淺析一種全自動(dòng)助老起身坐墊的設(shè)計(jì)

石先念，李玉涵，孫世龍，鄧子輝，盧辰宇，吳恒

（西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710000）

隨著我國(guó)老齡化趨勢(shì)愈加明顯，老年人的各類(lèi)生理問(wèn)題也越發(fā)突出，其中老年人坐起站立行為是影響老年人日常生活的重要因素。因?yàn)槟挲g增長(zhǎng)，膝蓋無(wú)力，導(dǎo)致老年人從座位起立時(shí)容易昏眩暈倒，發(fā)生危險(xiǎn)，造成老年人生理和心理的創(chuàng)傷。同時(shí)老年人的站立問(wèn)題通常需要他人照顧，這會(huì)給家人造成不小的負(fù)擔(dān)。本項(xiàng)目實(shí)施的目的就是為了解決老年人站立困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款滿(mǎn)足老年人生理和生活習(xí)慣的、可放置于大部分座椅從而輔助站立的全自動(dòng)升降坐墊。希望借此輔助產(chǎn)品可以幫助老年人解決因站立困難造成的生活不便，可以滿(mǎn)足老年人生理和心理需求，擁有一個(gè)健康獨(dú)立的老年生活。

1 裝置的原理與結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的全自動(dòng)助老升降坐墊主要有：壓力傳感器、頂蓋、底板、電機(jī)、傳動(dòng)裝置，其中包括雙向錐齒輪兩次變向傳動(dòng)裝置、傳動(dòng)螺桿與滑塊傳動(dòng)裝置和類(lèi)四邊形連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置三部分，并有滾輪承受壓力。具體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 全自動(dòng)助老升降坐墊具體結(jié)構(gòu)

電機(jī)支架3、軸支座5、軸支座8、軸支座20通過(guò)螺栓組固定在底盤(pán)7上，電機(jī)4通過(guò)螺釘固定在電機(jī)支架3上，錐齒輪1、錐齒輪10通過(guò)螺絲固定電機(jī)4、傳動(dòng)軸11上，傳動(dòng)軸6通過(guò)軸肩軸向固定在軸支座5和軸支座8上，傳動(dòng)滑塊17旋在傳動(dòng)軸11上，傳動(dòng)軸11通過(guò)軸肩軸向固定在軸支座8和軸支座20上，錐齒輪2、錐齒輪9通過(guò)螺絲分別固定在傳動(dòng)軸6的兩端，并調(diào)節(jié)錐齒輪1、錐齒輪2、錐齒輪9、錐齒輪10的位置，使其正確嚙合。支撐桿29、滾輪18通過(guò)銷(xiāo)釘32固定于傳動(dòng)滑塊17上，支撐桿29和支撐桿26通過(guò)銷(xiāo)釘27進(jìn)行連接，支撐桿13和支撐桿14通過(guò)銷(xiāo)釘16進(jìn)行連接，支撐桿29和支撐桿14通過(guò)銷(xiāo)釘15進(jìn)行連接，支撐桿14和支撐桿支座30通過(guò)銷(xiāo)釘19進(jìn)行連接，滾輪12和支撐桿13通過(guò)銷(xiāo)釘24連接，軸支座8和支撐桿26通過(guò)銷(xiāo)釘25連接，滾輪頂柱23、壓力傳感器28、支撐桿支座30分別通過(guò)螺栓組固定在頂蓋22上，海綿坐墊21與頂蓋22進(jìn)行膠合固定，在整個(gè)裝置外套上布袋。

當(dāng)使用者想要起立，把身體上抬，壓力傳感器28感受到壓力減小，則電機(jī)4進(jìn)行正時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)錐齒輪1，并通過(guò)錐齒輪2、錐齒輪6、錐齒輪9、錐齒輪10傳遞到傳動(dòng)軸11，再將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閭鲃?dòng)滑塊17順著傳動(dòng)軸11的軸向移動(dòng)，并帶動(dòng)滾輪18的滾動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)支撐桿29的移動(dòng)，支撐桿13、支撐桿14、支撐桿26、支撐桿29組成的四邊形桿組進(jìn)行伸長(zhǎng)，滾輪12順著頂蓋22進(jìn)行滾動(dòng)，滾輪12與支撐桿支座30將頂蓋22頂起并使得頂蓋22與底盤(pán)7的夾角增大，當(dāng)傳動(dòng)滑塊17被推動(dòng)在傳動(dòng)軸上移動(dòng)110mm時(shí)，頂蓋22到達(dá)了最高位置。使用者此時(shí)大腿與水平夾角接近。當(dāng)使用者需要坐下，壓力傳感器28感受到壓力增大，則電機(jī)4進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程為抬起過(guò)程的逆運(yùn)動(dòng)，最終坐墊處于事宜位置。

傳感器可根據(jù)壓力變化利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)滑塊在滑軌上的位置，支撐桿位于底盤(pán)兩側(cè)分別成為X型構(gòu)成升降裝置，其支撐桿相交處可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)一端連接在滑塊上隨滑塊的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。通過(guò)錐齒輪的換向、傳動(dòng)將電機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)給升降裝置，轉(zhuǎn)換為助推老人起立的動(dòng)力。通過(guò)蝸桿實(shí)現(xiàn)坐墊的止推，通過(guò)壓力傳感器控制升降裝置的升降，以此實(shí)現(xiàn)坐墊的緩慢升降，防止老人摔倒。

2 計(jì)算

其中絲桿提供F力，粗略計(jì)算：T1=F0d，最終得出T1= 0.47N/m，電機(jī)功率P=50W，轉(zhuǎn)速n=1000rad/min。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，結(jié)合壓力傳感器、錐齒輪、蝸桿等零件，解決了老年人站立困難的問(wèn)題。并且該產(chǎn)品具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，適用于多種場(chǎng)景，前景十分廣闊。