一種起身站立助老椅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)★

李書(shū)閣

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

引言

目前隨著老年人口的快速增長(zhǎng)，老齡化趨勢(shì)在不斷加劇。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在我國(guó)的老齡群體中，有將近20%是失能或半失能老人，有的行走不便，有的存在視力或聽(tīng)覺(jué)障礙等問(wèn)題，日常的獨(dú)立生活起居存在很大障礙，需要借助人力或設(shè)備來(lái)輔助生活[1]。自20世紀(jì)80年代實(shí)行計(jì)劃生育政策以來(lái)，我國(guó)的家庭結(jié)構(gòu)逐漸向小型化發(fā)展，出現(xiàn)大量的獨(dú)生子女家庭。由于年輕人面對(duì)現(xiàn)代生活及工作的壓力，能夠陪伴和照顧老人的時(shí)間很少，致使大量老年人面臨獨(dú)居與空巢問(wèn)題，日常生活行動(dòng)只能依靠自己，生活質(zhì)量不高。關(guān)愛(ài)老年人，提高生命質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)健康老齡化，已成為衡量社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。因此，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)助老機(jī)械產(chǎn)品，為老年人提供安全舒適的助老產(chǎn)品和服務(wù)，提高老年人的生活自理能力，解決老年人獨(dú)自生活存在的一系列問(wèn)題，具有重要的社會(huì)意義。

由于老年人身體機(jī)能隨年齡的增長(zhǎng)而不斷下降，特別是下肢和腰腹力量的下降，普遍存在著坐下后難以起身站立的問(wèn)題[2]，因此助老起身站立設(shè)備的需求逐年增加。目前市場(chǎng)上雖然已推出種類繁多的輔助站立設(shè)備[3-5]，然而針對(duì)老年人設(shè)計(jì)的起身站立設(shè)備較少，并且在操作便捷性和人性化方面存在欠缺，不能滿足老年人獨(dú)立使用的需要[6]。因此，需要在全面分析老年人獨(dú)自起身站立需求的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的助老站立設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文據(jù)此設(shè)計(jì)一款家用起身站立助老椅，通過(guò)助老椅的抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和防跌機(jī)構(gòu)，可輔助坐在該椅子上的老年人輕松而安全地站立起來(lái)，從而提高老年人的自理能力和生活質(zhì)量。

1 起身站立助老椅的設(shè)計(jì)方案及工作原理

1.1 設(shè)計(jì)方案

在人機(jī)工程學(xué)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)助老椅的外觀、尺寸、形狀結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)。本文設(shè)計(jì)的起身助老椅由椅子本體、抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和防跌機(jī)構(gòu)三部分組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。椅子本體與傳統(tǒng)的座椅相比座位面板安裝位置降低了高度。該助老椅的座位面板安裝在抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在椅子本體上后，其上方的座位面板高度在水平狀態(tài)下與傳統(tǒng)的座椅面板高度相同。抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由直流減速電機(jī)、絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙力剪連桿機(jī)構(gòu)組成。通過(guò)直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿螺母拖動(dòng)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)工作，實(shí)現(xiàn)座位面板的抬升翻轉(zhuǎn)，輔助老年人起身站立。防跌機(jī)構(gòu)由限位裝置和防護(hù)桿組成。本文設(shè)計(jì)的起身站立助老椅具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖1 起身站立助老椅整體結(jié)構(gòu)

1）采用電力驅(qū)動(dòng)和電控控制，節(jié)省人力，操作方便。

2）傳動(dòng)系統(tǒng)采用絲桿機(jī)構(gòu)，在斷電后具有自鎖性，防止座位自動(dòng)下落，保證了使用者的安全。

3）設(shè)計(jì)有防跌機(jī)構(gòu)，具有更高的安全性和可靠性。

1.2 工作原理

老年人從助老椅上起身站立時(shí)，只需按下控制面板上的“起身”按鈕，直流減速電機(jī)開(kāi)始工作，帶動(dòng)固定絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，固定絲桿帶動(dòng)螺母向后方移動(dòng)，與螺母連接的兩個(gè)滑塊也一起向后方移動(dòng)，滑塊帶動(dòng)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，將助老椅座板由后往前向上翻轉(zhuǎn)，從而將老年人的臀部慢慢抬升起來(lái)，輔助老年人起身站立。當(dāng)座椅面板抬升翻轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，滑塊端面會(huì)觸碰到行程開(kāi)關(guān)，致使行程開(kāi)關(guān)響應(yīng)，控制直流減速電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。老年人在起身站立過(guò)程中助老椅座板的翻轉(zhuǎn)過(guò)程是可中斷的，只需按下控制面板上的“停止”按鈕，直流減速電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，座板即可停止翻轉(zhuǎn)。由于絲桿傳動(dòng)具有一定的自鎖特性，能有效防止斷電后的直流電機(jī)反轉(zhuǎn)，即使切斷電機(jī)電源，直流減速電機(jī)在失去動(dòng)力的情況下，抬升一定高度的助老椅座板不會(huì)翻轉(zhuǎn)下落，老年人也不會(huì)隨之下落和跌倒。當(dāng)老人完全站立起來(lái)后，只需按下控制面板上的“落座”按鈕，助老椅座板便會(huì)緩慢落下，直至觸碰到底部的行程開(kāi)關(guān)，直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)座板下落到水平狀態(tài)，停止下落。老年人在從助老椅上起身站立起來(lái)之前，可將防護(hù)桿向上扳動(dòng)到水平狀態(tài)，此時(shí)限位裝置的限位銷下落到防護(hù)桿轉(zhuǎn)軸的限位孔中，將防護(hù)桿鎖死，能夠防止老年人起身站立重心不穩(wěn)而跌倒。當(dāng)老年人穩(wěn)定地站立起來(lái)之后，可提起限位銷手柄，將限位銷從防護(hù)桿轉(zhuǎn)軸的孔中拔出，此時(shí)防護(hù)桿靠自身重力自動(dòng)下落到豎直狀態(tài)。

