一款多功能助老椅的設(shè)計(jì)及分析＊

樊綺怡，徐中青，萬(wàn)金華，魏 卓

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢430056）

本多功能助老椅屬于老年人護(hù)理產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)品，主要針對(duì)獨(dú)居老人洗澡、如廁、起坐時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題而設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，市面上傳統(tǒng)的輔助老年人洗浴裝置多為單一的防滑椅，僅能為老年人洗浴時(shí)提供坐下功能，并不能輔助老人洗澡、如廁等，本設(shè)計(jì)在一次性多方面解決老年人生活問(wèn)題的同時(shí)，也能夠極大程度上保證老年人的安全。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路為：老年人坐下時(shí)，通過(guò)座板阻尼裝置對(duì)其提供支持力作用，以此減輕老年人膝蓋的壓力，使其能夠緩慢平穩(wěn)坐下。通過(guò)水平調(diào)節(jié)福馬輪可順利替代輪椅的功能。

2 理論設(shè)計(jì)分析

2.1 設(shè)計(jì)要求

一鍵搓澡功能：由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可以解決老人關(guān)節(jié)活動(dòng)受限時(shí)洗澡不便利問(wèn)題。

氣缸緩沖座椅：氣缸的緩沖力能極大地降低沖擊力。

座椅的福馬輪：可輔助行走同時(shí)也具有上鎖功能，可防止打滑摔倒，起到了更好的保護(hù)作用。

可拆卸坐便器：能夠與氣缸緩沖座椅配合使用，為老年人提供更大的便利。

2.2 運(yùn)動(dòng)和總體尺寸計(jì)算

該裝置長(zhǎng)為480 mm、寬為380 mm、高為990 mm，其結(jié)構(gòu)詳解如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)詳解對(duì)照?qǐng)D

部件1～6為椅子本體組件，部件7為移動(dòng)組件，部件8～12為曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組件；電控單元13包括電源、開(kāi)關(guān)及電機(jī)，部件14～17為氣缸緩沖機(jī)構(gòu)組件。

防水電控單元中的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連，帶動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)左右擺動(dòng)，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)上端通過(guò)搓背連桿連接帶動(dòng)滑塊（滑塊未標(biāo)出）在滑槽內(nèi)左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)；座板底部裝有阻尼裝置，包括氣彈簧連接座、第一氣彈簧伸縮桿以及氣彈簧底座；氣彈簧連接座以及氣彈簧底座分別設(shè)置在可調(diào)節(jié)座板以及椅子腿上；氣彈簧連接座通過(guò)第一氣彈簧伸縮桿與氣彈簧底座相連，本設(shè)計(jì)中的座板阻尼裝置還包括置于氣彈簧連接座和第一氣彈簧伸縮桿之間的第二氣彈簧伸縮桿；氣彈簧連接座通過(guò)第二氣彈簧伸縮桿以及第一氣彈簧伸縮桿與氣彈簧底座相連。通過(guò)調(diào)節(jié)氣彈簧的彈力以實(shí)現(xiàn)座板的角度變化，從而實(shí)現(xiàn)老人起坐的緩沖作用。

2.3 整體結(jié)構(gòu)的受力分析

本裝置主要的兩個(gè)受力部分為支撐框架與座板連接處、四只椅子腿與支撐框架的連接處。四只椅子腿均等受力，取一只椅子腿進(jìn)行受力分析。對(duì)支撐框架與座板的連接處、椅子腿和支撐框架的連接處進(jìn)行受力分析。

已知45號(hào)鋼[τ]=146 MPa，F(xiàn)=200 N，d=6 mm。

木材許用應(yīng)力[σ]=10 MPa，F(xiàn)=200 N=0.2 kN，截面邊長(zhǎng)a=40 mm。

查表知，折減系數(shù)φ=0.575。

3 工作原理及性能分析

3.1 工作原理

本裝置通過(guò)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)搓澡功能，具體如下：電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞電機(jī)軸向轉(zhuǎn)動(dòng)；電機(jī)通過(guò)曲柄以及搓背搖桿帶動(dòng)搓背連桿在滑槽內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；搓背搖桿下端鉸接在靠背底端，為擺動(dòng)支點(diǎn)，上端與搓背連桿鉚接，帶動(dòng)連桿在滑槽內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；氣彈簧底座與座位后邊框通過(guò)螺釘連接，上端固定座與座板膠合固定。

3.2 性能分析

氣缸：粗管長(zhǎng)175 mm，直徑27 mm；細(xì)管長(zhǎng)120 mm，直徑10 mm；扁接頭中心到絲內(nèi)315 mm；氣彈壓力為100 N。

直線(xiàn)導(dǎo)軌：HGH15CA，四方型滑塊，重負(fù)荷上鎖式，長(zhǎng)400 mm，組裝高度28 mm。

步進(jìn)電機(jī)：電壓15 V，電流3 A，輸出力矩6 Nm。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

市面上大多助老器具功能相對(duì)單一，而本設(shè)計(jì)中座椅靠背的搓澡機(jī)構(gòu)能有效解決老人關(guān)節(jié)受限的問(wèn)題，緩沖座椅能減輕老人坐下時(shí)的附帶沖擊力，對(duì)關(guān)節(jié)有一定保護(hù)作用，座椅的福馬輪能夠降低老人洗澡時(shí)因滑倒而摔傷的可能，且裝置成本低，占地面積較小。本設(shè)計(jì)考慮了目前老人的需求以及市場(chǎng)上產(chǎn)品的特點(diǎn)，可以一次性多方面幫助老人解決生活中的困難及煩惱，同時(shí)也能夠極大程度上保證老年人的安全問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)老年人生活中各方面的問(wèn)題進(jìn)行了綜合考慮，設(shè)計(jì)出了一款多功能助老椅，相比于市面上的助老椅功能較多，操作也較為方便，一定程度上彌補(bǔ)了市場(chǎng)空缺，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠，能給老人生活提供極大的便利，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還需進(jìn)一步改進(jìn)與完善，能根據(jù)不斷出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整以更好地適應(yīng)需求。