基于老年人起臥床相關(guān)問題的研究與裝置設(shè)計(jì)

李新宇

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢430000）

1 研究背景

由于人口平均壽命的不斷延長(zhǎng)，人口老齡化問題日益嚴(yán)重。《中國(guó)人口展望（2018）》中指出，現(xiàn)階段，人口老齡化數(shù)量規(guī)模和程度在中國(guó)將呈現(xiàn)逐年升高的趨勢(shì)，2017 年統(tǒng)計(jì)結(jié)果為1.6 億，占總?cè)丝跀?shù)的11.4%，預(yù)期到2033 年會(huì)上升超過3 億，占比21.0%。由此可見，中國(guó)正在快速進(jìn)入老齡化社會(huì)，人口老齡化所引起的社會(huì)、健康問題對(duì)家庭和社會(huì)的養(yǎng)老功能提出了更大的挑戰(zhàn)。許多老人無子女或保姆、護(hù)工陪伴照料，在生活中經(jīng)常會(huì)遇到一些問題。在老齡化問題日趨嚴(yán)重的背景下，解決這些問題十分必要。

老年人的相關(guān)服務(wù)設(shè)施問題逐漸變得不可忽略，老人在生活中遇到的各種各樣的問題也越來越受到重視。在2017年國(guó)務(wù)院公布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于制定和實(shí)施老年人照顧服務(wù)項(xiàng)目的意見》中就提到：大力扶持專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)并鼓勵(lì)其他組織和個(gè)人為居家老年人提供生活照料、醫(yī)療護(hù)理、精神慰藉等服務(wù)。

老年人身體的各項(xiàng)機(jī)能逐步下降，手臂和腰部力量不足，因此，老年人起床和臥床會(huì)出現(xiàn)一定的困難，長(zhǎng)期以往，很可能進(jìn)一步加劇腰肌勞損。現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)老年人數(shù)量逐年增加，在他們遇到起臥床麻煩的同時(shí)，精神需求也日益增加。現(xiàn)階段的輔助起臥床機(jī)械大都為醫(yī)院里復(fù)雜的醫(yī)療護(hù)理床或者是需要其他人輔助操作的機(jī)械，不適用于在家里生活起居的老年人。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，老人腰臂力量不足，有時(shí)候起臥床會(huì)有一定的困難；大多數(shù)老人需要借助一定的力來支撐自己起臥床；老年人普遍反映希望生活多一些樂趣，并多一些與兒女們的交流。本項(xiàng)目針對(duì)以上3 個(gè)方面，設(shè)計(jì)了一款使老年人輕松、舒適起臥床，并可以與兒女交流感情的起臥床裝置。本裝置為輔助老年人起臥床的裝置，主要由起背模塊、曲腿模塊和輔助起身模塊組成。起背模塊主要采用四桿機(jī)構(gòu)，使用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，可將床上半部分旋轉(zhuǎn)一定角度，幫助老人起背。曲腿模塊由三處電動(dòng)推桿構(gòu)成，輔助起身模塊由電動(dòng)推桿推動(dòng)滑塊，帶動(dòng)整個(gè)床身傾斜合適的角度，配合床身尾部的扶手，輔助老人站立。

其整體運(yùn)作流程為：起立時(shí)，老人初始處于平躺狀態(tài)，起背模塊驅(qū)動(dòng)，背部床板向上立起，帶動(dòng)老人上身抬起。同時(shí)，曲腿模塊驅(qū)動(dòng)小腿處床板下翻，使老人小腿下垂，成坐起姿勢(shì)；輔助起身輔助站立模塊驅(qū)動(dòng)，使老人由坐起姿勢(shì)逐步調(diào)整至站立姿勢(shì)；老人抓住床身兩側(cè)的扶手，稍一使力，便可完成站立動(dòng)作；躺下時(shí)，由扶手引導(dǎo)老人站立至正確位置，床板抬升承接老人，并輔助老人坐下；隨后曲腿模塊與起背模塊恢復(fù)至水平狀態(tài)，達(dá)到輔助老人平穩(wěn)躺下的效果。

整體工作流程如圖1 所示。

圖1 裝置工作流程圖

2.1 起背模塊

起背模塊主要由底部的推桿、推桿連接的桿件、滑塊、背部靠板組成。起背在起床中是一個(gè)極為重要的動(dòng)作，在起背模塊中，老人通過裝置輔助借力，更能輕松抬起頭，抬起上半身。背部靠板上有滑軌對(duì)滑塊進(jìn)行限位，使其只可在滑軌上進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，背部靠板的旋轉(zhuǎn)角度在0°～70°，背部靠板旋轉(zhuǎn)角度可由老人自己控制，調(diào)適到舒適的位置。此模塊中電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)推桿向外推出伸長(zhǎng)，由于和連桿的連接處固定，隨著電動(dòng)推桿的伸長(zhǎng)，連桿繞鉸鏈向上旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑塊沿軌道向背部靠板軸處移動(dòng)。連桿長(zhǎng)度不變，連桿鉸鏈與背部靠板轉(zhuǎn)軸的直線距離不變的情況下，連桿與鉛垂線所成角度變小，則背部推桿與水平線所成角度必然變大，因此背部靠板必然會(huì)被向上推起，最終幫助老人實(shí)現(xiàn)起背。當(dāng)完成起背，床背部靠板需要下放時(shí)，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，使得推桿向下收回，桿件旋轉(zhuǎn)角度變小，滑塊沿軌道向遠(yuǎn)離背部靠板方向移動(dòng)，使得背部靠板趨于放平，實(shí)現(xiàn)逆過程。在一定程度上控制了背部靠板的角度，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 曲腿模塊

