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        基于慧魚模型的多功能起臥輔助裝置設計

        2020-04-29 09:23:02莫澤明徐茂能
        魅力中國 2020年49期

        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

        圖4為輔助坐臥機構,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,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

        圖6為輔助起臥機構,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

        輔助坐起機構由輔助坐臥機構和輔助起臥機構組成。對老年人從坐姿到站姿的輔助,由輔助坐臥機構和輔助起臥機構相配合實現(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

        圖7為輔助移動機構,主要由移動輪、齒輪和電機組成。機構成對稱安裝在主體骨架下方,支撐起主體機構,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。移動機構為固定安裝,無轉(zhuǎn)向機構,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,結構簡單緊湊,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。

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