李 媛 鄭開(kāi)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(guó)內(nèi)眾多學(xué)者的研究分析幾乎可以肯定我國(guó)自2000年就已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，并且人口老齡化的程度持續(xù)加深，在整個(gè)21 世紀(jì)人口老齡化的問(wèn)題都將始終伴隨我們[1-4]。我國(guó)政府高度重視和解決人口老齡化問(wèn)題，積極發(fā)展老齡事業(yè)，初步形成了政府主導(dǎo)、社會(huì)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(jì)與制作用于幫助老年人獨(dú)自活動(dòng)起居的機(jī)械裝置成為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6-11]。

在我國(guó)，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(zhǎng)者最常跌倒處所[13]。對(duì)于如何科學(xué)地設(shè)計(jì)浴室防摔倒設(shè)施，目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是洗澡機(jī)類產(chǎn)品；二是從家裝設(shè)計(jì)角度，做好浴室干濕分離。前者占用空間大，對(duì)家中浴室整體改造工程量大，產(chǎn)品價(jià)格昂貴，且盆浴方式不符合我國(guó)傳統(tǒng)國(guó)情，不便于中國(guó)家庭普及；后者無(wú)法改善淋浴過(guò)程中地面的濕滑狀態(tài)，不能從根本上解決浴室跌倒問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)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(dú)自淋浴時(shí)不慎跌倒帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

1 設(shè)計(jì)思路

家庭淋浴防摔倒裝置的研發(fā)過(guò)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(guò)程中的自由活動(dòng)；（2）當(dāng)老年人因浴室地面濕滑產(chǎn)生滑跌趨勢(shì)時(shí)，能夠及時(shí)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?cè)屑已b結(jié)構(gòu)；（4）老年人使用該裝置時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)與其快速地結(jié)合或釋放；（5）老年人使用該裝置時(shí)，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(guò)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(shí)現(xiàn)上述的所有功能需求。

1.2 移植法的應(yīng)用

通過(guò)移植法的運(yùn)用，可以找到實(shí)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(dòng)軸承的引導(dǎo)作用，可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，具有安裝方便、行走順暢、壽命長(zhǎng)、耐臟能力強(qiáng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

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(guò)一定的方式連接，則可以實(shí)現(xiàn)人在淋浴過(guò)程中沿直線方向的自由行走，并在必要時(shí)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?yàn)橥ǔＴ∈抑挥兴拿鎵w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(diǎn)。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)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(jiǎn)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(guò)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(dòng)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(shì)時(shí)及時(shí)給予老年人輔助提升力，同時(shí)能提供必要的活動(dòng)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(chǎng)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(diǎn)。

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(diǎn)。

1.2.5 汽車安全帶插扣。為實(shí)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(duì)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(guò)包覆1.2.4 節(jié)所提承重繩的方式，解決親膚的問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)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(duì)各成熟技術(shù)單元進(jìn)行局部設(shè)計(jì)調(diào)整，并補(bǔ)充各技術(shù)單元之間的連接設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)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(xiàng)技術(shù)。

圖1 導(dǎo)軌示意圖

其一，光軸通常是固定長(zhǎng)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(shí)可根據(jù)浴室長(zhǎng)度在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)總長(zhǎng)，并用帶扳手卡箍進(jìn)行限位，限制鋼管套相對(duì)光軸的軸向移動(dòng)。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(wú)法焊接，故通過(guò)萬(wàn)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(xiàng)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(jiǎn)化硅膠包覆工藝、降低單件研發(fā)產(chǎn)品加工成本，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查找到異形截面硅膠密封條，將晾衣繩穿過(guò)P 型硅膠條長(zhǎng)孔后，再將兩組硅膠條對(duì)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(guò)滑塊的安裝孔，通過(guò)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(jì)方案還可以從信息化、智能化和多樣化三個(gè)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(guò)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(wú)法靠自身力量恢復(fù)站立狀態(tài)的情況下，手動(dòng)按下緊急呼救鍵，即可向指定的監(jiān)護(hù)人號(hào)碼發(fā)送呼救信息，以爭(zhēng)取搶救時(shí)間。

3.2 智能化

家庭淋浴防摔倒裝置的智能化可以通過(guò)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(cè)算法，并使用嵌入式處理器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、無(wú)線傳輸和遠(yuǎn)程報(bào)警[12]。

3.3 多樣化

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

3.3.1 導(dǎo)軌配置?？紤]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(xiàng)指標(biāo)對(duì)比如表1 所示。

表1 導(dǎo)軌配置方案對(duì)比

當(dāng)浴室規(guī)格小、障礙物多時(shí)，應(yīng)更多地考慮穩(wěn)定性，對(duì)活動(dòng)范圍要求不高，可取消光軸導(dǎo)軌簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，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(zhǎng)度和直徑、連接繩長(zhǎng)度和直徑、腰帶長(zhǎng)度和寬度、吸盤數(shù)量系列化，且某一長(zhǎng)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(jì)、導(dǎo)軌行走順暢幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。裝置各組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件選擇有成熟產(chǎn)品參考，已在短時(shí)間內(nèi)完成單件研發(fā)產(chǎn)品的加工裝配與性能測(cè)試，可以解決防止老年人獨(dú)自淋浴時(shí)不慎跌倒的問(wèn)題，從而可以避免由跌倒帶來(lái)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(kāi)發(fā)產(chǎn)品的目的。整個(gè)研發(fā)過(guò)程始終貫穿以問(wèn)題為導(dǎo)向，尋找成熟技術(shù)解決問(wèn)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(jì)中的良好實(shí)踐，具備一定的推廣價(jià)值，尤其適合高校學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練和小微企業(yè)產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。

產(chǎn)品研發(fā)過(guò)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(méi)有過(guò)多地考慮設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)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(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。