家用自動(dòng)升降靠背的研發(fā)

摘要：本項(xiàng)目組從社會(huì)、使用對(duì)象等方面分析了家用升降靠背的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了遙控自主升降的電動(dòng)靠背。該靠背結(jié)構(gòu)輕巧，方便家用，其中的遙控功能使操作位置不再固定，可以隨身攜帶，十分靈便;且操作簡(jiǎn)單，降低了誤操作的風(fēng)險(xiǎn);傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用螺母絲杠機(jī)構(gòu)和折疊梁機(jī)構(gòu)，安全可靠。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，老年輔助器材朝著智能化、多元化、系統(tǒng)化的趨勢(shì)發(fā)展，本產(chǎn)品貼近生活實(shí)際，符合設(shè)計(jì)規(guī)則，具有良好的市場(chǎng)前景和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)升降靠背;家用;遙控功能;折疊梁

1.立項(xiàng)的背景與意義

老話說(shuō)，劍老無(wú)芒，人老無(wú)剛。年紀(jì)大了，身體出現(xiàn)各種毛病是人之常情。在人口老齡化社會(huì)，獨(dú)居老人越來(lái)越多，隨之而來(lái)的老年人生病時(shí)無(wú)人護(hù)理的問(wèn)題也成為許多在外漂泊的年輕人心中的隱憂。老人臥病在床，家人不在身邊照顧，護(hù)理費(fèi)用又是一筆沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，怎么辦？也許一把小小的自動(dòng)升降椅，就能幫助老年人起床和躺下，讓他們的生活更加便利、舒適，為年輕人減輕負(fù)擔(dān)，真算得上是兩全其美的生活好幫手。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

早在20世紀(jì)90年代，電動(dòng)護(hù)理床就在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域開(kāi)始廣泛使用了。日本八樂(lè)夢(mèng)公司生產(chǎn)的電動(dòng)護(hù)理床CA-29B就是其中的佼佼者。我國(guó)江蘇理工大學(xué)的張宇等人，也設(shè)計(jì)出了設(shè)計(jì)的全自動(dòng)多功能護(hù)理床椅，實(shí)現(xiàn)了將護(hù)理椅變成護(hù)理床的轉(zhuǎn)化，給使用者帶來(lái)更舒適的空間體驗(yàn)。但是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的護(hù)理床大都功能簡(jiǎn)單，僅能幫助使用者完成起身任務(wù)而不能完成翻身任務(wù)，而且可調(diào)節(jié)的角度是固定的，起身時(shí)不能根據(jù)人體基本狀況去調(diào)，操作起來(lái)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。為了能讓獨(dú)居老人和需要久臥的病人都能享受到護(hù)理床帶來(lái)的便利，本研究組設(shè)計(jì)了一種可以通過(guò)遙控器控制的電動(dòng)升降靠背，它方便家用，安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，具有實(shí)用、安全、便攜、美觀等優(yōu)點(diǎn)，是符合當(dāng)前市場(chǎng)需求的用心之作。

3.產(chǎn)品的主要功能特點(diǎn)

3.1遙控裝置控制功能

傳統(tǒng)靠背架以手搖式為主。而本裝置采用遙控器（如圖1）控制升降，行動(dòng)不便的人不需要?jiǎng)e人幫忙，也不需要親自下床，就能調(diào)節(jié)椅背。

3.2自由拆卸功能

本產(chǎn)品可拆卸的獨(dú)特設(shè)計(jì)，能夠?qū)⑸笛b置拆成幾個(gè)部分，既方便運(yùn)輸，又方便存放，能夠節(jié)省家庭空間，無(wú)論是居家使用還是外出使用，都非常輕便易攜帶。

3.3靈活升降功能

通過(guò)遙控器，用戶可根據(jù)舒適程度調(diào)節(jié)靠背的傾斜度，在臥姿和坐姿之間隨意調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的升降椅背可調(diào)節(jié)角度大多在90°～180°的區(qū)間內(nèi)，而本設(shè)計(jì)的椅背傾斜角度可達(dá)到80°，靈活度更大。

3.4安全實(shí)用性強(qiáng)

本裝置采用電機(jī)作為動(dòng)力源、利用電機(jī)帶動(dòng)齒輪，齒輪帶動(dòng)螺桿，螺桿推動(dòng)剪刀機(jī)構(gòu)達(dá)到床板升降的目的，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靠背高度的調(diào)整，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

4.產(chǎn)品的主要?jiǎng)?chuàng)新和適用范圍

除了功能新穎，這種設(shè)計(jì)的適用范圍還很廣。

4.1使用遙控器對(duì)靠背架進(jìn)行控制

目前市場(chǎng)上的電動(dòng)靠背架，按鍵基本都固定在床頭上方，處于使用者的是視覺(jué)盲區(qū)，使用者只能依靠過(guò)醫(yī)護(hù)人員或親屬操作。為了少麻煩別人，許多人都選擇長(zhǎng)時(shí)間忍耐不舒服的姿勢(shì)，這樣反而對(duì)健康有害。而此種設(shè)計(jì)采用遙控觸發(fā)器控制靠背起降功能，使用者可以隨身攜帶，隨時(shí)隨地操作，非常方便。

