轮椅设计
介绍［|]
世界卫生组织定义作为“为行走或移动有困难的人提供轮式移动和座位支持的装置”的轮椅。．因此，轮椅的目的是改善个人的行动能力。轮椅设计的目的是生产性能良好的轮椅，可以提供适当的座位和姿势支持，而不影响强度，耐用性和安全性。当政府当局、制造商、工程师、设计师、服务提供者和用户在设计方面履行各自的角色时，这一点就可以实现。[１]
考虑到使用者的不同需求，轮椅的设计有很大的不同，如总长度、重量、车架类型和宽度、座椅配置、轮和脚轮类型、臂和脚架、轴位置和推进机构等，都具有影响功能。为了确保轮椅是合适的，设计师和供应商必须彻底了解预期用户的需求和他们的环境。根据Visagie et al(2015)，设计特征必须与用户的功能能力相匹配［2］
当有多种型号可供选择时，用户的需求得到了最好的满足。轮椅的设计应使其使用者能够参与尽可能多的活动。至少，轮椅应该使使用者能够过上更积极的生活，而不会对他们的健康或安全产生负面影响。舒适性和安全性是影响长期使用者生活质量的两个重要因素。[１]
世界卫生组织表示，轮椅的设计取决于以下几个因素:“设计特征必须与用户的功能能力和姿势支持需求相匹配，同时也要符合环境和耐用性要求。实现使用者、轮椅设计和环境之间的理想匹配可能既困难又重要。”[3]
- 用户的物理需求
- 使用轮椅的环境;和
- 制造和使用轮椅的材料和技术。
一般考虑［|]
轮椅的设计应使其使用者能够参与尽可能多的活动。至少，轮椅应该使使用者能够过上更积极的生活，而不会对他们的健康或安全产生负面影响。舒适性和安全性是影响汽车安全性的两个重要因素[１]
用户的健康和安全［|]
虽然有轮椅似乎比没有轮椅好，但当轮椅导致或促成伤害或其他健康风险时，情况并非如此。绝不能为了降低成本而损害用户的健康和安全。轮椅的设计应确保使用者的安全和健康。使用者可能在轮椅上受伤的情况有很多，例如:[１]
- 坐垫不足或没有坐垫的轮椅会导致褥疮;
- 不稳定的轮椅可能会向前或向后倾斜，导致使用者摔倒并可能受伤;
- 强度和耐久性［|]
室外使用的轮椅比室内使用的或在平坦的道路上使用的轮椅受到更大的磨损。轮椅必须足够坚固，在使用过程中不会突然失灵。轮椅的使用寿命应尽可能长，需要最少的维修，或在需要维修的地方，应能够在使用者所在地维修，并容易获得更换零件。[１]
使用适用性［|]
轮椅应该适合使用它们的环境和使用它们的特定人群。一种轮椅设计不可能适合所有人。在设计或选择轮椅时，有必要考虑轮椅的环境和使用方式。考虑以下情况;[１]
- 在崎岖不平的道路上长途跋涉。
- 每天都要在许多路肩上走来走去。
- 进入建筑环境:狭窄的门道、小转弯区、陡峭的坡道、书桌和桌子、浴室设施(例如坐式和蹲式厕所)。
- 暴露于潮湿，如雨，高湿度，雪，冰，冰雹和体液，如尿液和汗水。
- 用户坐在轮椅上洗澡。
- 暴露在极端温度下。
- 使用者在轮椅的推把、椅垫、脚凳或其他部位运送货物。
- 乘客乘坐在脚踏板和扶手上。
- 当轮椅被占用时，人们用扶手、脚凳或推把把轮椅抬起来。
- 在狭窄的空间或其他拥挤的环境中搬运轮椅。
轮椅的生产［|]
在设计新轮椅或选择现有轮椅设计时，了解轮椅的生产地点是很重要的。在不同的地点，生产所需的技术技能、可用技术、材料和部件会有所不同。因此，为一个地区设计的轮椅可能不适用于另一个地区。然而，基本设计可能非常相似。[１]