2 起身站立助老椅的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 座板抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

座板抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由直流減速電機(jī)、雙力剪連桿機(jī)構(gòu)和絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。該機(jī)構(gòu)的主要功能是通過(guò)控制座位面板的抬升翻轉(zhuǎn)角度，幫助老人起身站立。直流減速電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲桿連接，可驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。絲桿螺母通過(guò)一塊連接板與兩個(gè)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)的下部滑塊連接，可同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)滑塊同步移動(dòng)。雙力剪連桿機(jī)構(gòu)上部的兩個(gè)滑塊導(dǎo)軌和兩個(gè)搖塊端部安裝在座位面板，當(dāng)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)下部的兩個(gè)滑塊移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)助老椅座板由后往前向上翻轉(zhuǎn)，輔助老人慢慢起身站立。當(dāng)老人完全站立離開(kāi)助老椅后，可控制直流減速電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)絲桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)下部的兩個(gè)滑塊反方向移動(dòng)，將助老椅座板降落到水平狀態(tài)。

圖2 座板抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.1.1 雙力剪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

雙力剪連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3所示。其上部滑塊的導(dǎo)軌連接可抬升翻轉(zhuǎn)的座位面板，上部滑塊與連桿鉸接；下部滑塊連接絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的螺母，下部導(dǎo)軌固定安裝在支架上。為了保證座板抬升翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，助老椅兩側(cè)各安裝一套雙力剪連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)絲桿螺母帶動(dòng)下部滑塊沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)時(shí)，下部滑塊通過(guò)連桿1和連桿2將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞至上部滑塊和搖塊，從而實(shí)現(xiàn)座板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。合理設(shè)計(jì)下部滑塊的行程和各連桿的長(zhǎng)度，能夠使座板相對(duì)于水平位置抬升翻轉(zhuǎn)至少80°。

圖3 雙力剪連桿機(jī)構(gòu)

2.1.2 絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦阻力較小，傳動(dòng)精度高，在抬升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的主要作用為將直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲桿螺母的移動(dòng)，從而帶動(dòng)雙力剪連桿機(jī)構(gòu)工作；具有一定的減速功能，降低助老椅座板抬升翻轉(zhuǎn)的速度，保證座板抬升翻轉(zhuǎn)裝置的安全性；具有自鎖性，在斷電后，能夠防止電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)座位自動(dòng)下落，保證了使用者的安全。

2.2 防跌機(jī)構(gòu)

防跌機(jī)構(gòu)由限位裝置和防護(hù)桿組成，如圖4所示。該機(jī)構(gòu)的主要功能是在老年人從助老椅上起身站立時(shí)，為老年人提供保護(hù)，防止老人意外從座位面板上跌倒。限位裝置的轉(zhuǎn)軸通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在殼體上，轉(zhuǎn)軸伸出殼體的端部安裝防護(hù)桿。轉(zhuǎn)軸的中間部位設(shè)計(jì)一個(gè)圓形滑槽，在滑槽的底部加工一個(gè)限位孔。限位銷在彈簧壓力載荷的作用下，與轉(zhuǎn)軸滑槽底部抵緊接觸。當(dāng)防護(hù)桿向上扳動(dòng)到水平狀態(tài)時(shí)，限位銷將會(huì)下落到轉(zhuǎn)軸的限位孔中，此時(shí)可將防護(hù)桿鎖死在水平狀態(tài)，起防護(hù)作用。當(dāng)提起限位銷手柄時(shí)，可將限位銷從轉(zhuǎn)軸上的限位孔孔中拔出，此時(shí)防護(hù)桿靠自身重力自動(dòng)下落到豎直狀態(tài)。

圖4 防跌機(jī)構(gòu)

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的起身站立助老椅能夠有效地輔助老年人久坐后獨(dú)自起身站立，操作方便，安全可靠，可被廣泛用于普通家庭、養(yǎng)老院等場(chǎng)所，在助老設(shè)備市場(chǎng)具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力和良好的推廣價(jià)值。同時(shí)對(duì)同類型的助老設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究也具有一定的參考價(jià)值。