基于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念的機(jī)械輔助裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李桂玲

（衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，衡水 053000）

隨著我國老齡化的到來，改善老年人生活質(zhì)量成為了社會關(guān)注的話題，使得有助于老年人健康和輔助老年人生活的產(chǎn)品需求和功能要求也在逐漸提升。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，老年人發(fā)生意外的事故率最高的是跌倒，輕則會使老年人傷筋動骨，重則造成骨折、殘疾甚至威脅生命。老年人跌倒最主要的場所并不是公共場所，而是在家中如浴室等地面較為濕滑的地方[1]。因此，為老年人設(shè)計(jì)防摔倒的浴室家居裝置尤為必要。本文設(shè)計(jì)的一款淋浴輔助裝置，能夠使老年人坐著淋浴，通過轉(zhuǎn)動搖柄齒輪機(jī)構(gòu)就能輔助老人站立，從而使老年人的淋浴更加安全、便利。

1 現(xiàn)有市場產(chǎn)品

目前，國內(nèi)外設(shè)計(jì)師已經(jīng)設(shè)計(jì)出了很多老年人洗浴設(shè)備。例如：“瀑式”淋浴采用多角度噴頭噴射座椅，通過墻上的觸控板控制淋浴過程，同時用香皂水代替香皂，并對淋浴間地面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，可在淋浴后使地面快速變干，防止地面濕滑而使老人滑倒；美國一家衛(wèi)浴公司設(shè)計(jì)的“步入式”浴缸采用開門步入式設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)計(jì)有與輪椅高度匹配的座椅，具有恒溫裝置和座椅加熱功能，同時配備有氧按摩系統(tǒng)、智能化影音系統(tǒng)及彩燈光療裝置[2]。除此之外，還有世界上第一款全自動淋浴房，能夠幫助行動不便的人獨(dú)立洗澡。其設(shè)計(jì)有自動伸縮的座椅和防水耐熱的控制面板，能夠控制淋浴房內(nèi)的水溫、水壓等，同時設(shè)有多個淋浴頭，能夠從不同角度沖洗。

雖然以上設(shè)備的技術(shù)水平和自動化程度高、使用更加便捷，但是設(shè)備的成本較高，我國的老年人群體大多不能承受，致使其應(yīng)用范圍并不廣泛。因此，根據(jù)老年人群的經(jīng)濟(jì)水平，為保證老人洗澡時的安全，提出設(shè)計(jì)了一款淋浴輔助裝置。該裝置利用現(xiàn)有的淋浴噴頭，通過在噴頭旁邊安裝一款固定身體、輔助站立的機(jī)械裝置來輔助老年人洗浴[3]。老年人家居輔助生活產(chǎn)品是提高老年人生活質(zhì)量的重要組成部分，在世界各國越來越受到高度的重視。老年人家居產(chǎn)品兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時承載著科技創(chuàng)新與人文關(guān)懷，具有廣闊的發(fā)展前景。

2 設(shè)計(jì)思路

創(chuàng)新來源于生活。通過調(diào)研老人淋浴過程中易發(fā)生意外滑倒、摔傷等情況，為保證浴室安全，方便老人淋浴，同時考慮到浴室為潮濕、用水較多的環(huán)境，因此宜采用純機(jī)械傳動裝置，以便于操作。裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求簡單，便于安裝、維護(hù)，成本低廉，便于大眾使用。因此，在不改變現(xiàn)有浴室設(shè)備的前提下，利用齒輪、滑軌等機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一款安裝在淋浴室噴頭旁邊的輔助裝置，以保證老年人坐著和站立洗澡時的安全。設(shè)計(jì)流程如圖1所示，分別為：①調(diào)研確定方案；②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件選型；③繪制三維模型；④設(shè)計(jì)圖紙及物料清單；⑤試制；⑥安裝調(diào)試。

圖1 設(shè)計(jì)流程

3 設(shè)計(jì)過程

設(shè)計(jì)時，先根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行零件選型，并繪制裝置的三維模型，以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)合理性，并不斷改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置的主要核心部分采用齒輪驅(qū)動繩輪，并由繩索通過滑輪拉動升降裝置，結(jié)合直線滑軌實(shí)現(xiàn)升降，同時根據(jù)老年人生理和身體特點(diǎn)設(shè)計(jì)了座椅結(jié)構(gòu)[4]。

