重障者洗浴輔具設(shè)計(jì)

何 雷，楊 洋，劉景鑫

（1.錢璟康復(fù)股份有限公司，江蘇常州 213000；2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院，長(zhǎng)春 130033）

0 引言

洗浴對(duì)于重障者生活質(zhì)量的提高和身心健康十分重要，而重障者大多數(shù)已失去生活自理能力[1]，需要家人和護(hù)理人員花費(fèi)較多的時(shí)間對(duì)他們進(jìn)行洗浴護(hù)理[2]。為了解決重障者的洗浴需求，設(shè)計(jì)適用于他們的洗浴輔具非常必要。近年來，國(guó)內(nèi)外也有相關(guān)洗浴輔具的研究，如日本Bishamon坐臥兩用輪椅式洗澡機(jī)，美國(guó)Seabridge Bathing公司生產(chǎn)的步入式、通用殘疾人浴缸以及NIST公司生產(chǎn)的HLPR輪椅[3-4]。相對(duì)于國(guó)外而言，國(guó)內(nèi)的洗浴輔具發(fā)展較晚，且大多是較為簡(jiǎn)易的洗浴設(shè)備，功能相對(duì)單一，無法為重障者提供更多的便捷與幫助[5]。本文在此基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)洗浴輔具存在的不足，設(shè)計(jì)了一種實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、安全可靠的洗浴輔具[6-8]，可以很好地解決重障者的洗浴問題，提高其洗浴質(zhì)量。

1 總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的洗浴輔具主要由洗浴床、洗浴椅、安全模塊組成。通過操作圍欄的收放方便重障者上下洗浴床，通過手持控制器來實(shí)現(xiàn)洗浴床的升降、床面的角度調(diào)節(jié)功能。通過操作扶手開關(guān)方便重障者進(jìn)出洗浴椅，通過踩動(dòng)液壓缸腳踏來實(shí)現(xiàn)洗浴椅的升降，通過扳動(dòng)氣彈簧扣手來實(shí)現(xiàn)洗浴椅靠背角度的調(diào)節(jié)。如在洗浴過程中發(fā)生跌倒等安全意外時(shí)[9]，重障者可通過按動(dòng)洗浴床上的安全緊急模塊開關(guān)及時(shí)與護(hù)理人員或外界取得聯(lián)系，確保第一時(shí)間能夠獲得援助。

2 具體設(shè)計(jì)

2.1 洗浴床設(shè)計(jì)

洗浴床主要由可移動(dòng)支撐底座、升降機(jī)構(gòu)、床架、洗浴墊、枕墊和安全緊急模塊組成，如圖1所示。

圖1 洗浴床整體結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 可移動(dòng)支撐底座及升降機(jī)構(gòu)

可移動(dòng)支撐底座主要由支撐底架和4個(gè)萬向腳輪組成，可實(shí)現(xiàn)任意方向的順暢移動(dòng)，并具有腳輪鎖緊功能。升降機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)推柱作為洗浴床的升降系統(tǒng)，推柱用螺栓連接固定在支撐底座上，如圖2所示。電動(dòng)推柱的升降行程為300 mm，用戶可根據(jù)自己的舒適性和方便性進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖2 升降機(jī)構(gòu)示意圖

2.1.2 床架及洗浴墊

床架由一系列焊管和矩形管焊接而成，床板采用尼龍板制作，并用螺栓緊固件固定在床架上。洗浴墊為聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）夾網(wǎng)布材質(zhì)，具有很好的防水性、舒適性和耐腐蝕性。

在使用過程中，可將床架圍欄處于架起狀態(tài)，有效保護(hù)重障者的洗浴安全，并可把洗浴水較好地存儲(chǔ)在里面；當(dāng)洗浴完畢后，可將圍欄放下，方便把重障者從洗浴床上轉(zhuǎn)移下來，如圖3所示。

圖3 圍欄操作狀態(tài)圖

2.1.3 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要包括床架升降調(diào)節(jié)和床架角度調(diào)節(jié)。床架升降調(diào)節(jié)主要通過電動(dòng)推柱的升降來實(shí)現(xiàn)，床架距離地面的起始高度設(shè)計(jì)為650 mm，升降范圍為650～950 mm；床架角度調(diào)節(jié)則通過控制電動(dòng)推桿來完成，床架角度調(diào)節(jié)設(shè)置為±10°，只需操作手持控制器即可按需求來調(diào)整到最合適的位置。

