遙控方便桌的設(shè)計

王清昀

(1.杭州第二中學,浙江杭州 310052;2.中國少科院,北京 100089)

遙控方便桌的設(shè)計

王清昀1,2

(1.杭州第二中學,浙江杭州 310052;2.中國少科院,北京 100089)

本遙控方便桌屬機械電子類，病人不能下床搬桌，通過遙控裝置方便靈活移動與升降桌子。該項目已獲實用新型專利證書，專利號：ZL201220436108.1。①該桌配備紅外線遙控器控制功能，感應(yīng)器反應(yīng)快速。病人操作簡單，使用方便。②桌面電動升降，安全可靠。根據(jù)病人醫(yī)治、看書和上網(wǎng)所需，手動或自動遙控桌子進退，左右轉(zhuǎn)及桌面升降。③利用單片機根據(jù)程序使桌子有自動行進，病人只按遙控器中一個按鍵，桌子即自動進退轉(zhuǎn)彎和停止。④輕巧牢固，節(jié)約空間，方便攜帶，可疊放。桌子整體重約5kg。

紅外線遙控 自動進退、升降 功能設(shè)計 機械工程學

1 研究背景及意義

為解決病人既無法移動護理桌也調(diào)節(jié)不了桌面斜度高度等困難，我確定發(fā)明方便臥床病人和獨居老人使用的遙控方便桌。臥床病人用遙控器指揮桌子迅速駛到床前，桌面插床上方，遙控調(diào)桌面斜度高度，方便在桌面上量血壓、換藥等治療、用餐、看書、上網(wǎng)等，不用可遙控桌子駛離病床。

2 工作原理及性能分析

桌子外形設(shè)計線條簡潔，整體呈ㄈ形。下方以兩根可拆卸不銹鋼管橫向支撐。支撐桌面橫向和縱向鋼管間呈直角。不銹鋼管底盤安裝一對主動輪和萬向輪。對不銹鋼管局部切割安裝四個電機，進行縱向鋼管及其內(nèi)外套管搭建，建立外形，加遙控接收裝置，螺桿連接。桌子通過4個電機達到進退，左右轉(zhuǎn)，以及桌面升降，安全可靠。

該桌主要組成：機械及電機部分，電子控制部分。

2.1 機械部分

如圖2-1所示，機械主要部分見（表1）

連接關(guān)系是：兩個電機裝置16分別和兩個主動輪1連接，兩個主動輪1固定在底座2的后側(cè)，兩個萬向輪15固定在底座2的前端，二根外套管4分別通過兩個底座關(guān)節(jié)3與底座2轉(zhuǎn)動連接，二根外套管4的底部分別設(shè)置二只升降電機5，升降電機5通過電機套6和螺桿7連接，螺桿7的另一端和內(nèi)套管8螺紋連接，外套管4的頂部設(shè)置有滑套9，內(nèi)套管8分別通過兩個橫管關(guān)節(jié)11與橫管13轉(zhuǎn)動連接， 兩根橫管13通過卡扣14和桌面板12滑動連接；底座2的一邊和外套管4通過橫管底座10活動連接，內(nèi)套管8和其同一側(cè)的橫管13通過關(guān)節(jié)活動連接。

對于臥床的病人，可以通過遙控器的指揮，靈活而迅速地遙控駕駛桌子到病人床前，桌面板12插在病人的床上方，并且會根據(jù)病人的要求自動調(diào)節(jié)桌面板12的傾斜度或者高度，方便病人在該桌面上用餐、看書、上網(wǎng)等日常生活的進行。病人不需要桌子時，可以通過遙控指揮桌子駛離病床。本實用新型也適用于正常人在沙發(fā)或者床上看書學習。

2.2 電子控制及驅(qū)動部分

①本桌遙控電路采用繼承芯片是PT2248(紅外發(fā)射)PT2250(紅外接收)。PT2249A/API2250A系列是普林思頓技術(shù)公司生產(chǎn)紅外遙控接收器，采用互補金屬半導體(CMOS)技術(shù)，可和PT2248遙控編碼器組合使用，能接收紅外信號輸入或直接輸入，并有相關(guān)或非相關(guān)循環(huán)（觸發(fā)）輸出方式，同時還可以提供不同的應(yīng)用需要。本電路采用HP1～HP6輸出，控制三個電機和正反轉(zhuǎn)。按遙控器鍵盤（圖2-2）各按鈕，經(jīng)過（圖2-3）中PT2248編碼器編碼，D1發(fā)出相應(yīng)紅外線遙控器指令。桌子左上角紅外線接收器及PT2250解碼器以及電機驅(qū)動電路控制各個電機的正/反轉(zhuǎn)，從而控制整個桌面傾斜度/升高，或桌子左右轉(zhuǎn)/進/退。