本裝置運(yùn)用機(jī)械傳動提高淋浴時的安全系數(shù)。裝置整體安裝在淋浴噴頭旁，由固定支架、座椅固定架、綁帶、升降裝置和齒輪驅(qū)動裝置等組成。裝置上下采用固定架安裝在墻面上，滑軌固定架與墻面固定架采用焊接方式連接，下方座椅用固定架安裝在滑軌固定架上[5]?；壒潭苌戏接惺直?、齒輪、繩輪及滑輪等驅(qū)動部分，通過繩索拉動沿直線滑軌上升。升降裝置上設(shè)計(jì)有綁帶，用來固定上身以防遇水時身體不穩(wěn)而發(fā)生傾斜。該裝置能夠根據(jù)身高調(diào)整座椅和升降裝置的高度，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

齒輪驅(qū)動繩輪拉動升降裝置，并通過直線滑軌實(shí)現(xiàn)升降。齒輪裝置安裝在軌道上方，由搖柄、二級齒輪、繩輪、滑輪和繩索組成，如圖2所示。裝置工作時，通過搖動手柄驅(qū)動小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，然后由中間軸上的兩個大齒輪實(shí)現(xiàn)動力傳遞，通過繩輪上的齒輪帶動繩輪轉(zhuǎn)動。繩輪上的繩索通過兩個滑輪與下方升降裝置中的連接板連接，從而帶動固定板沿直線滑軌上下運(yùn)動。

圖2 總體結(jié)構(gòu)

圖3 齒輪驅(qū)動裝置

升降裝置能夠帶動上半身上升，從而輔助老人站立淋浴，結(jié)構(gòu)如圖4所示。該裝置由固定板、直線滑軌、滑軌固定架和連接板組成，其中直線滑軌安裝有雙滑塊以保證滑道平穩(wěn)，滑軌上安裝有連接板，連接板上方設(shè)計(jì)有與繩索連接的孔。該裝置運(yùn)動時，通過繩索上下運(yùn)動帶動連接板，使固定板沿直線滑軌上下運(yùn)動。固定板與連接板用螺釘連接，后方用4個螺栓固定在滑軌固定架上，前面固定有軟靠背，能夠使淋浴背靠時更舒適。固定板左右兩側(cè)的長槽用于安裝綁帶。升降裝置不動時，可以用左右4個螺栓螺母組件與滑軌固定架固定。上下移動時，松動螺栓螺母組件即可與滑軌固定架分離，待上升到合適高度時，再擰緊螺栓螺母組件即可與滑軌固定架固定。

圖4 升降裝置

座椅通過連接架與滑軌固定架連接。為方便站立淋浴，該裝置采用彈簧結(jié)構(gòu)，當(dāng)老人站立時可以豎立放置。連接架用螺栓和螺母緊固件固定在滑道固定架上，滑道固定架上設(shè)置有不同位置的孔，以便于根據(jù)使用人員的身高調(diào)整座椅的高度。根據(jù)老年人的生理特點(diǎn)，座椅設(shè)計(jì)為“O”形圈結(jié)構(gòu)，上層為塑料軟包材料，舒適且防水，如圖5所示。

圖5 座椅結(jié)構(gòu)

4 實(shí)物模型

為驗(yàn)證本裝置機(jī)構(gòu)的合理性和可行性，根據(jù)1∶10的比例制作了實(shí)物模型，如圖6所示。實(shí)物模型采用Makeblock創(chuàng)客套裝的零件完成制作，部分零件用3D打印制作，如人體模型，能夠模擬人體坐時和站立時的姿態(tài)。通過模型的模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)輔助老年人洗浴的功能。該機(jī)構(gòu)運(yùn)行順暢，操作簡單便捷，可以制作實(shí)物作品安裝在浴室中。

圖6 淋浴輔助裝置實(shí)物模型

5 結(jié)語

基于創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)的淋浴輔助裝置由齒輪傳動、直線滑軌以及繩索等機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，能夠輔助老年人淋浴，避免老年人淋浴發(fā)生意外。淋浴時，該裝置能夠使老人保持坐著或站起的不同姿態(tài)，只需轉(zhuǎn)動搖柄齒輪機(jī)構(gòu)就能輔助老人站立，使淋浴更加安全、便利，提高了老年人的生活質(zhì)量。