可折疊式身體清洗裝置設(shè)計

常 遷，丁 頌，陳 鵬，趙 敏

(長春師范大學(xué) 工程學(xué)院，吉林 長春 130032)

0 引言

隨著科技的蓬勃發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，洗浴已經(jīng)是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠郑F(xiàn)有的洗浴輔助裝置種類偏少，而且存在過程繁瑣、功能單調(diào)、效果偏差等問題[1,2]。目前迫切需要一種能夠提升背部洗浴效果、節(jié)省洗浴時間、操作簡便、存儲方便的洗浴輔助裝置。基于此，本文設(shè)計了一款可折疊式身體清洗裝置，能有效地解決人們單獨(dú)洗浴時難以完整搓洗背部的問題。

1 總體設(shè)計裝配方案

本文基于慧魚模型設(shè)計了可折疊式身體清洗裝置，其總體裝配圖如圖1所示，由背部搓洗機(jī)構(gòu)1、升降機(jī)構(gòu)2、安裝固定機(jī)構(gòu)3、淋浴機(jī)構(gòu)4和折疊機(jī)構(gòu)5組成。背部搓洗機(jī)構(gòu)1采用齒條傳動和滾珠絲杠傳動的方式，在程序的控制下，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪減速箱在齒條上沿Y軸往復(fù)運(yùn)動，帶動搓洗器在Y軸上往復(fù)移動，同時絲杠開始旋轉(zhuǎn)，帶動搓洗器沿X軸往復(fù)運(yùn)動；升降機(jī)構(gòu)2在電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)下，支撐桿底部在齒輪嚙合的作用下沿Y軸往復(fù)移動，完成對背部搓洗機(jī)構(gòu)的角度調(diào)整；安裝固定機(jī)構(gòu)3采用齒輪齒條傳動，電機(jī)運(yùn)行，齒輪減速箱帶動固定機(jī)構(gòu)在齒條上向定位孔所在位置運(yùn)動，完成對整個裝置的位置固定工作；淋浴機(jī)構(gòu)4通過滾珠絲杠和齒輪嚙合相結(jié)合的傳動方式，控制淋浴器在XOY平面內(nèi)的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對清洗者身體的淋浴工作；折疊機(jī)構(gòu)5在電機(jī)的控制下，兩電機(jī)齒輪以X軸為中心軸旋轉(zhuǎn)帶動兩個折疊齒輪進(jìn)行以X軸為中心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過鉸鏈條的連接完成對裝置的折疊工作。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 背部搓洗機(jī)構(gòu)設(shè)計

背部搓洗機(jī)構(gòu)如圖2所示，該機(jī)構(gòu)由齒條1、電機(jī)2、減速齒輪箱3、搓洗器4、絲杠5和定位開關(guān)6組成。電機(jī)2運(yùn)行，減速齒輪箱3在齒條上沿Y軸方向往復(fù)移動，帶動搓洗器4在Y軸上的運(yùn)動；同時，絲杠5在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和齒輪嚙合傳動下進(jìn)行以X軸為中心軸線的順、逆時針往復(fù)旋轉(zhuǎn)，從而帶動搓洗器4在X軸方向的往復(fù)運(yùn)動；當(dāng)搓洗器4觸碰到定位開關(guān)6后，電機(jī)2在程序的控制下反向旋轉(zhuǎn)，最終使得搓洗器4沿X軸反方向運(yùn)動。

2.2 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計

升降機(jī)構(gòu)如圖3所示，該機(jī)構(gòu)由支撐桿1、電機(jī)2、絲杠3和定位開關(guān)4組成。閉合裝置開關(guān)，電機(jī)2以Y軸為中心軸逆時針運(yùn)轉(zhuǎn)，在程序控制下兩電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向均相同，兩絲杠3以相同的速度以Y軸為中心軸順時針旋轉(zhuǎn)，支撐桿1底部沿Y軸正方向移動，此時背部搓洗機(jī)構(gòu)的角度增大。調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置后，打開開關(guān)，機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行。定位開關(guān)4實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用，固定在絲杠兩端，當(dāng)支撐桿底部觸發(fā)定位開關(guān)4閉合后，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，整個升降機(jī)構(gòu)反向運(yùn)行。當(dāng)整個清洗裝置結(jié)束工作后，電機(jī)2順時針旋轉(zhuǎn)，帶動支撐桿底部沿Y軸負(fù)方向運(yùn)動，背部搓洗機(jī)構(gòu)角度減小，完成對背部搓洗機(jī)構(gòu)的折疊收納工作。