轮椅设计［|]
功能性能［|]
功能性能是指轮椅在不同环境下对不同使用者的表现。轮椅的功能性能是由它独特的设计和特点决定的。在设计或选择不同用途时，需要考虑许多妥协，但总体而言，手动轮椅应配置为优化日常功能的稳定性和可操作性。
稳定性是确保客户安全使用椅子的必要条件。机动性影响进入狭窄空间和推进的便利性。轮椅的机动性和稳定性可以通过调整后轴和前轮位置相对于轮椅和病人的质量中心而改变。在实践中，一个合适的轮椅配置应该平衡他们对稳定性和可操作性的需求。
由于在稳定性和可操作性之间有一个很好的平衡，轮椅的配置应该针对各种环境下的室内活动和室外使用进行评估，也应该根据客户的轮椅技能、经验和健康状况的变化(例如调整轴的位置以补偿体重的增加或减少)随着时间的推移进行审查。
本节提供了影响主要表现类别的轮椅的主要特征以及如何评估它们的信息。它还概述了在选择不同的设计特性时需要考虑的折衷。为了满足个人使用者的功能需求，轮椅的设计和尺寸需要有所不同。[１]
轮椅稳定［|]
与手动轮椅座位有关的稳定性可能涉及许多特征，包括:
- 椅子向后倾斜成一个轮架时所产生的阻力
- 椅子前倾或侧倾的阻力，以及
- 在典型的日常使用中，座位的容量支持客户的坐姿。
轮椅的稳定性影响轮椅的安全性，以及使用者在轮椅上进行活动的能力。轮椅翻倒会给使用者造成很多伤害。在这里，我们更详细地了解稳定性，并考虑如何改变轮椅的设置以保持稳定性。
静态稳定性;与轮椅不移动时的稳定性有关。这决定了轮椅是否会翻倒(一些轮子与地面失去接触)，例如，当使用者俯身从地上捡东西或进入或离开轮椅时。
动态稳定;关系到轮椅移动时的稳定性。这决定了用户是否可以骑在颠簸或倾斜的表面上而不倾倒。用于增加轮椅稳定性的设计特征对其他功能性能特征具有次要影响。例如，向前移动前轮脚轮增加了稳定性，但降低了轮椅在有限空间中的机动性。这些关系描述如下。
一般稳定;受使用者和轮椅相对于其轴距的组合重心位置的影响。降低座椅高度是增加总体稳定性的一种方式，其相关的优点和缺点如下所示。
优势
- 使用者可能更容易接触到地板上的物体。
- 座椅，包括使用者的膝盖，将更适合放在桌子和桌子下面。
- 对那些用脚推动轮椅的人来说更容易吗
缺点
- 较低的位置可能会让你更难接触到上面的物体。
- 这种姿势可能不太舒服，可能会增加使用者座位上的压力(造成压疮)。
- 用户的推位可能更差，更难以接近手圈。
在末尾的稳定性;阻力向后倾斜，是由后轴位置的影响，相对于用户的重心。增加后部稳定性的方法及其相关的优缺点见表1;
表1 优势 缺点 将后轮进一步移动到用户的重心后面 - 有些人，比如一些双膝以上截肢者，需要增加后向稳定性，因为他们的重心更靠后。
- 在斜坡上转向下坡的倾向增加。
- 使用者将有更少的机会进入手圈和缩短推行程，使它更难以推动轮椅和对上肢的压力。
- 用“前轮倒转”越过障碍物会更加困难。
- 轮椅在狭窄的空间里很难操纵。
使用防倾斜装置防止轮椅向后倾斜 - 防尖装置对于一些身体不稳定或正在学习“轮滑”(即用户抬起前轮并在后轮上保持平衡)的用户是有用的。
- 大多数防倾斜设计限制了轮椅在不平坦的表面上行驶的能力(如路缘或斜坡)。
