助老產(chǎn)品家庭淋浴防摔倒裝置的研發(fā)

李 媛 鄭開元 文 川 謝春松 胡高天 石 琴

（成都工業(yè)學(xué)院 智能制造學(xué)院，四川 成都610000）

基于國內(nèi)眾多學(xué)者的研究分析幾乎可以肯定我國自2000年就已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會，并且人口老齡化的程度持續(xù)加深，在整個21 世紀(jì)人口老齡化的問題都將始終伴隨我們[1-4]。我國政府高度重視和解決人口老齡化問題，積極發(fā)展老齡事業(yè)，初步形成了政府主導(dǎo)、社會參與、全民關(guān)懷的發(fā)展老齡事業(yè)的工作格局[5]。設(shè)計與制作用于幫助老年人獨自活動起居的機(jī)械裝置成為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點[6-11]。

在我國，跌倒是65 周歲及以上老年人傷亡的首要因素[12]。而家中浴室是年長者最常跌倒處所[13]。對于如何科學(xué)地設(shè)計浴室防摔倒設(shè)施，目前國內(nèi)外的研究主要集中在兩個方面：一是洗澡機(jī)類產(chǎn)品；二是從家裝設(shè)計角度，做好浴室干濕分離。前者占用空間大，對家中浴室整體改造工程量大，產(chǎn)品價格昂貴，且盆浴方式不符合我國傳統(tǒng)國情，不便于中國家庭普及；后者無法改善淋浴過程中地面的濕滑狀態(tài)，不能從根本上解決浴室跌倒問題。因此，設(shè)計一款簡單結(jié)構(gòu)、體積小、低成本的家庭淋浴防摔倒裝置可以更快速有效地降低浴室跌倒率，避免老年人獨自淋浴時不慎跌倒帶來的嚴(yán)重后果。

1 設(shè)計思路

家庭淋浴防摔倒裝置的研發(fā)過程主要運(yùn)用了組合法和移植法兩種創(chuàng)新技法[14]。

1.1 組合法的應(yīng)用

首先，梳理出家庭淋浴防摔倒裝置應(yīng)該具備的若干功能模塊：

（1）滿足老年人淋浴過程中的自由活動；（2）當(dāng)老年人因浴室地面濕滑產(chǎn)生滑跌趨勢時，能夠及時給予老年人輔助提升力；（3）裝置可以與浴室土建結(jié)構(gòu)固連而不需要改變原有家裝結(jié)構(gòu)；（4）老年人使用該裝置時，可以實現(xiàn)與其快速地結(jié)合或釋放；（5）老年人使用該裝置時，裝置與身體結(jié)合的部分應(yīng)具備防水性、親膚性；（6）裝置所有材料都應(yīng)具備防水、防銹的特性。

然后，期望通過尋找成熟技術(shù)單元，以技術(shù)組合的方式形成一種新的技術(shù)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)上述的所有功能需求。

1.2 移植法的應(yīng)用

通過移植法的運(yùn)用，可以找到實現(xiàn)上述模塊化功能的成熟技術(shù)單元，并加以移植組合形成完整的概念產(chǎn)品。

1.2.1 光軸導(dǎo)軌。光軸導(dǎo)軌具有滑動軸承的引導(dǎo)作用，可以實現(xiàn)直線運(yùn)動，具有安裝方便、行走順暢、壽命長、耐臟能力強(qiáng)、維修方便等優(yōu)點。

將光軸導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)移植到家庭淋浴防摔倒裝置，光軸與浴室土建結(jié)構(gòu)固連，滑塊與人通過一定的方式連接，則可以實現(xiàn)人在淋浴過程中沿直線方向的自由行走，并在必要時提供向上的支撐力。

光軸導(dǎo)軌兩端固定的安裝方式也非常契合浴室家裝結(jié)構(gòu)，因為通常浴室只有四面墻體可以提供支撐力。

1.2.2 真空吸盤。真空吸盤具有清潔、不損傷所吸附物體表面的優(yōu)點。經(jīng)過市場調(diào)查，一款瓷磚玻璃吸盤穩(wěn)定性強(qiáng)、承重力大、體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、操作便利、適于浴室瓷磚墻面。

