基于慧魚模型的多功能起臥輔助裝置設計

莫澤明 徐茂能

（武漢東湖學院，湖北 武漢 430212）

一、研究背景

伴隨著我國的老齡化趨勢，老年人口規(guī)模不斷擴大、增長速度持續(xù)加快，高齡和失能老人數(shù)量增長迅猛，但相應的助老器械設施老舊落后，功能單一甚至缺失，對于身體機能下降、行動不便的老人來說，日常起居生活無疑成為一大困難。

老年人在日常生活中會遇到諸多麻煩，特別是隨著年齡增加，身體機能下降更加使得生活不便。由于下肢肌力和腰部力量不足，部分老年人無法像正常人一樣輕松的站立、坐下和躺下，日常的走動也顯得十分吃力，因此他們?nèi)粘Ｉ钚枰蕾囍蠙C械來提高生活自理能力。

二、設計與實現(xiàn)

針對老年人生活過程中會遇到的問題并結(jié)合生活環(huán)境復雜、空間狹窄的特點，充分利用慧魚創(chuàng)意組合模型的特點進行創(chuàng)新組合，裝置將多種功能集合于一體，在不改變外部建筑設施的條件下進行設計。

在對老年人最常見的幾種需要輔助的動作進行分析后，設計了“多功能起臥輔助裝置”。該裝置能輔助老年人實現(xiàn)日常“起”“坐”“臥”“行”的需求，裝置集輔助起臥、輔助坐臥、輔助坐起和輔助移動等多功能于一身。裝置主體由可轉(zhuǎn)動的“背板”“腿板”，固定的“座板”及可翻折的“踏板”四塊主體板組成，主體骨架下對稱安裝有六個移動輪。圖1為裝置“躺姿”，裝置初始狀態(tài)四塊主體板在同一水平面為“床”，提供老年人的日常休息；圖2為裝置“坐姿”，通過裝置四塊主體板的變形，折疊成為“椅子”，輔助老年人從躺姿到坐姿，并提供座椅功能；圖3為裝置“站姿”，裝置再次變形，三塊主體板逐漸水平并翻轉(zhuǎn)，配合“踏板”可實現(xiàn)輔助老年人從坐姿到站姿的功能。各功能之間可插序運行，可逆向運行，能根據(jù)實際使用需求選擇運行各個輔助功能。

（一）輔助坐臥機構(gòu)

圖4為輔助坐臥機構(gòu)，主要由連桿、絲桿滑塊、導向光軸、鉸鏈和驅(qū)動電機組成。主動裝置安裝在座板下，座板兩端通過鉸鏈分別與背板和腿板連接，其背板翻轉(zhuǎn)角度為0°-70°，腿板翻轉(zhuǎn)角度為0°-90°。當老年人想從臥姿轉(zhuǎn)為坐姿時，使用者臀部貼緊座板，背部枕靠背板，腿部搭靠腿板，腳部放至踏板上。電機轉(zhuǎn)動，通過傳動鏈條帶動絲桿轉(zhuǎn)動，使絲桿滑塊沿著導向光軸向后移動，兩組對稱安裝的連桿一端與絲桿滑塊通過銷軸連接一同運動，另一端分別通過銷軸連接背板和腿板，使其為可動連接。連桿在滑塊的向后運行下分別將背板向上推，將腿板向后拉。圖5為腳踏機構(gòu)，在背板和腿板動作的同時，采用平行連桿連接在腿板同一水平面的踏板在氣缸頂升作用下，能從與腿板水平位置翻折至垂直位置，為老年人在姿態(tài)變化的過程中提供腳踩踏用力的平臺。當?shù)竭_合適角度位置即可按動控制開關停止動作，整個過程使裝置由“床”變成“椅子”形態(tài)，輔助老年人由臥姿轉(zhuǎn)換為坐姿。當電機反轉(zhuǎn)時，機構(gòu)逆向運作，則為對老年人從坐姿到臥姿的輔助。

（二）輔助起臥機構(gòu)

圖6為輔助起臥機構(gòu)，主要由蝸輪、蝸桿、鉸鏈和驅(qū)動電機組成。主動裝置安裝在座板下，在電機帶動下轉(zhuǎn)動的蝸桿對稱分布安裝在座板下方兩側(cè)，鎖死的蝸輪與蝸桿嚙合固定在座板下的主體骨架上，骨架與座板之間通過銷軸可動連接。當老年人想從臥姿轉(zhuǎn)為站姿時，身體平躺貼靠由四塊主體板組成的平臺，腳部放至踏板上。首先，采用平行連桿連接在腿板一端的踏板在氣缸頂升下，先由水平翻折至垂直，為老年人在姿態(tài)變化的過程中提供腳踩踏用力的平臺。而后，電機使蝸桿轉(zhuǎn)動，由于蝸輪被鎖定，使得由主體板構(gòu)成的平臺會沿著蝸輪軸心轉(zhuǎn)動，平臺可由0°翻轉(zhuǎn)至70°，當?shù)竭_合適角度位置即可按動控制開關停止動作，完成輔助老年人由臥姿轉(zhuǎn)換為站姿。當機構(gòu)逆向運作時，則為對老年人從站姿到臥姿的輔助。

（三）輔助坐起機構(gòu)

輔助坐起機構(gòu)由輔助坐臥機構(gòu)和輔助起臥機構(gòu)組成。對老年人從坐姿到站姿的輔助，由輔助坐臥機構(gòu)和輔助起臥機構(gòu)相配合實現(xiàn)。當老年人想從坐姿轉(zhuǎn)為站姿時，輔助坐臥機構(gòu)先運行，使背板和腿板翻轉(zhuǎn)與座板逐漸成同一水平。同時，輔助起臥機構(gòu)運行，將背板、腿板和座板形成的平臺整體翻轉(zhuǎn)豎立，從而實現(xiàn)對老年人從坐姿到站姿的輔助。期間踏板與腿板始終保持垂直提供踩踏平臺。當機構(gòu)逆向運作時，則為對老年人從站姿到坐姿的輔助。

（四）輔助移動機構(gòu)

圖7為輔助移動機構(gòu)，主要由移動輪、齒輪和電機組成。機構(gòu)成對稱安裝在主體骨架下方，支撐起主體機構(gòu)，單側(cè)為三個移動輪、四個驅(qū)動電機及四套減速齒輪組成。為達到更大的扭矩驅(qū)動裝置，兩個驅(qū)動電機和兩套減速比為1:2的減速齒輪為一組，分別驅(qū)動前兩個移動輪，最后一個移動輪無動力起承重作用。移動機構(gòu)為固定安裝，無轉(zhuǎn)向機構(gòu)，采用滑移式轉(zhuǎn)向設計，實現(xiàn)裝置前進或后退依靠兩側(cè)移動輪同時同向順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。通過改變驅(qū)動電機個數(shù)，從而改變兩側(cè)移動輪的驅(qū)動扭矩，即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向半徑最小可到零。

三、結(jié)論

本文根據(jù)老年人獨自居家生活中一些需要輔助的動作，利用“慧魚”模型創(chuàng)新設計了“多功能起臥輔助裝置”。該裝置巧妙利用一組推拉連桿使得裝置“折疊”實現(xiàn)輔助坐起功能，利用固定蝸輪配合蝸桿使得裝置“翻轉(zhuǎn)”實現(xiàn)輔助站起功能。本裝置實現(xiàn)了對多種助老功能的集合，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，功能豐富，還設置了扶手和護欄保證裝置運作時的安全性，能有效地為老年人在日常起居中提供多項輔助功能。同時還可為其他老年輔助設備提供借鑒方案。