趙錦輝　高威　何潤琴

摘 要：本文針對(duì)家庭中搬運(yùn)腿腳不方便老人困難的現(xiàn)象，介紹了移動(dòng)換位器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并說明了其工作原理及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：腿腳不便老人;機(jī)械傳動(dòng);換位器

前言

據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2017統(tǒng)計(jì)，60周歲以上老年人口達(dá)到2.4億人，占總?cè)丝诒戎氐?7%，我國已進(jìn)入人口老齡化。中國老齡科學(xué)研究院中心發(fā)布的《中國老年宜居環(huán)境發(fā)展報(bào)告》中有數(shù)據(jù)表明失能老人人口突破4000萬，相當(dāng)于每六個(gè)老年人就有一個(gè)失能老人，而這些老人的看護(hù)人員數(shù)量也極其巨大。為了減輕看護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡單能夠在日常生活中幫助完成老人短距離移動(dòng)的轉(zhuǎn)換位置的工具。

1.使用環(huán)境

本文所設(shè)計(jì)的移動(dòng)換位器主要針對(duì)生活于農(nóng)村中腿腳不方便的老人，生活在農(nóng)村的老人相較于生活在城市的老人具有數(shù)量較多、生活基礎(chǔ)條件和設(shè)施較差且文化水平較低等現(xiàn)象的存在。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場上擁有相似功能的機(jī)械都采用較為復(fù)雜的操控方式以及電力驅(qū)動(dòng)，對(duì)于當(dāng)前部分的農(nóng)村老人十分不友好，且占地面積大，價(jià)格高昂等缺點(diǎn)。

而當(dāng)前農(nóng)村有許多家庭是由老人兩夫妻之間相互照顧，在這種情況下會(huì)出現(xiàn)操作者和使用者都為老人的情況，因此所設(shè)計(jì)的機(jī)械操作方法必須要足夠簡單，能讓一個(gè)老人在短時(shí)間內(nèi)熟悉操作方法。

2.工作原理

當(dāng)腿腳不便的老人需要換位置時(shí)，由操作者將移動(dòng)換位器推移到處于坐姿的老人面前，將老人的手臂架在腋下支撐桿上，再由操作者通過踩踏踏板提供動(dòng)力，再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將處于坐姿的老人上半身抬離凳面，抬升到一定位置將老人“架”在移動(dòng)換位器上，由操作者將移動(dòng)換位器推到目的地，再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和緩沖裝置將老人緩慢放下到預(yù)定的座位、馬桶、輪椅或者床上，從而達(dá)到換位的目的。

3.總體布局

如圖1所示，移動(dòng)換位器的主體部分由抬升機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、液壓緩沖機(jī)構(gòu)、止動(dòng)機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)五個(gè)部分組成。支撐機(jī)構(gòu)是由腋下支撐架和胸部擋板兩個(gè)機(jī)構(gòu)組成。腋下支撐架對(duì)被轉(zhuǎn)移者的大臂提供向上的力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的腋下支撐，胸部擋板則固定用戶前胸位置。扶手與踏板通過杠桿原理，隨著扶手與踏板相對(duì)位置的改變，從而實(shí)現(xiàn)被移動(dòng)者的抬升，使被移動(dòng)者的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。再利用裝于底盤的萬向輪實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)，萬向輪可實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向時(shí)的方便，轉(zhuǎn)彎半徑較小且操作方便。而萬向輪上的剎車則可以在將人從椅子轉(zhuǎn)移至移動(dòng)換位器時(shí)，將裝置的位置固定，從而保證一個(gè)操作者便可完成對(duì)老人或下肢殘疾的人的轉(zhuǎn)移。

4.方案論證

4.1抬升機(jī)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)所描述的運(yùn)動(dòng)路徑抬升部分的機(jī)構(gòu)可以提供選擇的有連桿機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)。

連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)或空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，其具有承載大、便于潤滑、不易磨損，形狀簡單、易加工等優(yōu)點(diǎn)。但運(yùn)動(dòng)精度低。

齒輪傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最為廣泛，具有傳動(dòng)精度高，適用范圍廣、工作可靠、使用壽命長，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但制造和安裝要求較高，且不適用于相距較遠(yuǎn)的兩軸傳動(dòng)。

鏈傳動(dòng)是通過鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比是穩(wěn)定的，制造和安裝精度要求均低于齒輪傳動(dòng)，且適用于中心距較大的兩軸傳動(dòng)。但瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定，傳動(dòng)時(shí)平穩(wěn)性較差，工作中具有一定的噪音。

由于預(yù)定的抬升機(jī)構(gòu)兩軸中心距相對(duì)較大，且承載較大，而運(yùn)動(dòng)精度與傳動(dòng)比的恒定要求則不是很高，再考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)的加工與設(shè)計(jì)難易度以及加工成本所以采用各方面都更加符合要求的連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。

4.2支撐機(jī)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)使用者不同的體型，因而采用了呈“八”字形分布的腋下支撐架，當(dāng)被移動(dòng)者的身體向前靠時(shí)，都可以合適的靠在支撐架上。向上的力從腋下支撐桿傳給被移動(dòng)者的大臂，而位于胸部的靠板為貼合人體的胸部以一定的角度安裝于胸前的位置，保證被移動(dòng)者的身體在向前傾時(shí)，可以支撐住其前胸。包在外層的軟包可以更好的提高用戶的使用感，保證被搬運(yùn)者在整個(gè)搬運(yùn)過程中的舒適感。

4.3止動(dòng)機(jī)構(gòu)

單單利用連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生在抬升過程中操作者中途因其他原因脫手的情況，這對(duì)于下肢不便的老人而言是十分危險(xiǎn)的，因此我們?cè)谶B桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈連接處加入棘輪機(jī)構(gòu)，通過棘輪機(jī)構(gòu)的特性可以有效防止操作者突然失力所造成的機(jī)構(gòu)下落，導(dǎo)致無法預(yù)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，而加入棘輪機(jī)構(gòu)則可以保持老人的位置狀態(tài)不發(fā)生改變。當(dāng)操作者將老人抬升至最高處時(shí)棘輪能固定住連桿機(jī)構(gòu)的位置，操作者可以放松雙手。也可以通過裝在扶手上的裝置來松開棘輪，以實(shí)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的下降。

4.4移動(dòng)機(jī)構(gòu)

移動(dòng)機(jī)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)小范圍的移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)采用了4個(gè)萬向輪作為移動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中兩個(gè)位于后方的萬向輪帶有剎車，可以在抬升與下降老人時(shí)保持機(jī)械的位置不發(fā)生改變。萬向輪高度為適應(yīng)大部分輪椅的高度采用10厘米。當(dāng)前市面上的單門寬度為90厘米，所以將底盤寬度設(shè)計(jì)成能夠輕松穿過房門的65厘米。

結(jié)論

該機(jī)械主要服務(wù)于腿腳不方便的老人，幫助老人進(jìn)行位置的更換，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、易操作等特點(diǎn)。

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本項(xiàng)目為2019年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201913001026）