提出稳定;受前轮脚轮的大小和位置影响，相对于用户的重心。增加正向稳定性的方法及其相关的优缺点见表2。
表2 优势 缺点 移动前脚轮向前用户的重心 - 当轮椅的脚轮被一个无法翻滚的物体突然停住时，轮椅就不会向前倾斜。
- 减少前轮的重量会减少前轮的滚动阻力，使轮椅更容易滚动。
- 总的来说，轮椅的长度更长，这使得在狭窄的空间中操作变得更加困难。
更大的前脚轮 - 前脚轮尺寸对动态稳定性影响显著;有了更大的前轮，轮椅就能翻过更大的障碍物而不会停下来或向前倾斜。
- 更大的前轮需要更多的旋转空间;轮椅的设计需要更长或更宽，以便为使用者的脚留出空间。
横向稳定性;受轮椅宽度影响。轮椅的前轮和后轮接触地面的距离越远，轮椅就越能抵抗侧翻。增加横向稳定性的方法及其相关的优缺点见表3。
表3 优势 缺点 增加轮椅宽度 - 提供更多的稳定性。
- 舒适的座椅。
- 对超重的人更好。
- 宽大的轮椅很难通过狭窄的门道。
- 不有效的推动和硬上肢，因为用户必须伸出手来推动手环。
增加弧度车轮 - 弧度使车轮更接近用户，更符合用户的向前推进行程，从而使其更容易推动。这对女性尤其有帮助，她们的肩膀通常比男性窄，但臀部比男性宽。
- 通过斜坡时牵引力更好。
- 宽大的轮椅很难通过狭窄的门道。
- 折叠时，弧度增加了轮椅的宽度。(图2)
拥有先进的行动技能和良好的躯干控制能力的使用者，如果能够在后轮上保持平衡，并且能够将重心向前、向后或向一侧移动以防止翻倒，就可以部分地弥补轮椅的不稳定性。
机动性［|]
轮椅的可操作性通常是指以下特征的组合:
- 椅子在狭小空间中导航的整体能力
- 椅子的速度可以轻易改变，而且
- 可以轻松地改变椅子的方向。
一个非常灵活的轮椅将适合狭窄的空间，并在滚动，转向和执行轮立对用户非常敏感。然而，这种轮椅的配置对于某些使用者来说可能不够稳定，因此评估轮椅使用者的安全性是很重要的:
绕过障碍物的机动性;确定用户在密闭空间环境中的操作能力，例如具有狭窄门和非常有限空间的厕所。(表4)
- 穿过狭窄的通道。轮椅可以通过的最窄的空间是由它的宽度决定的，从每边最外面的点开始测量。通过狭窄通道的移动能力可以通过使轮椅变窄来提高。
- 靠近物体和物体。使用者能多接近他们不能滚到下面的表面和物体，如马桶、矮桌、台面、中柱桌和浴缸，取决于轮椅向前和向座位一侧伸展的距离。如果轮椅的高度较矮，使用者可以更接近物体的表面和物体。
- 在表面下滚动。用户拉到桌子旁的能力取决于用户膝盖的高度(用户小腿的长度加上脚凳离地面的最小安全高度)。某些类型的固定扶手还可以防止用户拉到桌子和柜台上。
- 在狭小的空间里转身。轮椅可以旋转的最小区域由其最大对角线尺寸决定。
表4 优势 缺点 使轮椅更短更窄 - 减少体重。
- 更容易处理和运输。
- 更短更窄的轮椅会不太稳定。轮椅的宽度只能与使用者的宽度加上轮子一样窄。
后轮相对于用户向前移动 - 改进了手轮的使用。随着向前和向后的更长的推击，用户可以使用更少的笔划在有限的空间里转弯。
- 由于使用者的重量更多地直接压在后转轮上，轮椅对转弯的反应更灵敏。
- 降低了后向稳定性
如果轮椅有容易拆卸的脚踏板 - 提高靠近物体和物体的能力。
- 可移动部件可能会丢失或损坏。