根據(jù)洗浴床特定的使用場(chǎng)合條件，電動(dòng)推桿、電動(dòng)推柱、電池、手持控制器及安全緊急模塊等電氣裝置均達(dá)到IP67的防水等級(jí)，使用周期長(zhǎng)且安全性較高。同時(shí)，電動(dòng)推柱升降也可替換成腳踏型液壓升降，具體可參考洗浴椅的腳踏型液壓升降結(jié)構(gòu)，用戶可任意選擇。

2.1.4 洗浴床使用方法

首先踩下腳輪將床鎖住，使其不再移動(dòng)；操作手持控制器使床面升降至合適的高度；拉動(dòng)床架一側(cè)圍欄，將其放下，將重障者從放下欄桿的一側(cè)抬到洗浴床上；抬起圍欄護(hù)住重障者；護(hù)理人員在輔助洗浴過程中可通過手持控制器調(diào)整床架高度和角度至最合適的洗浴位置；洗浴完畢后，放下圍欄一側(cè)，將重障者轉(zhuǎn)移下來，并操作手持控制器控制電動(dòng)推桿使床面傾斜，打開排水口放水，結(jié)束后恢復(fù)最初狀態(tài)。

2.2 洗浴椅設(shè)計(jì)

仰姿和坐姿[10]是最常見的2種洗浴姿勢(shì)，結(jié)合我國(guó)成年人人體國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[11]和人機(jī)工程學(xué)[12]原理等，最終確定洗浴椅結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 洗浴椅整體結(jié)構(gòu)圖

洗浴椅主要由移動(dòng)底架、升降機(jī)構(gòu)、座椅總成、扶手等組成。

2.2.1 移動(dòng)底架及升降機(jī)構(gòu)

移動(dòng)底架總體支撐框架采用焊管焊接而成，并配有4個(gè)萬向腳輪，可實(shí)現(xiàn)任意方向的移動(dòng)，停止時(shí)可踩動(dòng)腳輪進(jìn)行鎖緊。

升降機(jī)構(gòu)由2組平行連桿組成，每組連桿通過螺栓連接在移動(dòng)底架上，通過液壓缸的伸縮推動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)椅子高度調(diào)節(jié)。液壓缸的行程設(shè)置在140 mm。升降機(jī)構(gòu)起始位置和升高后的位置如圖5所示。

2.2.2 座椅總成

座椅總成主要包括座椅框架、坐墊、靠墊、頭枕、腳踏、便桶等。座椅框架主要由焊管及安裝相應(yīng)配件的鈑金件、連接件焊接而成。坐墊、靠墊等則通過連接標(biāo)準(zhǔn)件固定在座椅框架上。根據(jù)成人人體數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[11]及人機(jī)工程學(xué)原理[12]，將坐墊、靠墊寬度設(shè)置為520 mm，靠墊高度設(shè)置為900 mm。

圖5 升降機(jī)構(gòu)位置圖

2.2.3 扶手及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

為了最大程度滿足重障者洗浴的安全性和舒適性，洗浴椅的扶手、腳踏、頭枕和靠背均設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。

2.2.3.1 扶手設(shè)計(jì)

本研究充分考慮到重障者洗浴時(shí)的安全性，在保證洗浴椅扶手支撐功能的前提下，還設(shè)計(jì)有安全保護(hù)功能。在洗浴過程中將扶手放下，如圖6所示，可將重障者限制在扶手所圍成的有效區(qū)域內(nèi)，有效避免因重障者不慎前傾帶來的安全隱患。

圖6 扶手放下狀態(tài)圖

洗浴完成后，可打開扶手，將扶手放置在椅子靠背后面，如圖7所示。護(hù)理人員可從椅子的任意一側(cè)將重障者攙扶走，操作簡(jiǎn)單方便。

圖7 扶手打開狀態(tài)圖

2.2.3.2 調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

洗浴椅的腳踏、頭枕可根據(jù)使用者需求進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，靠背可通過操作氣彈簧的伸縮來實(shí)現(xiàn)直靠和后仰，具體調(diào)節(jié)開關(guān)位置如圖8所示，靠背后仰狀態(tài)如圖9所示。