②遙控器原理圖（圖2-4）當遙控器開關(guān)撥下時，通過按鍵盤升，降，右傾，左傾斜按鈕，通過編碼→紅外線發(fā)射，電機驅(qū)動板中的紅外線接收→解碼→電機驅(qū)動電路→驅(qū)動相應(yīng)的各個電機，使桌面升或降或右傾或左傾，調(diào)節(jié)桌面高度或左右傾斜度。

③紅外線接收解碼電路有2套，一套控制2個電機使桌子進或退或左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，一套控制2個電機使桌面升或降或傾斜。每套解碼電路輸出信號到集成芯片，由集成芯片寫入的程序，輸出信號到電機驅(qū)動電路，驅(qū)動電機。

④遙控病床小車控制板單片機程序。用單片機編程，靈活對電機控制設(shè)置變更，控制桌子進或退或左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，控制桌面的升或降或傾斜。

表1

3 理論設(shè)計計算

3.1 電機選用及數(shù)量

共4個電動機：①控制兩個前輪的驅(qū)動（各1個電機100rpm），②控制二個套管的上升下降（各1個電機200rpm）。

3.2 電動功率的計算

總重量：塑料面板約0.75KG，桌腿和底盤約3.5KG，電池約0.25KG，總重約4.5KG。

驅(qū)動前后輪的電機功率：牽引力F=m·g·μ=4.5kg·9.8N/kg 0.5=22.05N.估計桌子前進的速度V=0.3m/s=18m/minη=0.8

塑料面板重M約為0.75kgG=m·g=0.75kg·9.8N/kg=7.35N

4 創(chuàng)新點及改進之處

4.1 創(chuàng)新點

①紅外線遙控：準確率百分之百，感應(yīng)快速，操作方便。②遙控手動控制桌子進退，左右轉(zhuǎn)，及桌面升降，安全可靠。③單片機自動行進程序，病人按遙控器鍵即自動進轉(zhuǎn)彎退和停止。④輕巧牢固、拆卸方便：桌面可承受各醫(yī)療器械和生活物品重力，桌面可拆卸，桌腿和桌子底部可折疊。整體重約5kg。⑤應(yīng)用廣泛：可作電腦桌、辦公桌、學習桌、講臺、吧桌、茶幾等。

4.2 有待提高之處

①如加裝機械手承載物，運用單片機編程設(shè)計遞送動作，體現(xiàn)人性化關(guān)懷。②如桌面加防滑墊，安裝有三孔和兩孔電插座及發(fā)散熱量裝置，提供上網(wǎng)。③如輪子能加鎖以防止滑動。

5 結(jié)語

遙控方便桌是真正適合病人使用，應(yīng)用于臨床，給工作和生活帶來許多便利，反映良好。

[1]金伯利.伊拉姆（美國）．《設(shè)計幾何學》翻譯：李樂山.中國水利水電出版社,2003：9～10.

[2]丁玉蘭.《人機工程學》.北京理工大學出版社,2000：55～78.

This Tele-control Adjustable Table is mechanical electronic.Designed for bedridden patients,it can run and rise by a remote control device which is convenient and flexible.The project has been a utility model patent certificate. patent number： ZL201220436108.1.①It is equipped with infrared remote control functions： remote well, sensors react quickly. It can be operated easily.②It can suit many occasions such as surfing the Internet, read newspapers and so on. By using microcontroller which has been written programs, the patient can simply press a button, so that the table can automatically follow the scheduled route.③It is lightweight but strong and also easy to remove： Desktop can easily withstand a variety of medical devices and daily items. Desktop is removable. The legs can be folded.④It can be folded to save space. The table weighs about 5kg.It has wide range of applications such as computer tables, desks, study tables, podium,bar tables, coffee table and so on.

Infrared remote control Auto advance and retreat lift Functional design Mechanical Engineering

王清昀(1996—)，男，浙江杭州人,獲兩項發(fā)明專利，參加科技活動上百次，中學階段全國省市級獲獎56次，第八屆“中國青少年科技創(chuàng)新獎”候選人。該發(fā)明獲第13屆明天小小科學家二等獎，第28屆全國科技創(chuàng)新大賽二等獎，分獲第27屆省市科技創(chuàng)新大賽一、二等獎。

專家推薦：王清昀同學發(fā)明方便遙控桌緣于一次到醫(yī)院探視他外公時獲得靈感，查閱不少資料并撰寫詳盡的方案。我感受到作為科學工作者應(yīng)具備的嚴謹和認真：共花近兩年，修改上百次，重做四次。他有強烈好奇心和較強直覺思維能力，還具有認真嚴謹、吃苦耐勞的品格。

——陳為系浙江大學教授，計算機學院CAD&CG國家重點實驗室研究員。