移動換位器的設(shè)計

趙錦輝　高威　何潤琴

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

關(guān)鍵詞：腿腳不便老人;機械傳動;換位器

前言

據(jù)國家統(tǒng)計局2017統(tǒng)計，60周歲以上老年人口達到2.4億人，占總?cè)丝诒戎氐?7%，我國已進入人口老齡化。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)于每六個老年人就有一個失能老人，而這些老人的看護人員數(shù)量也極其巨大。為了減輕看護人員的負(fù)擔(dān)，設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單能夠在日常生活中幫助完成老人短距離移動的轉(zhuǎn)換位置的工具。

1.使用環(huán)境

本文所設(shè)計的移動換位器主要針對生活于農(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械都采用較為復(fù)雜的操控方式以及電力驅(qū)動，對于當(dāng)前部分的農(nóng)村老人十分不友好，且占地面積大，價格高昂等缺點。

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，在這種情況下會出現(xiàn)操作者和使用者都為老人的情況，因此所設(shè)計的機械操作方法必須要足夠簡單，能讓一個老人在短時間內(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，由操作者將移動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力，再由傳動機構(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”在移動換位器上，由操作者將移動換位器推到目的地，再由傳動機構(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，從而達到換位的目的。

3.總體布局

如圖1所示，移動換位器的主體部分由抬升機構(gòu)、支撐機構(gòu)、液壓緩沖機構(gòu)、止動機構(gòu)和移動機構(gòu)五個部分組成。支撐機構(gòu)是由腋下支撐架和胸部擋板兩個機構(gòu)組成。腋下支撐架對被轉(zhuǎn)移者的大臂提供向上的力，以實現(xiàn)對用戶的腋下支撐，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位置的改變，從而實現(xiàn)被移動者的抬升，使被移動者的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。再利用裝于底盤的萬向輪實現(xiàn)整個機構(gòu)的移動，萬向輪可實現(xiàn)整個機構(gòu)轉(zhuǎn)向時的方便，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)移至移動換位器時，將裝置的位置固定，從而保證一個操作者便可完成對老人或下肢殘疾的人的轉(zhuǎn)移。

4.方案論證

4.1抬升機構(gòu)

為了實現(xiàn)所描述的運動路徑抬升部分的機構(gòu)可以提供選擇的有連桿機構(gòu)、齒輪傳動、鏈傳動。

連桿機構(gòu)構(gòu)件運動形式多樣，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面運動或空間復(fù)雜運動，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。但運動精度低。

齒輪傳動在現(xiàn)代機械傳動中應(yīng)用最為廣泛，具有傳動精度高，適用范圍廣、工作可靠、使用壽命長，傳動效率高等優(yōu)點，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。

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

由于預(yù)定的抬升機構(gòu)兩軸中心距相對較大，且承載較大，而運動精度與傳動比的恒定要求則不是很高，再考慮到整個機構(gòu)的加工與設(shè)計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構(gòu)傳動。

4.2支撐機構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計是為了適應(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)被移動者的身體向前靠時，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，保證被移動者的身體在向前傾時，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，保證被搬運者在整個搬運過程中的舒適感。

4.3止動機構(gòu)

單單利用連桿機構(gòu)的傳動，可能會發(fā)生在抬升過程中操作者中途因其他原因脫手的情況，這對于下肢不便的老人而言是十分危險的，因此我們在連桿機構(gòu)的鉸鏈連接處加入棘輪機構(gòu)，通過棘輪機構(gòu)的特性可以有效防止操作者突然失力所造成的機構(gòu)下落，導(dǎo)致無法預(yù)計的風(fēng)險，而加入棘輪機構(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棘輪能固定住連桿機構(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，以實現(xiàn)連桿機構(gòu)的下降。

4.4移動機構(gòu)

移動機構(gòu)為實現(xiàn)小范圍的移動與旋轉(zhuǎn)采用了4個萬向輪作為移動機構(gòu)，其中兩個位于后方的萬向輪帶有剎車，可以在抬升與下降老人時保持機械的位置不發(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)計成能夠輕松穿過房門的65厘米。

結(jié)論

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

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本項目為2019年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201913001026）