跨越障碍的机动性;确定用户通过障碍物的能力，如软地面或凸起的障碍物。在越过障碍物时，使用者有向后或向前倾斜并从椅子上摔下来的危险，这是造成受伤的常见原因;因此，在评估轮椅越过障碍物的能力时，考虑稳定性也很重要。
- 在松软的地面上，如泥、沙、草、砾石和雪地上的操控取决于车轮与地面的接触面积和车轮的重量。表6显示了在软土地上提高机动性的方法及其相关的优缺点。
- 如何越过凸起的障碍物，如颠簸、路边石或岩石，取决于许多因素。脚轮的大小、脚轮离使用者重心的距离以及脚轮的弹性都有显著的影响。脚轮颤振也是高速碰撞的结果。提高机动性的方法及其相关的优点和缺点见表5。
表5 优势 缺点 增大脚轮的宽度、直径和柔软度，增加接触面积 防止轮椅陷进松软的地面
- 在胎面中心有一个凸起点的宽轮可以在硬地面上结合低滚动阻力和在软地面上良好的漂浮。
- 减少前轮的重量会减少前轮的滚动阻力，使轮椅更容易滚动。
- 增加脚轮与地面的接触面积可以使它更难以转弯，特别是在紧，慢转弯。
增加后轮的宽度、直径和柔软度以增加接触面积 帮助防止轮椅沉入柔软的土地
- 大直径的后轮可以使它更容易在崎岖的地形上滚动。
- 在许多资源匮乏的地区，28英寸的自行车轮胎随处可见;26英寸的轮胎不太常见，24英寸的轮胎更难找到。
- 更宽更软的后轮会增加转弯的难度，尤其是在急转弯时。
- 更大直径的后轮使轮椅更难以运输。
向前移动前脚轮以减轻较小脚轮的重量 帮助防止脚轮下沉到柔软的地面
- 更多的用户的重量在后轮将提供更多的牵引力后轮通过软地面行驶。
- 总的来说，轮椅的长度更长，这使得在狭窄的空间中操作变得更加困难。
将后轮相对于用户向前移动，以减轻前轮脚轮的重量 帮助防止脚轮下沉到柔软的地面
- 更多的用户的重量在后轮将提供更多的牵引力后轮通过软地面行驶。
- 减少了在斜坡上下坡转弯的倾向，这需要更少的能量从使用者纠正下坡转弯。
- 用户有更好的访问手圈和更长的推动行程，使它更容易推动轮椅和更好的上肢。
- 更容易执行“车轮”，以通过障碍。
- 轮椅在狭窄的空间里更容易操纵。
- 降低了后向稳定性。
使用带旋钮的后轮，如山地自行车轮胎 增加在松软地面上的牵引力，防止车轮打滑
- 轮胎上的尖刺或旋钮会使轮胎产生额外的弯曲，从而增加滚动阻力。
- 有旋钮的轮胎会比光滑的轮胎积聚更多的泥。
增加脚轮的挠度/弹性 - 较软的车轮会使转弯更加困难，尤其是在急转弯、慢转弯时。
- 气动脚轮很难修理或更换。
推动效率［|]
推轮椅的效率与使用者在一定距离内推轮椅所需的能量有关。较轻的轮椅通常更容易推，但有许多因素和轮椅的特点影响着推轮椅的难易程度。提高推压效率的方法及其优缺点如表6所示。
表6 优势 缺点 优化座椅宽度，将推轮与肩部对齐 - 用户将不必伸手去拿手圈。
在后轮上安装凸轮轴 - 使手圈的顶部更接近身体，更符合用户自然的推击
坐轮椅 轮椅状况良好，可正常使用
轮椅的部件损坏或错位(例如轮子不正确、框架扭曲、轴承损坏导致摩擦、轮子不平行或充气不足)会阻碍使用者向前运动，从而浪费了使用者的大部分推动能量。 在光滑的地面上使用硬轮胎 - 在其他因素相同的情况下，较硬的轮胎(变形较少)在光滑地面上的滚动阻力比较软的轮胎小。
- 实心轮胎永远不会因为被刺破而让使用者失望
