,一按按钮,连人带座就会移动到马桶上方。”

有望实现“自动驾驶”

虽然整个项目跨越了王昱添的初中和高中两个时期,现在升入高中的他学业渐忙,但他对自己的这个项目,还是有很多“脑洞”合不上,正在着手对它的各个方面进行改善,添加更多的功能。

首先就是基于目前轮椅已经具备的“GPS定位报警系统”演化而来的“自动驾驶系统”。王昱添介绍,目前轮椅已实现紧急报警功能,“当轮椅上的老人、病人遇到特殊情况,可以直接按下轮椅一侧的按钮,系统将把目前轮椅所在位置的坐标发送到手机端,家人、子女通过接收坐标信息和地图的坐标反查功能,就能及时赶到提供帮助。

下一步,王昱添打算为轮椅增加“自动驾驶”的功能,“在楼梯间,像坐电梯一样,在轮椅上按下几层,直接就能‘爬’到几层。”虽然原理类似电梯,但既不用对楼梯进行改造,也不用大规模铺设轨道,既省时又省力,还能节省建设开支。

此外,他还希望基于物联网的技术,实现轮椅状态和位置在手机端的实时展示,“家人可以通过手机实时查看老人、病人的情况。”

王昱添希望自己的发明能够大规模推广,让它纳入社区养老的范畴,成为公用设施,来服务更多的老年人和残障人士。

文章来源: 北京晚报
 
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