丁 雅，段博峰，王明波，戴俊平，張 肖

（陜西理工大學(xué)，陜西 漢中 723003）

隨著中國(guó)社會(huì)老齡化現(xiàn)象日益加重，其所占中國(guó)總?cè)丝跀?shù)量比例也越來越大[1]。老年人的生理機(jī)能不斷衰減，其關(guān)節(jié)靈活性與動(dòng)作協(xié)調(diào)性不斷下降，導(dǎo)致腿腳不便、行動(dòng)困難、反應(yīng)遲鈍等問題[2]，尤其在日常如廁時(shí)需要完成“曲腿蹲坐—起身站立”過程，肢體主要發(fā)力和支撐部位執(zhí)行動(dòng)作遲緩、麻木，導(dǎo)致摔倒發(fā)生意外[3]。研制開發(fā)一種輔助老年人如廁裝置，為老年人如廁動(dòng)作提供支撐和助力，可防止如廁時(shí)產(chǎn)生眩暈、缺力、失穩(wěn)而導(dǎo)致意外傷害，實(shí)現(xiàn)如廁期間無需安排專人陪護(hù)，減輕家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

1 裝置整體設(shè)計(jì)思路概述

本裝置對(duì)曲腿蹲坐和起身站立兩個(gè)動(dòng)作提供助力和支撐，其主要組成包括基礎(chǔ)架、升降機(jī)構(gòu)、助力機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)、收放型扶手等，如圖1所示。本裝置懸空安裝于衛(wèi)生間馬桶后方墻壁上，具有自動(dòng)展開和折疊收攏特點(diǎn)。使用者扶靠于此裝置，相關(guān)機(jī)構(gòu)以正常人肢體生理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡完成由站立到蹲坐于馬桶墊圈上過程，或者由蹲坐于馬桶上到起身站立過程。整個(gè)輔助過程不改變正常如廁動(dòng)作，人機(jī)交互友好，不影響其他人正常使用該馬桶。

圖1 裝置整體設(shè)計(jì)圖

2 裝置主要組成部件設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)架

基礎(chǔ)架外形特征如“回”字型，外部是與衛(wèi)生間墻壁連接的大框架，框架上留有安裝孔，用膨脹螺栓使基礎(chǔ)架與墻壁連接，內(nèi)部為小框架結(jié)構(gòu)，小框架上用于安裝提供主動(dòng)力的電機(jī)和升降機(jī)構(gòu)，如圖2所示?；A(chǔ)架兩側(cè)還裝有輕型直線導(dǎo)軌，對(duì)升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自由度約束，使其只能沿著導(dǎo)軌在豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)。

圖2 基礎(chǔ)架實(shí)物圖

2.2 升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)沿基礎(chǔ)架中心豎線安裝，其為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，主要包括聯(lián)軸器、軸承座、軸承、絲桿、螺母，如圖3所示。絲桿兩端安裝軸承及其軸承座，確保絲桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲桿上端通過聯(lián)軸器與電機(jī)連接。絲桿上套有螺母，螺母連接折疊機(jī)構(gòu)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，螺母在基礎(chǔ)架兩側(cè)輕型導(dǎo)軌約束下上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)折疊機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動(dòng)。

圖3 升降機(jī)構(gòu)示意圖

2.3 助力機(jī)構(gòu)

助力機(jī)構(gòu)為本裝置的核心和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)為平面四桿機(jī)構(gòu)，主要組成包括座板、工字梁、小電動(dòng)推桿、搖桿、連桿等。座板和工字梁通過兩個(gè)連桿連接組成雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖4所示。小電動(dòng)推桿伸縮可控制搖桿擺動(dòng)，搖桿帶動(dòng)連桿擺動(dòng)，最后推動(dòng)座板擺動(dòng)，對(duì)下蹲和起身動(dòng)作中臀部和大腿提供助力和支撐作用。

圖4 助力機(jī)構(gòu)和折疊機(jī)構(gòu)示意圖

助力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足四桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)條件，連桿為最短桿，工字梁為機(jī)架，也為最長(zhǎng)桿。參考馬桶蓋尺寸確定座板長(zhǎng)度，初設(shè)座板最大擺動(dòng)角度為45°，小電動(dòng)推桿尺寸為固定參數(shù)，最后推算出搖桿、連桿和機(jī)架長(zhǎng)度以及各鉸接點(diǎn)具體位置，如圖5和表1所示。為防止電動(dòng)推桿與搖桿出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，應(yīng)使兩者鉸接點(diǎn)不低于兩者分別機(jī)架鉸接點(diǎn)，即存在偏距e。

圖5 助力機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

表1 主要桿件尺寸

2.4 折疊機(jī)構(gòu)

折疊機(jī)構(gòu)主要為1對(duì)L形桿件、橫梁和2個(gè)大電動(dòng)推桿等組成L梁架。L梁架底端與工字梁后端鉸接，大電動(dòng)推桿兩端分別鉸接兩者組成1個(gè)三角形，當(dāng)大電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)或收縮時(shí)，工字梁帶動(dòng)助力機(jī)構(gòu)向L梁架遠(yuǎn)離或靠攏。使用本裝置時(shí)大電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)展開助力機(jī)構(gòu)，大電動(dòng)推桿收縮收攏助力機(jī)構(gòu)。

2.5 收放型扶手

收放型扶手包括短桿、開有矩形槽的長(zhǎng)桿、支撐桿和按式折疊按鈕、長(zhǎng)板、報(bào)警按鈕等，如圖6所示。短桿固定于基礎(chǔ)架，短桿與長(zhǎng)桿鉸接。支撐桿可在長(zhǎng)桿中的矩形槽內(nèi)滑動(dòng)。按壓支撐桿上端按式折疊按鈕可使扶手展開放平或折疊收攏。

圖6 收放型扶手結(jié)構(gòu)示意圖

3 裝置使用說明

本裝置不使用時(shí)，助力機(jī)構(gòu)處于折疊狀態(tài)，升降機(jī)構(gòu)在馬桶正上方最高位置，收放型扶手為豎直狀態(tài)。使用前，先將收放型扶手放至為水平狀態(tài)，啟動(dòng)電機(jī)使升降機(jī)構(gòu)緩慢下降至略低于人體臀部位置，然后控制大電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)放下工字梁，接著控制小電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)使座板呈傾斜狀態(tài)，使用者松開衣褲，臀部依靠在座板上，雙手緊握扶手，繼續(xù)控制小電動(dòng)推桿使座板下降到馬桶上表面位置并呈水平狀態(tài)，此時(shí)完成了使用者曲腿蹲坐在馬桶上的全部動(dòng)作迎候輔助過程。使用者排便結(jié)束后，逆向操作以上步驟，即座板上升并傾斜→整理衣褲→座板收為水平狀態(tài)→助力機(jī)構(gòu)折疊→升降機(jī)構(gòu)上升至最高位置→收回扶手，此過程將對(duì)使用者起身站立過程給予助力和支撐作用。

4 結(jié)語

本文說明了本裝置主要組成部分的設(shè)計(jì)過程和要求以及使用過程。本裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人如廁時(shí)的曲腿蹲坐—起身站立過程進(jìn)行助力和支撐，有效緩解了因骨骼體質(zhì)退化帶來肢體乏力而難以獨(dú)立完成如廁過程的問題，也保護(hù)了老年人個(gè)人隱私，減輕了護(hù)理勞動(dòng)強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本裝置還可適用于行動(dòng)不便的殘疾人、孕婦、康復(fù)病人等人群。