一種不彎腰智能助老鞋柜設(shè)計(jì)

徐嘉敏 路風(fēng) 郭國誼

摘? 要：在智能家具業(yè)快速發(fā)展之際，采用機(jī)電結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了一款異于傳統(tǒng)鞋柜的不彎腰智能助老鞋柜。該鞋柜在保留傳統(tǒng)鞋柜優(yōu)點(diǎn)的前提下，增加了不彎腰存取鞋主功能，意在幫助老年人群解放腰部;添加了自動照明功能，意在解決鞋柜內(nèi)部不可視問題;增加了臭氧消毒功能，意在消除鞋柜內(nèi)部易滋生細(xì)菌的隱患;添加了換氣烘干功能，意在改善鞋柜內(nèi)部異味情況。

關(guān)鍵詞：不彎腰存取鞋;鞋柜;助老;多功能

中圖分類號：TS665.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0165-04

Abstract： With the rapid development of intelligent furniture industry， a non bending intelligent help the aged shoe cabinet， which is different from the traditional shoe cabinet， is designed by means of electromechanical combination. On the premise of retaining the advantages of the traditional shoe cabinet， the main function of accessing shoes without bending down is added in the shoe cabinet， which is intended to help the aged liberate their waist; the automatic lighting function is added to solve the problem of invisible inside of the shoe cabinet; the ozone disinfection function is added to eliminate the hidden danger of easy breeding of bacteria in the shoe cabinet; the ventilation and drying function is added to improve the peculiar smell inside the shoe cabinet.

Keywords： access shoes without bending down; shoe cabinet; help the aged; multi-functional

0? 引? 言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2019年發(fā)布的數(shù)據(jù)，我國65周歲老年人口數(shù)為16 658萬人，占總?cè)丝诘?1.9%，且老年人口逐年上升，各種各樣的人口老齡化問題隨之而來。特別是老人的身體老化問題，老人因年紀(jì)大而造成的腰椎間盤突出，腰椎增生，腰肌勞損，骨質(zhì)疏松讓他們彎腰存取鞋都變得十分困難，但市面上流通的傳統(tǒng)鞋柜無法解決此問題，針對老人難彎腰存取鞋的痛點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了一款可以不彎腰存取鞋的鞋柜。為完善鞋柜功能，更好的服務(wù)消費(fèi)者，團(tuán)隊(duì)成員分散在多地進(jìn)行調(diào)研，記錄下老人們對鞋柜的其他要求。調(diào)研結(jié)束后，整合分類所記錄的數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)還有其他亟待解決的問題，如鞋柜內(nèi)部燈光昏暗、鞋柜空間利用率低、鞋子長時間存放在鞋柜中會產(chǎn)生異味、外出遇見下雨天時鞋子濕了直接放在鞋柜中會發(fā)霉等。在了解清楚現(xiàn)代老人們的所有需求后，我們進(jìn)行了該不彎腰智能助老鞋柜的設(shè)計(jì)，鞋柜主要是解決老人及行動不便人群難彎腰存取鞋問題，讓用戶直接進(jìn)行簡單的操作步驟就能完成存取鞋動作，無需彎腰低頭拿鞋與找鞋。為產(chǎn)品可以更好地在市面上推廣，需要提升此裝置的多功能性與實(shí)用性，因此加入了自動照明、殺菌消毒、換氣烘干等元素，一并解決用戶所提出的其他附加需求。

1? 鞋柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求與部分主體尺寸的確定

為了符合市場統(tǒng)一規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)，方便消費(fèi)者的選擇，此鞋柜的尺寸盡量參考傳統(tǒng)鞋柜，在保證內(nèi)部機(jī)構(gòu)可以正常運(yùn)行的前提下，大小與傳統(tǒng)鞋柜一致。此鞋柜為單排的，整體尺寸為900×1 000×1 200 mm。