將真空吸附原理移植到家庭淋浴防摔倒裝置的安裝，可以最大程度地保留原有家裝結(jié)構(gòu)，并可以提供足夠的支撐力：標(biāo)準(zhǔn)三爪款吸盤垂直吸力約115kg，標(biāo)準(zhǔn)雙爪款約75kg。

1.2.3 高空作業(yè)安全帶。高空作業(yè)安全帶通過將人體綁定在固定的構(gòu)造物上以防其跌落。圍桿式安全帶穿脫方便、身體遮擋面積小、活動范圍大。將此結(jié)構(gòu)移植到家庭淋浴防摔倒裝置，綁定在光軸導(dǎo)軌滑塊上，可在老年人產(chǎn)生滑跌趨勢時及時給予老年人輔助提升力，同時能提供必要的活動空間。

但是，高空作業(yè)安全帶通常采用織物加工而成，不具備防水性。

1.2.4 戶外晾衣繩。根據(jù)市場調(diào)查，一種戶外晾衣繩產(chǎn)品由內(nèi)部鋼絲繩和外部PVC 包覆兩部分組成，具有承重能力強(qiáng)、防水、美觀、耐用的優(yōu)點。

將此材料移植到1.2.3 節(jié)所提織物安全帶，可以克服其不防水的缺點。

1.2.5 汽車安全帶插扣。為實現(xiàn)安全帶的快速穿脫，移植汽車安全帶插扣接頭結(jié)構(gòu)，對1.2.3 節(jié)所提安全帶的日字扣接頭進(jìn)行置換。

1.2.6 硅膠。硅膠具有最接近人體皮膚的質(zhì)感和觸感，將此材料移植到家庭淋浴防摔倒裝置與人體接觸的腰帶部分，通過包覆1.2.4 節(jié)所提承重繩的方式，解決親膚的問題。

2 設(shè)計方案

基于技術(shù)組合和移植的家庭淋浴防摔倒裝置的構(gòu)想仍需對各成熟技術(shù)單元進(jìn)行局部設(shè)計調(diào)整，并補(bǔ)充各技術(shù)單元之間的連接設(shè)計，進(jìn)而設(shè)計出一套由導(dǎo)軌、腰帶、連接繩三部分組成的完整裝置。

2.1 導(dǎo)軌

圖1 是導(dǎo)軌示意圖，主要包括光軸導(dǎo)軌和真空吸盤兩項技術(shù)。

圖1 導(dǎo)軌示意圖

其一，光軸通常是固定長度，為使裝置能適應(yīng)不同尺寸的浴室，在光軸兩端分別增套一段空心鋼管。導(dǎo)軌安裝時可根據(jù)浴室長度在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)總長，并用帶扳手卡箍進(jìn)行限位，限制鋼管套相對光軸的軸向移動。其二，現(xiàn)有技術(shù)的光軸與吸盤手柄材料不同，前者是合金鋼、后者是鋁合金，兩者之間無法焊接，故通過萬向扣連接。

2.2 腰帶

如圖2 所示，腰帶包括高空作業(yè)安全帶、戶外晾衣繩、汽車安全帶插扣和硅膠材料多項技術(shù)。

圖2 腰帶

腰帶與連接繩、腰帶與插扣均可以直接由晾衣繩纏繞加鎖扣緊固的方式連接。

為簡化硅膠包覆工藝、降低單件研發(fā)產(chǎn)品加工成本，通過市場調(diào)查找到異形截面硅膠密封條，將晾衣繩穿過P 型硅膠條長孔后，再將兩組硅膠條對接即可。

