老人如廁助力扶手設(shè)計(jì)

倪福生 王森

摘要：本設(shè)計(jì)涉及一種廁所的助力扶手，該助力扶手由平臺(tái)機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中，平臺(tái)機(jī)構(gòu)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪叉式升降臺(tái)和扶手組成，剪叉式升降臺(tái)的支撐桿和扶手均采用鑄鋁件鑄造而成，用以減輕整體的重量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿，從而帶動(dòng)升降臺(tái)的升降。為了保證絲杠運(yùn)行時(shí)的安全行程，在整個(gè)平臺(tái)上安裝有光電開關(guān)，從而達(dá)到控制升降高度的目的。

關(guān)鍵詞：助力扶手;升降機(jī)構(gòu);剪叉式;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 設(shè)計(jì)要求和參數(shù)

設(shè)計(jì)要求和參數(shù)如下：

（1）平臺(tái)機(jī)構(gòu)選用雙鉸鏈剪叉式升降機(jī)構(gòu)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng);

（2）升降高度300mm-1000mm;

（3）負(fù)載重量：40kg-100kg;

（4）升降速度：25mm/s;

平臺(tái)機(jī)構(gòu)選用剪叉式升降扶手。剪叉式升降機(jī)構(gòu)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為液壓驅(qū)動(dòng)剪叉式升降機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪叉式升降機(jī)構(gòu)。

2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪叉式升降機(jī)構(gòu)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪叉式升降機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)控制絲杠等機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成升降臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)，從而來帶動(dòng)升降臺(tái)的升降。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。

本次設(shè)計(jì)的助力扶手應(yīng)用于居民生活中，考慮到使用環(huán)境要求，如使用液壓驅(qū)動(dòng)，需要安裝液壓泵站，對(duì)空間包括面積要求較高，故本次設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪叉式升降機(jī)構(gòu)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件是由電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)兩端的支撐桿在滑軌上移動(dòng)。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)主要是電機(jī)的選型計(jì)算、滾珠絲杠和滑軌的選型。

3 滾珠絲杠的選型

滾珠絲杠的行程為支撐桿從最低位置運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí)橫向的位置，即，取滾珠絲杠的有效行程為250mm。

（1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程

根據(jù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和X向最大速度，計(jì)算絲杠導(dǎo)程。X向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇松下MDMA152P1V，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為4500rpm。因?yàn)樗欧姍C(jī)可以通過調(diào)整輸出脈沖的頻率來調(diào)節(jié)速度，故不需要鏈接減速機(jī)。電機(jī)與滾珠絲桿直連，傳動(dòng)比為1。X向最大運(yùn)動(dòng)速度25mm/s，即1500mm/min。則絲杠導(dǎo)程為

實(shí)際取，可滿足速度要求。

（2）滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算

滾動(dòng)導(dǎo)軌承重時(shí)的滑動(dòng)摩擦系數(shù)最大為0.02，靜摩擦系數(shù)與摩擦系數(shù)差別不大，此處計(jì)算取靜摩擦系數(shù)為0.02。則導(dǎo)軌靜摩擦力：

（7）導(dǎo)程精度的選擇

根據(jù)X向運(yùn)動(dòng)的定位精度要求達(dá)到0.005mm/1000mm，則任意300mm。長(zhǎng)度的導(dǎo)程精度為0.0015mm。

（8）確定滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào)

按照絲杠Ph、d2m、Cam選擇內(nèi)循環(huán)雙螺母式滾珠絲桿，型號(hào)為FYND6310-4，精度等級(jí)2級(jí)。絲桿基本導(dǎo)程Ph=10mm，絲杠底Xd2m=57mm>14.42mm，外徑Xd=62mm，公稱直徑Xd0=63mm，額定動(dòng)載荷Ca =48740N >Cam，額定靜載荷Cao=156912N。

4 電機(jī)選擇

根據(jù)工作場(chǎng)所的要求，考慮成本等因素，電機(jī)選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)選取松下NASA4系列MDMA152P1V型大慣量電機(jī)，其功率：1.5KW，額定轉(zhuǎn)矩：7.15 N.m，電機(jī)慣量JM：0.00123 Kg.m2。

X向運(yùn)動(dòng)工件及工作臺(tái)質(zhì)量估計(jì)最大值約100Kg。

（5）加速度產(chǎn)生的負(fù)荷扭矩：

根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知：X向工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度為v=25mm/s，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速=150rpm，最大加速度為a=40mm/s2，則工作臺(tái)速度從0升至25mm/s所需時(shí)間：

（6）電機(jī)總扭矩：

所選擇電機(jī)額定扭矩為7.15N.m，大于計(jì)算電機(jī)總扭矩3倍以上。所選擇電機(jī)扭矩符合要求

（作者單位：臨沂大學(xué)）