由于鞋柜要實(shí)現(xiàn)不彎腰存取鞋的功能，因而要求任何鞋盒中的鞋子都可以旋轉(zhuǎn)到鞋柜下端進(jìn)行存取，所以此處應(yīng)該設(shè)計(jì)一個傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)此功能?？紤]到鞋柜在室內(nèi)使用，不宜發(fā)出過大的噪音，且需要較低的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)工作制造與安裝精度底、更換簡單方便、可傳動較大的軸間距離且傳動效率高才可滿足消費(fèi)者的使用要求，故采用鏈傳動。

鞋柜的主體部分由一根主軸，6個鞋盒，傳動裝置等組成的，考慮到我們鞋柜主要受眾的特征，采用簡單的單排旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與易于操作的傳統(tǒng)手搖和電機(jī)驅(qū)動結(jié)合的方式。制作本鞋柜的材料應(yīng)該具有較好的剛性，安全性，耐磨性，耐腐蝕性，此外，還需要在保證鞋柜所有功能正常運(yùn)行的情況下，保證產(chǎn)品的使用壽命。故主體框架選擇鋁合金6070，柜體及鞋盒部分采用E1級人造板及人造貼皮材料，連接原件采用五金件。

鞋盒尺寸的確定：經(jīng)觀察總結(jié)可知，正常成年人鞋子的長度范圍為220 mm至280 mm，鞋寬范圍為70 mm至100 mm。為選取合適的鞋盒高，我們測量了大量不同鞋碼鞋子的高度，整合所掌握的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，除特殊的鞋子外（如高跟鞋，增高鞋等），大多數(shù)鞋子的高度在110 mm。為提高空間利用率，我們一個鞋盒需要存放兩雙鞋，所以鞋盒的尺寸為400×300×120 mm。

鞋柜主體旋轉(zhuǎn)部分尺寸：綜合鞋柜的整體尺寸與鞋盒尺寸，我們旋轉(zhuǎn)部分主體尺寸為500×800×700 mm。

搖桿高度尺寸設(shè)計(jì)：搖桿中心與地面的直線距離為0.9米，一方面符合我國老人的平均身高，另一方面也符合鞋柜的高度要求。

1.2? 鞋柜總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，鞋柜主體部分位于鞋柜中間，可以使空間的利用率達(dá)到最大;搖桿在鞋柜右側(cè)，符合普通人的生活習(xí)慣;節(jié)能燈位于鞋柜上方，方便全方位照射鞋柜內(nèi)部;換氣烘干扇位于鞋柜左側(cè)，便于空氣對流;紫外線燈位于鞋柜上方，可以讓鞋子更好的接受紫外線的照射，使細(xì)菌被完全消除。

2? 鞋柜的功能介紹

2.1? 鞋柜不彎腰存取鞋功能

將存放鞋子的隔層簡化為小鞋盒，主軸上連接6個等大的小鞋盒，利用主軸旋轉(zhuǎn)帶動鞋盒轉(zhuǎn)動，主軸與搖桿之間存在一個鏈傳動，主軸上連接大鏈輪，大鏈輪為從動輪，搖桿上連接小鏈輪，小鏈輪為主動輪。當(dāng)搖桿轉(zhuǎn)動時，主動輪旋轉(zhuǎn)，主動輪旋轉(zhuǎn)帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，且從動輪與主軸連接，因而實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)，如圖2所示?？紤]到鞋柜在實(shí)際應(yīng)用時可能會遇見斷電情況，故采用電機(jī)供能與手搖供能兩種方案，如為手搖功能，則主動輪的動力來源于老人，由老人控制，老人在存鞋時，只需要轉(zhuǎn)動搖桿，待空鞋盒轉(zhuǎn)到老人腳邊，停止手搖搖桿，直接將鞋子脫在鞋盒上，完成不彎腰存鞋動作。老人在取鞋時，只需要用手轉(zhuǎn)動搖桿，待裝有想穿鞋子的鞋盒轉(zhuǎn)到下面，停止手搖搖桿，直接穿鞋，完成不彎腰取鞋動作。這樣既能實(shí)現(xiàn)鞋柜即用即停功能，又能給予老人反應(yīng)時間。如為電機(jī)供能，則動力來源于電機(jī)的轉(zhuǎn)動，通電后，按下開關(guān)1，電機(jī)正轉(zhuǎn)，鞋盒向下運(yùn)動，待轉(zhuǎn)動至最下方時，將脫下的鞋子直接放入鞋盒中，再按下開關(guān)2，電機(jī)反轉(zhuǎn)，鞋盒向上運(yùn)動，即完成不彎腰存鞋動作;取鞋時的動作與存鞋時相同，此處便不再敘述。