2.3 連接繩

為提高裝置作用力的平衡性，在腰帶左右兩邊各設(shè)一股連接繩，如圖3 所示。連接繩穿過滑塊的安裝孔，通過鎖扣緊固，如圖4 所示。

圖3 連接繩與腰帶連接示意

圖4 連接繩與滑塊的連接

3 功能優(yōu)化

家庭淋浴防摔倒裝置的設(shè)計方案還可以從信息化、智能化和多樣化三個方面進(jìn)行功能優(yōu)化。

3.1 信息化

家庭淋浴防摔倒裝置可通過在腰帶上內(nèi)置一鍵呼救模塊[15，16]，當(dāng)滑倒發(fā)生后，老年人無法靠自身力量恢復(fù)站立狀態(tài)的情況下，手動按下緊急呼救鍵，即可向指定的監(jiān)護(hù)人號碼發(fā)送呼救信息，以爭取搶救時間。

3.2 智能化

家庭淋浴防摔倒裝置的智能化可以通過在腰帶上內(nèi)置三軸加速度傳感器，結(jié)合成熟的人體跌倒檢測算法，并使用嵌入式處理器和無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、無線傳輸和遠(yuǎn)程報警[12]。

3.3 多樣化

為滿足用戶對產(chǎn)品的多樣化需求，可以對家庭淋浴防摔倒裝置進(jìn)行產(chǎn)品的系列設(shè)計。

3.3.1 導(dǎo)軌配置。考慮各家庭的浴室規(guī)格不同、環(huán)境不同，宜視具體浴室情況確定導(dǎo)軌配置方案，三種配置方案的各項指標(biāo)對比如表1 所示。

表1 導(dǎo)軌配置方案對比

當(dāng)浴室規(guī)格小、障礙物多時，應(yīng)更多地考慮穩(wěn)定性，對活動范圍要求不高，可取消光軸導(dǎo)軌簡化設(shè)計，采用其他更加經(jīng)濟(jì)的雙邊固定方式，既能保證防摔倒的基本功能，又考慮了經(jīng)濟(jì)性。

3.3.2 規(guī)格系列化?？紤]各家庭的浴室規(guī)格差異、老年人身高體重差異，可將導(dǎo)軌長度和直徑、連接繩長度和直徑、腰帶長度和寬度、吸盤數(shù)量系列化，且某一長度尺寸規(guī)格應(yīng)具備一定范圍的調(diào)節(jié)度，以擴(kuò)大產(chǎn)品適用范圍。

4 結(jié)論

家庭淋浴防摔倒裝置的研發(fā)解決了裝置與浴室的土建安裝、腰帶結(jié)構(gòu)設(shè)計、導(dǎo)軌行走順暢幾個關(guān)鍵問題。裝置各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件選擇有成熟產(chǎn)品參考，已在短時間內(nèi)完成單件研發(fā)產(chǎn)品的加工裝配與性能測試，可以解決防止老年人獨自淋浴時不慎跌倒的問題，從而可以避免由跌倒帶來的嚴(yán)重后果。

家庭淋浴防摔倒裝置的研發(fā)將組合法和移植法兩種創(chuàng)新技法聯(lián)用，達(dá)到了快速開發(fā)產(chǎn)品的目的。整個研發(fā)過程始終貫穿以問題為導(dǎo)向，尋找成熟技術(shù)解決問題的思想，大到產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)、小到零部件的連接方式。這一研發(fā)方式是創(chuàng)新技法在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中的良好實踐，具備一定的推廣價值，尤其適合高校學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練和小微企業(yè)產(chǎn)品的快速開發(fā)。

產(chǎn)品研發(fā)過程中采用的解決方案是以快速完成產(chǎn)品制造、減少單件產(chǎn)品加工成本為目標(biāo)，而沒有過多地考慮設(shè)計優(yōu)化問題，故而有很多值得改良的地方，比如各零部件的尺寸需要進(jìn)行優(yōu)化，再如光軸與吸盤的連接方式、腰帶的硅膠包覆等，均有待產(chǎn)品正式進(jìn)入批量化生產(chǎn)階段時進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。