- 更硬/实心的轮胎几乎没有减震作用。
- 实心轮胎很难修理或更换(除非有备件供应)。
在不完美/不平整的表面(如户外)使用能返回能量和“回弹”的轮胎，即充气轮胎 - 返回能量的轮胎比那些消耗能量的轮胎具有更低的滚动阻力(即它们变形但恢复形状缓慢，如固体泡沫轮胎或衬垫)。
- 充气自行车轮胎用合适的设备比较容易修理。
- 山地车轮胎上的尖刺或旋钮会使轮胎产生额外的弯曲，从而产生更高的滚动阻力。
- 充气自行车轮胎会被刺破。
其他功能性能特征［|]
转移能力;取决于对使用者来说最容易的转移类型以及轮椅的结构是否妨碍转移。使转移更容易的方法及其相关的优缺点如表7所示。
表7 优势 缺点 可拆卸或折叠扶手 - 有更多的空间，让使用者在一个容易的位置转移到轮椅或从轮椅。
- 可移动部件可能会丢失。
- 安装位置可能会弯曲或损坏，使它们难以穿上和脱下。
- 当助手扶着轮椅扶手试图把轮椅和使用者抬上楼时，锁定装置可能会失灵，造成危险的情况。
固定扶手，不延伸到前面的座位 - 更大的安慰。
- 它有助于向上转移到更高的车辆。
- 在长时间坐着时，能够抬起身体，减轻压力敏感部位的重量。
- 为容易转移制造障碍。
可拆式扶手 - 很容易转移。
- 扶手很容易丢失或损坏。
移动台车 - 可移动脚踏板可以让用户拉到更靠近用户希望转移的表面。
- 对于站立转移，需要可移动或翻转脚踏板，以摆脱用户的脚的方式。
- 可移动部件可能会丢失。
- 当助手扶着脚踏板试图将轮椅和使用者抬上楼时，锁定机制可能会失效，从而造成危险的情况。
对于站立换乘，一个很少或没有向后倾斜的座位 (座椅倾斜角度)
- 取决于用户的转移能力。
- 座椅向后倾斜不充分(座椅角度)会导致坐姿不佳，并导致使用者在臀部没有充分感觉的情况下产生压疮。
- 注意:过度倾斜会造成臀部局部压力过大。
- 向后倾斜的程度越小，使用者的重心就会向前移动，从而使轮椅在前进方向上的稳定性降低。
- 在撞击过程中，如果轮椅不向前倾斜，座椅角度和表面材料(座椅和座垫)将影响使用者是否滑出座椅。
搬运轮椅;对于长途旅行，例如乘公共汽车、出租车或火车，重要的是要考虑到轮椅的设计和尺寸以及在其构造中使用的材料。重量是轮椅运输的一个重要因素，而重量是由所使用的部件(轮子/框架)的类型和建筑材料(例如钢、钢/铝合金或其他金属)决定的。减轻重量对耐用性和成本有直接影响。设计和尺寸同样重要，可折叠和更小的轮椅更容易携带。使轮椅更容易运输的方法及其相关的优缺点见表8。
表8 优势 缺点 减轻轮椅的重量 - 更方便用户和家庭成员/照顾者。
- 更大的流动性和生产力。
- 降低耐久性。
使用框架内的折叠机制(即交叉折叠框架，折叠靠背) 使轮椅更紧凑便于运输
- 使轮椅更容易携带和运输。
- 可移动部件可能会丢失、弯曲或损坏。
- 标准的按钮快速释放轴并非随处可见，而且与固定轴相比价格昂贵。
- 标准的按钮快速释放轴在使用条件恶劣的地方寿命较短，因为沙子、灰尘和湿气会导致锁定机构卡住。这可以让车轴滑出车轴插座和车轮从轮椅上掉下来。
其他因素 - 车轮弧度增加了轮椅的折叠宽度。
- 更稳定的长框架轮椅更难以运输。
- 尖刺或凹凸不平的“山地车”式轮胎往往比光滑的轮胎收集更多的泥土和泥土，这可能会减少出租车司机和公共汽车乘客的合作。