4.2與床體分離設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)護(hù)理床升降裝置和床身不能分離，消費(fèi)者為了幫助行動(dòng)不便的人翻身和上下床，只能把護(hù)理床整個(gè)買回家，不僅價(jià)格昂貴，還占用了大量空間。而本產(chǎn)品克服了傳統(tǒng)護(hù)理床的不足，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)與床身分離，要用時(shí)，可以把靠背架直接放在普通的家用床上;不用時(shí)，可以取下折疊好，且不占用空間，特別適合家用。

4.3采用安全平穩(wěn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

此外，本設(shè)計(jì)的整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)為電機(jī)帶動(dòng)齒輪系-齒輪系帶動(dòng)螺母絲杠機(jī)構(gòu)-螺母絲杠機(jī)構(gòu)帶動(dòng)剪刀機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)靠背架的升降功能。通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒輪系來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)扭矩的放大，能給電機(jī)降速，還能提升電機(jī)輸出扭力，節(jié)約成本。齒輪輸出的扭矩傳遞給螺母絲杠機(jī)構(gòu)，可以把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，還可以使得齒輪的輸出速度經(jīng)過(guò)螺母絲杠變得更加平穩(wěn)。由多個(gè)成熟穩(wěn)定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合運(yùn)作，就使得整個(gè)傳動(dòng)變得安全可靠，用戶體驗(yàn)效果也更好。

5.產(chǎn)品主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作原理

5.1產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)原理

整體結(jié)構(gòu)上，自動(dòng)升降靠背主要由剪刀機(jī)構(gòu)、螺桿裝置、靠背側(cè)管、靠背底管、齒輪機(jī)構(gòu)、電機(jī)控制盒、電動(dòng)機(jī)和電源盒構(gòu)成（如圖2所示）。

按動(dòng)起身方向的控制按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪系轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪系帶動(dòng)螺桿裝置作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)螺母在螺桿上運(yùn)動(dòng)，螺母帶動(dòng)剪刀機(jī)構(gòu)升起，推動(dòng)床板向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起身輔助功能。當(dāng)床板需要放下時(shí)，起動(dòng)電機(jī)的反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。起身床板運(yùn)動(dòng)的范圍為0°～80°。

5.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件就像人的器官一樣，支撐著身體正常功能的運(yùn)行。智能升降靠背的硬件部分主要是通過(guò)單片機(jī)模塊對(duì)靠背的升降進(jìn)行控制，該模塊主要包括發(fā)射部分和接受部分兩部分組成。發(fā)射部分由，按鍵，編碼芯片，315M調(diào)制器，功率放大電路等構(gòu)成。接受部分由無(wú)線接收電路、解碼芯片PT2272、和用于執(zhí)行器控制的電磁鐵組成，如圖。其中解碼芯片PT2272的D0＼D1＼D2＼D3四個(gè)引腳為按鍵狀態(tài)輸出端，當(dāng)某個(gè)按鍵按下去后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口就輸出高電平，在這幾個(gè)端口加上一級(jí)放大就可以驅(qū)動(dòng)繼電器，進(jìn)行負(fù)載遙控開(kāi)關(guān)控制。

5.3產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)

而產(chǎn)品的外觀就像人的衣著打扮，實(shí)用性和視覺(jué)美感同等重要。因此本產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)也頗為講究。

這款智能升降靠背的控制部分、電機(jī)和齒輪系等傳動(dòng)部分是通過(guò)一個(gè)專用的阻燃、絕緣的塑料罩子進(jìn)行封裝的，能有效的隔絕外界灰塵對(duì)電器部分和主要傳動(dòng)部分造成的不利影響，同時(shí)，罩子還能在使用者需要放置一些較輕的東西時(shí)，充當(dāng)臨時(shí)載物臺(tái)。

材質(zhì)上，主要結(jié)構(gòu)采用了不銹鋼管型材，這種材質(zhì)具有防銹耐用、重量輕、成本較低方便拆卸和搬運(yùn)等優(yōu)勢(shì)。

靠背承載部分則采用了承重能力極強(qiáng)的尼龍布料。其中加入的海綿能為使用者增加舒適感。該布料能夠防水，在床上飲食時(shí)，不易弄臟床鋪。另外，用于承重的布料是通過(guò)魔術(shù)貼固定在靠背架上，方便清洗，且能夠反復(fù)使用。產(chǎn)品外觀如圖3所示。

總之，這款產(chǎn)品設(shè)計(jì)上合理科學(xué)，選用了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)、齒輪傳動(dòng)齒輪副材料、齒輪參數(shù)、螺桿傳動(dòng)，螺桿等裝置;功能上突破了現(xiàn)有同類產(chǎn)品的局限性，實(shí)現(xiàn)了遙控器自動(dòng)化操控，具有操作簡(jiǎn)單，使用方便，成本低安全平穩(wěn)的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)點(diǎn)增加了該產(chǎn)品的適用范圍，增大其家用性能，是一款為社會(huì)造福，為行動(dòng)不便的患者和老人造福的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型產(chǎn)品。

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基金項(xiàng)目

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題“家用自動(dòng)升降靠背的研發(fā)”（G200204）

作者簡(jiǎn)介

劉國(guó)強(qiáng)（1986-），男，山東諸城人，本科，講師，研究方向：機(jī)電一體化。