唐智誠 ， 丁 頌 ， 方國順 ， 陳 鵬

（長春師范大學工程學院，吉林 長春 130032）

改革開放以來，我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，社會醫(yī)療水平逐步改善，人均壽命顯著增長[1-2]。2018年，中國60歲以上人口所占比重已達17.88%，已經(jīng)進入較嚴重的老齡化社會。黨中央、國務(wù)院高度重視養(yǎng)老問題，不斷深化養(yǎng)老政策，切實解決老有所養(yǎng)、老有所醫(yī)的問題。同時，積極應對人口老齡化，構(gòu)建養(yǎng)老、敬老政策體系和社會環(huán)境。根據(jù)國家“9073工程”，絕大多數(shù)老人將采取以家庭為基礎(chǔ)的居家養(yǎng)老[3]。居家養(yǎng)老中，老人的飲食、起居是養(yǎng)老過程中的重難點。目前，面向居家養(yǎng)老服務(wù)的機械產(chǎn)品，多以機器人等形式存在，用于老人洗浴的產(chǎn)品種類較少，同時存在人工操作復雜，清洗過程繁瑣等問題，無法滿足居家養(yǎng)老的需求[4]。老年人身體清潔系統(tǒng)是一款半自動化洗澡裝置，適應養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)需求，能較好解決居家養(yǎng)老中老年人的洗浴問題。

1 總體設(shè)計方案

老年人身體清潔系統(tǒng)如圖1所示，由背部清潔裝置1、升降裝置2、小腿清潔裝置3組成。升降裝置鉸接在座椅底部，小腿清潔裝置安裝在升降裝置前方、椅座下方，背部清潔裝置安裝在椅背上。該系統(tǒng)的主要零部件由履帶式清洗器、控制器、旋轉(zhuǎn)器、滑移器、搓洗器、升降器、傳感器、噴頭底座、人工控制端等組成。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由程序控制，實現(xiàn)預定功能[5-6]。

系統(tǒng)進行清潔工作時，老人位于椅座上，觸發(fā)座椅底部的壓力傳感器。由電機提供驅(qū)動力，通過絲杠將老人整體向上抬升，運動觸碰升降裝置上端限位開關(guān)時，電機停止。小腿清潔裝置中支架頂部電機，通過轉(zhuǎn)臺帶動履帶式清潔機構(gòu)繞Z軸旋轉(zhuǎn)180°，支架底部電機，通過齒輪齒條將履帶式清潔機構(gòu)推出，包覆老人小腿部位，履帶式清潔機構(gòu)中電機動力經(jīng)過減速箱輸出到履帶，帶動履帶運動，實現(xiàn)對老人小腿的清洗。程序控制電磁閥的開通，通過氣壓作用控制氣筒的伸縮，可調(diào)節(jié)小腿在垂直平面內(nèi)相對位置。系統(tǒng)清洗小腿時，同步啟動背部清洗裝置，通過齒輪齒條帶動絲杠上下移動，控制絲杠導軌帶動搓洗器的水平移動。通過按鈕控制椅坐與椅背連接處電機啟停，調(diào)節(jié)靠背與座凳的夾角。

圖1 老年人身體清潔系統(tǒng)

圖2 升降裝置

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 升降裝置設(shè)計

升降結(jié)構(gòu)如圖2所示，由支架1、絲杠2、電機3、蝸輪蝸桿4、限位開關(guān)5組成。蝸輪固定在絲杠導軌末端，蝸桿與電機輸出軸相連，支架插接在絲杠螺母側(cè)面，支架上端鉸接在椅坐背面。當老人坐在座凳上，控制器啟動電機，通過絲杠傳動將老人向上抬升，運動觸碰上端行程開關(guān)時，電機停止，蝸輪蝸桿形成自鎖。絲杠行程可根據(jù)老人身高進行調(diào)整，提高系統(tǒng)適用性[7-8]。

2.2 小腿清潔裝置

小腿清潔裝置如圖3所示，由轉(zhuǎn)臺1、支架2、限位開關(guān)3、齒條4、氣筒5、履帶式清潔機構(gòu)6、電機7組成。轉(zhuǎn)臺分為上轉(zhuǎn)臺以及下轉(zhuǎn)臺，上轉(zhuǎn)臺固定在椅坐背面，下轉(zhuǎn)臺與支架插接，下轉(zhuǎn)臺邊緣有齒輪，通過齒輪嚙合傳動，帶動支架旋轉(zhuǎn)。支架承載上方轉(zhuǎn)臺，下方與齒條、限位開關(guān)插接，并鉸接履帶式清洗機構(gòu)。該裝置工作時，電機動力傳遞至下轉(zhuǎn)臺，帶動支架和履帶式清洗機構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°，履帶式清潔機構(gòu)移動至小腿下方，支架底部電機提供驅(qū)動力，推出鉸接在齒輪箱的履帶式清潔機構(gòu)，將小腿包裹，程序控制電磁閥的閉合，通過氣壓作用控制氣筒的伸縮，調(diào)節(jié)履帶式清潔機構(gòu)繞鉸接點旋轉(zhuǎn)的角度?？筛鶕?jù)老人洗浴體驗調(diào)整電機參數(shù)，改變履帶式清潔機構(gòu)清洗速度。完成清潔工作后，支架頂部電機經(jīng)過減速箱輸出動力，通過下轉(zhuǎn)臺帶動支架和履帶式清洗機構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°，到達座椅正下方，收納小腿清潔裝置，降低空間占有率。