可靠性［|]
轮椅的可靠性取决于它的耐用性和使用寿命的长短。在发生故障的情况下，维修的频率和难度也决定了特定型号轮椅的可靠性。提高轮椅可靠性的方法包括:
- 以可承受的成本提供更好的材料和技术;
- 可拆卸部件少;
- 无需折叠的非折叠设计;
- 使用可在当地修理或更换的材料;
- 定期服务、维修和保养;和
- 由用户对产品及其使用、保养和保养的知识。
用户需求［|]
一辆合适的轮椅应该让轮椅使用者更容易完成他们需要做的事情。轮椅使用者需要能够进出轮椅，推动轮椅，折叠轮椅以便运输和存放，并进行日常活动。合适的轮椅可以让轮椅使用者更容易地做所有这些事情。[１]
环境［|]
不同类型的轮椅适合不同的环境。影响轮椅在不同环境下工作的一些主要特征包括:[１]
轴距;前轮和后轮之间的距离很重要。当车轮相距更远时，这被称为“长轴距”。当车轮靠得更近时，这就是“短轴距”。长轴距轮椅更稳定，不太可能向前倾斜。对于那些大部分时间都在户外，在粗糙或凹凸不平的表面上移动的人来说，它们是一个很好的选择。有三轮和四轮长轴距轮椅。
- 三轮长轴距轮椅通常非常稳定，适合户外崎岖的地形。
- 四轮长轴距轮椅的前轮在脚踏板下面，而不是在后面。这使得轮椅的轴距更长。
较短轴距的轮椅更适合在地面平坦或空间有限的地方使用，例如室内。短轴距的轮椅在下坡或前轮遇到颠簸时更容易向前倾斜。有良好行动能力的轮椅使用者可以在户外使用短轴距轮椅，依靠后轮保持平衡，以便下山或通过崎岖的地面。
车轮的尺寸和宽度;轮子越大，越容易推过不平坦的地面。宽大的后轮和宽大的前轮有助于防止轮椅陷进沙质或泥泞的地面。生产与供应［|]
轮椅可以是国产的，也可以是进口的。为了提供一系列轮椅，一些国家可能选择支持国内生产和进口。每种供应方法都有适当的应用。由于一个地区有许多不同的需求，各种供应方法可能是合适的，长期目标是可持续的解决方案。建议所有轮椅，无论供应方式如何，均应达到或超过国家轮椅标准，并可在当地维修。图3所示。[１]
在决定是进口轮椅还是本地生产轮椅时，建议决策者权衡各种因素，包括:[１]- 本地轮椅使用者的需要;
- 轮椅型号的质量和种类;
- 轮椅及配件供应的长期可靠性;
- 影响设计、特性、材料等的可能性;
- 收购价格;
- 修理和更换的费用;
- 对当地就业和轮椅生产的影响;
- 统筹轮椅供应的整体计划;
- 可用资金的数额和期限;和
- 政策和战略，包括长期可持续性。
参考文献［|]
- ↑1.001.011.021.031.041.051.061.071.081.091.101.11威廉·阿姆斯特朗、约翰·博格、马克·克里扎克、阿莉达·林德斯利、凯莉·梅恩斯、乔恩·珀尔曼、金·赖辛格、莎拉·谢尔登。在资源不足情况下提供手动轮椅的指引。世界卫生组织;日内瓦:2008。
- ↑吴志强，吴志强。南非农村地区轮椅设计对用户功能的影响研究。中国残疾杂志，2015;4(1)。
- ↑Di Marco A.， Russel M. & Masters M.， 2003，“轮椅处方标准”，澳大利亚职业治疗杂志50(1)， 30-39。http://dx.doi.org/10.1046/j.1440-1630.2003.00316.x