2.2? 鞋柜臭氧消毒功能

鞋柜里存放的鞋子大多為出行常用鞋，由于外界空氣中充滿了大量細(xì)菌，且細(xì)菌的存在是無方向性的，出行時無論個人怎樣注意防護(hù)，都避免不了攜帶細(xì)菌。若攜帶細(xì)菌入戶，對抵抗能力弱的老人家容易因細(xì)菌感染而生病。而今年疫情來勢洶洶，正值新冠高發(fā)之際，更應(yīng)該注意個人衛(wèi)生防護(hù)，更應(yīng)該杜絕細(xì)菌入家門。因而我們采用紫外線殺菌燈對存放在鞋盒中的鞋子進(jìn)行殺菌消毒，如圖3所示。本鞋柜所采用的紫外線殺菌燈的發(fā)光譜線主要有254 nm與185 nm兩條。254 nm紫外線通過照射破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌立刻死亡或不能產(chǎn)生后代。185 nm紫外線照射可將空氣中的O2轉(zhuǎn)化為O3，臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物的生物膜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)殺菌的作用。在兩條發(fā)光譜線的組合作用下，增強(qiáng)了殺菌的效果，不僅可以去除常見的霉菌，還可去除在家庭中經(jīng)常出現(xiàn)的其他病菌。紫外線殺菌方法屬于純物理方法，不需使用其他傷害人體的化學(xué)試劑，而且簡單快捷，無二次污染，適合家庭日常使用。當(dāng)需要使用時只需要按下開關(guān)，等待30分鐘左右，便完成殺菌消毒功能，若需要再次殺菌消毒時，只需重復(fù)上述步驟。操作簡單快捷，適合老年人群的使用。

2.3? 鞋柜換氣烘干功能與自動照明功能

當(dāng)外出遇見雨天時，鞋子被弄濕了，而天空又在下雨，鞋子無法晾曬，只能暫時放置在鞋盒中，但是如果長時間存放在密閉不透氣的環(huán)境中，鞋子容易發(fā)霉與產(chǎn)生異味。為了解決此問題，如圖4所示，此鞋柜左側(cè)加裝換氣烘干風(fēng)扇使內(nèi)部的空氣流通，在消除鞋柜異味的同時實(shí)現(xiàn)鞋子的烘干，讓鞋子除濕不再單純依賴于陽光下晾曬，完成換氣烘干功能。據(jù)老人反應(yīng)，傳統(tǒng)鞋柜內(nèi)部情況很難看清楚，存放鞋子時容易找不到正確的位置或是拿錯鞋子，若想看鞋柜內(nèi)部全貌，往往需要打開手電筒彎著腰去尋找鞋子，而這樣與我們主功能所解決的問題沖突。為徹底解決老人及行動不便人群彎腰問題，此鞋柜上方安裝節(jié)能燈，且考慮到老人因年紀(jì)大而記憶力衰退，若安裝普通開關(guān)，則容易因忘記關(guān)閉開關(guān)而造成的能源浪費(fèi)，為節(jié)約電力資源，特意將節(jié)能燈的電路設(shè)計(jì)為自動照明模式。為使老人們可以站著觀看鞋柜內(nèi)部情況，鞋柜柜面采用透明板，透明板特殊的結(jié)構(gòu)，可以避免內(nèi)部燈的折射光刺激眼睛，使用戶更好的觀察內(nèi)部情況。其中安裝節(jié)能燈且與常閉開關(guān)相連，開關(guān)放置在柜門上沿，開鞋柜門時，柜門外力作用消失，開關(guān)閉合，燈亮，實(shí)現(xiàn)自動亮燈;關(guān)閉柜門時，柜門的外力作用出現(xiàn)，開關(guān)斷開，燈滅，實(shí)現(xiàn)自動熄滅，即完成自動照明功能。