圖3 小腿清潔裝置

2.3 背部清潔裝置

背部清潔裝置如圖4所示，主要零部件由限位開關(guān)1、齒條2、電機3、齒條齒輪箱4、電機5、齒輪6、合頁7、絲杠8、搓洗器9組成。合頁9由上合頁以及下合頁組成，上合頁插接在椅背，下合頁插接在椅坐，齒條插接在椅背正面。該裝置工作時，電機的動力經(jīng)過減速箱傳遞至齒輪，齒輪固定在絲杠中心軸，絲杠轉(zhuǎn)動，帶動搓洗器水平移動，運動觸碰行程開關(guān)時，電機反轉(zhuǎn)；齒條表面電機，提供驅(qū)動力，通過輸出軸傳遞至齒條齒輪箱，絲杠底座與電機插接，帶動絲杠上下移動。齒輪6固定在中心軸，上合頁固定在中心軸，下合頁鉸接在中心軸。通過按鈕控制電機5啟停，從減速箱輸出動力，傳遞到齒輪，帶動上合頁繞齒輪中心軸轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)椅背角度。

圖4 背部清潔結(jié)構(gòu)

3 程序設(shè)計

老年人身體清潔系統(tǒng)升降程序如圖5所示、小腿清潔程序如圖6所示、背部清潔程序如圖7所示。

圖5 升降裝置程序

升降程序開始判斷主板I1開關(guān)狀態(tài)，當老人坐在座椅上時，觸發(fā)壓力傳感器，I1閉合，電機M1、M2正轉(zhuǎn)，當運動觸碰到開關(guān)I2時，電機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)系統(tǒng)抬升功能；延遲1s后，電機M3、M4轉(zhuǎn)動，當運動觸碰I4且電位動作五次，M3、M4停止，實現(xiàn)小腿清潔裝置從座椅底部，旋轉(zhuǎn)180°到達老人小腿下方,進入小腿清潔裝置程序。

小腿清潔程序由電機M3、M4停止后進入，延遲1s，EM1 M1、M2正轉(zhuǎn)，當運動觸碰開關(guān)EM1 I1時，電機EM1 M1、M2停止，實現(xiàn)對將履帶式清潔機構(gòu)沿齒條推出，與老人小腿相接觸。延時1s，電機EM1 M3、M4轉(zhuǎn)動，帶動履帶式清潔結(jié)構(gòu)清潔老人小腿部位，進入背部清潔裝置程序。

圖6 小腿清潔裝置程序

背部清潔程序由電機EM1 M3、M4轉(zhuǎn)動后進入，電機EM2 M1為安裝在齒條表面電機，通過程序控制上下移動，電機EM2 M2為滑移機構(gòu)電機，通過程序控制帶動搓洗器左右移動，開關(guān)EM2 I2、I3分別為電機EM2 M1左右限位開關(guān)，開關(guān)EM2 I5、I4分別為電機EM2 M2上下限位開關(guān)。程序開始時，延時2s，EM2 M1、M2正轉(zhuǎn)開關(guān)I5閉合狀態(tài)由老人控制，處于開路狀態(tài)時，電機EM2 M1正轉(zhuǎn)驅(qū)動搓洗器向I3移動，電機EM2 M2正轉(zhuǎn)帶動絲杠向I5移動，判斷開關(guān)EM2 I3以及EM2 I5狀態(tài)，當運動觸碰I3時，電機EM2 M1停止并反轉(zhuǎn)，電機EM2 M2保持正轉(zhuǎn)，此時電機EM2 M1驅(qū)動搓洗器向開關(guān)EM2 I2移動。根據(jù)背部清潔裝置程序圖7，此時判斷EM2 I4、I5、I2狀態(tài)，當運動觸碰I5時，電機EM2 M2停止，電機ME2 M1、M2反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)絲杠向開關(guān)EM2 I4移動，判斷開關(guān)EM2 I4、I2狀態(tài)；當運動觸碰EM2 I4時，電機EM2 M2停止，并正轉(zhuǎn)，電機EM2 M1反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電機EM2 M1帶動絲杠向開關(guān)EM2 I5移動，判斷開關(guān)EM2 I5、EM2 I2狀態(tài)；當運動觸碰開關(guān)EM2 I2時，電機EM2 M1停止并正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)搓洗器向開關(guān)EM2 I3移動，判斷開關(guān)I5狀態(tài)，如老人沒有閉合開關(guān)I5，程序判斷開關(guān)EM2 I3、I5狀態(tài)，當搓洗器運動觸碰EM2 I5時，程序運行原理和觸碰開關(guān)EM2 I3時相同。當老人按下開關(guān)I5時，電機EM2 M1、M2以及EM1 M3、M4停止，實現(xiàn)背部清潔裝置、履帶式清潔裝置停止運行，電機EM1 M1、M2反轉(zhuǎn)，當運動觸碰EM1 I1時停止，實現(xiàn)收回履帶式清潔裝置，電機M3、M4反轉(zhuǎn)，開關(guān)I4電位由0到1跳變兩次，電機M3、M4停止，實現(xiàn)小腿清潔裝置旋轉(zhuǎn)180°，移動至椅坐正下方，電機M1、M2反轉(zhuǎn)，當運動觸碰I6時，電機停止，實現(xiàn)椅坐下降，此時，完成清洗全部過程。電機參數(shù)、延時可根據(jù)個人需求進行調(diào)整，達到橫向或縱向搓洗的目的。

圖7 背部清潔裝置程序

4 結(jié)語

老年人身體清潔系統(tǒng)幫助老年人獨自完成身體清潔，解決了老人洗澡過程中易摔倒、清洗不到位等難題，提高居家養(yǎng)老身體清洗效率，提升居家養(yǎng)老服務(wù)水平，符合養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)需求。此半自動化清潔系統(tǒng)能更好為老人提供洗浴服務(wù)，有效提高老人晚年生活質(zhì)量。