曲腿模塊主要由大腿板、小腿板、滑塊以及2 個(gè)推桿組成。曲腿是實(shí)現(xiàn)站立的主要?jiǎng)幼鳎四K中電機(jī)先驅(qū)動(dòng)推桿伸長(zhǎng)，使頂端滑塊在豎直方向增加一定的高度，與此同時(shí)滑塊在大腿板底部滑槽內(nèi)向遠(yuǎn)離大腿板轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，使得大腿板繞軸可向上旋轉(zhuǎn)15°抬起，令大腿板和背部靠板形成一個(gè)角度，使人體微陷入夾角中，在床體抬升的過程中固定人體，避免發(fā)生意外。同時(shí)，推桿收縮，小腿板在其作用下向下垂落，轉(zhuǎn)動(dòng)75°將老人的小腿放下，且兩腿部推板角度固定，最終將老人調(diào)整到合適的坐姿，為接下來的床板抬升幫助老人站立做好準(zhǔn)備。

2.3 輔助起身模塊

輔助起身模塊主要由大齒輪、床板、床邊扶手、小齒輪以及電動(dòng)推桿組成。此模塊中當(dāng)需要輔助老人站立時(shí)，電動(dòng)推桿正轉(zhuǎn)，推桿可以伸長(zhǎng)將床板頂起一個(gè)角度，角度可以從0°～25°，可以確保老年人在起來時(shí)得到床板的助力。床板擬設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)200 mm、寬120 mm、高50 mm。在床板抬升的同時(shí)，床邊的扶手也同步升起，可以在老年人站立時(shí)受到助力以后利用自己旁邊的扶手支撐。床邊扶手的長(zhǎng)度為660 mm，可以使得人在使用床邊扶手的時(shí)候得到最大的助力。床邊扶手與床板之間由一對(duì)大小齒輪來連接。小齒輪和床邊扶手連接，令小齒輪去控制床邊扶手的旋轉(zhuǎn)，而床板則是由大齒輪控制，大齒輪的旋轉(zhuǎn)決定了床板旋轉(zhuǎn)的角度，大小齒輪之間正常嚙合，大齒輪的尺寸參數(shù)為113，小齒輪的尺寸參數(shù)為37。通過一定的傳動(dòng)比可以使得當(dāng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)1 圈時(shí)，小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)3 圈，使得當(dāng)床板轉(zhuǎn)動(dòng)25°時(shí)，床邊扶手轉(zhuǎn)動(dòng)75°，使得老人站立時(shí)，不僅能夠最大程度地受到床板的助力的同時(shí)，老人自己也可以較好地利用床邊扶手站立。

2.4 控制模塊

控制模塊將軟件模塊與硬件模塊結(jié)合在一起，進(jìn)行裝置移動(dòng)的控制。老人及子女可以通過控制模塊來控制輔臥床三個(gè)模塊的移動(dòng)，子女可以遠(yuǎn)程操作，同時(shí)裝置上還有一塊顯示屏，老人與子女可以在顯示屏上互動(dòng)，增進(jìn)家人之間的感情。該控制模塊還有提醒老人吃藥、播報(bào)明日天氣等功能，更大程度地幫助老人完成日常生活起居，給老人一個(gè)健康、舒適的生活氛圍，盡可能地服務(wù)于老人，讓老人及子女安心、放心。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目創(chuàng)新方面，以單人床為載體，將輔助老年人坐下站立、起臥床功能整合一體化；在應(yīng)用創(chuàng)新方面，將自卸開車車廂舉升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化用于輔助老人起臥床；在組合創(chuàng)新方面，連桿機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)的匹配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單驅(qū)動(dòng)力作用下的床板抬升和扶手旋轉(zhuǎn)。

4 應(yīng)用前景

裝置整體設(shè)計(jì)人性化，裝置功能多樣，既能輔助老年人站立和坐下，也能輔助老年人起臥床。

裝置應(yīng)用范圍廣，可用于獨(dú)居老年人家中，同時(shí)也可用于養(yǎng)老院等場(chǎng)所。

裝置原理簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有醫(yī)療床以及其他輔助起臥床機(jī)械相比節(jié)省了大量的用工成本，并實(shí)現(xiàn)了老年人獨(dú)自操控。本產(chǎn)品相比于現(xiàn)有的輔助老人起臥床裝置，具有以下2 個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①利用電動(dòng)推桿、齒輪系等，實(shí)現(xiàn)了老人起臥時(shí)的起背、曲腿以及輔助站立功能，實(shí)現(xiàn)了功能的一體化，可以有效地減輕老人的腰背壓力，在老年人有起臥需求時(shí)提供助力，極大地幫助了老年人；②裝置采用連桿機(jī)構(gòu)與齒輪機(jī)構(gòu)的匹配設(shè)計(jì)，用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿足了老年人起臥床時(shí)的所有需求，相比于現(xiàn)在的一些專業(yè)、復(fù)雜的起臥床機(jī)械效率更高，具有廣闊的發(fā)展前景。

本機(jī)械在滿足老人起臥過程中的需求，解決老年人在起臥時(shí)面臨的問題的同時(shí)，還簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，將連桿與齒輪等匹配設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了操作，提高了效率，降低了成本。該機(jī)械產(chǎn)品的適應(yīng)面更廣，普及率更高，具有廣闊的前景和研究意義。

5 結(jié)束語

綜上所述，本研究所研發(fā)的起臥床裝置以老年人起臥為基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)研與實(shí)際情況，讓老年人更輕松、更便捷地起床；同時(shí)，還能與兒女進(jìn)行交流互動(dòng)，滿足了其精神需求。本設(shè)計(jì)也深刻意識(shí)到老年人的精神需求，并將其貫徹到裝置中，使老人的身體與精神都得到滿足。