3? 實(shí)現(xiàn)鞋柜多功能電路圖介紹

如圖5所示，當(dāng)主功能利用電機(jī)驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)時，電動機(jī)帶動小鏈輪旋轉(zhuǎn)，小鏈輪通過鏈傳動帶動大鏈輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，由于電動機(jī)在開關(guān)打開時有兩種選擇，按下不同的按鈕會令電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不同，因此電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)就分別代表著鞋盒的上升與下降。當(dāng)鞋盒下降到合適的高度時，按下電動機(jī)的停止按鈕，便可以將其停止，需要重新啟動時，只需按下相同的按鈕即可。按下電機(jī)另一個按鈕時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，鞋盒向上運(yùn)動，同上，當(dāng)鞋盒需要停止運(yùn)動時，按下停止按鍵，需要重新啟動時，按下相同的按鍵便可。自動照明燈是照亮鞋柜內(nèi)部的重要元器件，本產(chǎn)品將燈的開關(guān)設(shè)置在開門的軸上，使用行程開關(guān)控制開門的距離，當(dāng)開門到合適的距離時，觸點(diǎn)閉合，燈通電而被點(diǎn)亮，反之，則燈斷電而熄滅，實(shí)現(xiàn)“柜門關(guān)燈自動滅，柜門開燈自動亮”功能。如想要對鞋子進(jìn)行殺菌操作，可按下鞋柜上部的開關(guān)，由于殺菌燈和定時器相連接，定時器采用斷電延時器，在斷電后開始計(jì)時，由于殺菌燈是電動開關(guān)，按一次便會開始計(jì)時，所以在到達(dá)定時器預(yù)先設(shè)定的時間后，紫外線殺菌燈自動失電斷開，即完成一次殺菌操作。當(dāng)需要進(jìn)行換氣時，內(nèi)部的風(fēng)扇在鞋柜的外部有著獨(dú)立的開關(guān)，按下開關(guān)，電風(fēng)扇通電，進(jìn)行工作，將鞋柜內(nèi)部的空氣向外排出，由于開關(guān)是翹板開關(guān)，因此在按下開關(guān)時風(fēng)扇持續(xù)得電，在手動關(guān)閉前可一直工作，想要結(jié)束換氣時，只需再按一次開關(guān)便可，鞋柜概念機(jī)正常工作效果如圖6所示。

5? 結(jié)? 論

該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了老人及行動不便群體不彎腰存取鞋的主功能，同時還兼具自動照明、紫外線消毒、換氣多種附加功能，很好地滿足老人們的現(xiàn)代生活需求。此不彎腰智能助老鞋柜結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)、功能全面，不僅牢牢抓住了老年人的痛點(diǎn)，還緊跟現(xiàn)代家具智能化發(fā)展的大趨勢，實(shí)現(xiàn)了多功能化與智能化。未來如果批量化生產(chǎn)，必定可以為廣大老年群體帶去福音，具有較大的市場空間。

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作者簡介：徐嘉敏（2001—），女，漢族，江西南昌人，本科在讀，研究方向：材料成型及控制工程;通訊作者：郭國誼（1968—），男，漢族，江西永豐人，副教授，碩士，研究方向：機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。