圖8 調(diào)節(jié)開關(guān)位置圖

圖9 靠背后仰狀態(tài)圖

2.2.4 洗浴椅使用方法

首先踩下腳輪將椅子鎖住，使其不再移動(dòng)；踩動(dòng)液壓缸腳踏使椅子升降至合適的高度；拉動(dòng)一側(cè)扶手開關(guān)，打開扶手，將重障者扶到洗浴椅上；再次拉動(dòng)扶手開關(guān)，放下扶手；根據(jù)重障者的體型高度來調(diào)節(jié)頭枕和腳踏升降位置；護(hù)理人員在輔助洗浴過程中可通過踩動(dòng)液壓缸腳踏來調(diào)整椅子高度，通過靠背角度開關(guān)來調(diào)節(jié)椅子靠背的角度；洗浴完畢后，拉動(dòng)一側(cè)扶手開關(guān)，打開扶手，將重障者轉(zhuǎn)移下來，并將椅子恢復(fù)到最初狀態(tài)。

2.3 安全模塊設(shè)計(jì)

本研究在洗浴床的基礎(chǔ)上，提出了一種安全模塊的設(shè)計(jì)方案。該模塊主要由安裝在洗浴床上的安全緊急模塊和配置在遠(yuǎn)程的安全監(jiān)控端組成，其中安全緊急模塊主要包括緊急開關(guān)、單片機(jī)主控制器和GPRS（general packet radio service）模塊 3 個(gè)部分。本模塊采用STM32F103單片機(jī)作為主控制器，GPRS模塊SIM300支持GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)置傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議（transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP）協(xié)議棧等，主要通過 AT 指令實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)傳輸、撥打/接聽電話、收發(fā)短消息等[13]。安全模塊安裝位置如圖10所示。

圖10 安全緊急模塊安裝位置圖

GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、速度快、永久在線等特點(diǎn)[14]。基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸主要通過以下指令來完成：（1）發(fā)送指令 AT+CLPORT="TCP","本地TCP連接端口"，指定本地端口；（2）發(fā)送指令A(yù)T+CIPSTART="TCP","IP","連接端口號(hào)"，連接安全監(jiān)控端IP；（3）連接成功后即可通過AT+CIPSEND指令發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容。

安全監(jiān)控端主要負(fù)責(zé)接收安全緊急模塊發(fā)送過來的求救信息，其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送是基于上位機(jī)VB的winsock控件來實(shí)現(xiàn)通信的。通過winsock控件本身的監(jiān)聽（listen）、連接（connect）、響應(yīng)（response）等方法[15]建立起重障者與安全監(jiān)控端的各自唯一IP地址的節(jié)點(diǎn)間的連接，并通過TCP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

如發(fā)生跌倒等意外時(shí)[16]，重障者或護(hù)理人員可按動(dòng)安全緊急模塊開關(guān)，單片機(jī)主控制器微控制單元（microcontroller unit，MCU）識(shí)別到該信號(hào)后觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)通過AT指令控制GPRS模塊將求助信息發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控端，GPRS模塊撥通預(yù)先存儲(chǔ)的相關(guān)施救人員電話，從而確保能夠第一時(shí)間獲取到幫助。安全模塊系統(tǒng)框圖如圖11所示。

圖11 安全模塊系統(tǒng)框圖

3 洗浴輔具測(cè)試

洗浴床、洗浴椅實(shí)物樣機(jī)如圖12、13所示。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了相關(guān)機(jī)械性能測(cè)試，結(jié)果見表1、2?？梢钥闯?，樣機(jī)尺寸及性能能滿足不同身高、體質(zhì)量人群的洗浴需求，且可方便操作者調(diào)節(jié)使用，減輕護(hù)理負(fù)擔(dān)，保障重障者洗浴安全。

圖12 洗浴床實(shí)物樣機(jī)圖

圖13 洗浴椅實(shí)物樣機(jī)圖

表1 洗浴床、洗浴椅尺寸

表2 洗浴床、洗浴椅性能

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了適用于重障者的洗浴床和洗浴椅，在較大程度上能夠解決重障者的日常洗浴需求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)重障者洗浴輔具的空白[17]。與此同時(shí)設(shè)計(jì)的安全模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并保障重障者洗浴的安全性。后期在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還可配備更完善的智能化系統(tǒng)[18-19]。綜上，本文設(shè)計(jì)的洗浴輔具人機(jī)交互性好、功能較為齊全，具有廣闊的市場(chǎng)需求和推廣前景。