2.3 安裝固定機(jī)構(gòu)設(shè)計

安裝固定機(jī)構(gòu)如圖4所示，該機(jī)構(gòu)由超聲波傳感器1、定位孔2、齒條3、固定機(jī)構(gòu)4、齒輪減速箱5和電機(jī)6組成。電機(jī)6運(yùn)行，齒輪減速箱5和固定機(jī)構(gòu)4在齒條3上向定位孔2所在方向運(yùn)動，當(dāng)固定機(jī)構(gòu)4到達(dá)定位孔的位置時，超聲波傳感器1接收到停止信號，通過程序控制，電機(jī)6停止運(yùn)行，完成安裝固定機(jī)構(gòu)的位置固定工作。

1-齒條；2-電機(jī)；3-減速齒輪箱；4-搓洗器；5-絲杠；6-定位開關(guān)

1-支撐桿；2-電機(jī)；3-絲杠；4-定位開關(guān)

1-超聲波傳感器；2-定位孔；3-齒條；4-固定機(jī)構(gòu)；5-齒輪減速箱；6-電機(jī)

2.4 淋浴機(jī)構(gòu)設(shè)計

淋浴機(jī)構(gòu)如圖5所示，該機(jī)構(gòu)由電機(jī)1、絲杠2、淋浴器3、定位軸4和定位開關(guān)5組成。淋浴機(jī)構(gòu)運(yùn)行，四臺電機(jī)1同時開始運(yùn)行，帶動四條絲杠2旋轉(zhuǎn)，X軸方位的兩條絲杠和Y軸方位的兩條絲杠在程序的控制下分別進(jìn)行同向等速旋轉(zhuǎn)。Y軸方位的兩條絲杠旋轉(zhuǎn)推動X軸方位的定位軸沿Y軸往復(fù)移動；X軸方位的兩條絲杠旋轉(zhuǎn)會推動Y軸方位的定位軸沿X軸往復(fù)移動，最終實(shí)現(xiàn)淋浴器3在XOY平面內(nèi)的自由運(yùn)動，完成對清洗者身體的全自動淋浴。四個定位開關(guān)5分別固定在兩條絲杠的兩端，當(dāng)絲杠螺母觸碰到定位開關(guān)使其閉合后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動各定位軸反向運(yùn)動。

2.5 折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計

折疊機(jī)構(gòu)如圖6所示，該機(jī)構(gòu)由鉸鏈條1、電機(jī)齒輪2和5、折疊齒輪3和6以及連接板4組成。折疊機(jī)構(gòu)展開工作時，電機(jī)齒輪2繞X軸做順時針旋轉(zhuǎn)，帶動折疊齒輪3和鉸鏈條1的上合頁繞X軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°，完成對裝置清洗區(qū)域的展開工作；電機(jī)齒輪5繞X軸做逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動折疊齒輪6和鉸鏈條的下合頁繞X軸順時針旋轉(zhuǎn)90°，完成對裝置座椅區(qū)域的展開工作。當(dāng)兩電機(jī)齒輪分別做各自的反向旋轉(zhuǎn)時，即可進(jìn)行裝置收納工作。折疊機(jī)構(gòu)節(jié)省了可折疊式身體清洗裝置的利用空間。折疊效果圖如圖7所示。

1-電機(jī)；2-絲杠；3-淋浴器；4-定位軸；5-定位開關(guān)

1-鉸鏈條；2，5-電機(jī)齒輪；3，6-折疊齒輪；4-連接板

圖7 折疊效果圖

3 程序設(shè)計

3.1 升降機(jī)構(gòu)程序設(shè)計

升降機(jī)構(gòu)程序流程如圖8所示。程序開始，即判斷啟動開關(guān)I1的閉合狀態(tài)。當(dāng)清洗者坐在座椅靠背上時閉合開關(guān)I1，電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)，帶動齒輪和絲杠旋轉(zhuǎn)，支撐桿底部沿Y軸正方向移動，背部搓洗機(jī)構(gòu)角度增加，運(yùn)動過程中判斷定位開關(guān)I3的狀態(tài)，當(dāng)支撐桿底部觸碰到I3使I3閉合，則電機(jī)M1停轉(zhuǎn)2 s，之后開始反向旋轉(zhuǎn)，帶動支撐桿底部沿Y軸負(fù)方向移動，背部搓洗機(jī)構(gòu)角度減小，保證整個裝置的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。此時判斷定位開關(guān)I4和停止開關(guān)I5的狀態(tài)，當(dāng)清洗者認(rèn)為背部搓洗機(jī)構(gòu)角度合適，閉合開關(guān)I5，則電機(jī)M1停轉(zhuǎn)，程序結(jié)束；若I5始終未閉合，則升降機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)支撐桿底部觸碰到I4使I4閉合，則M1停轉(zhuǎn)，2 s后開始正轉(zhuǎn)，背部搓洗機(jī)構(gòu)角度增加，程序循環(huán)運(yùn)行，直到開關(guān)I5閉合，程序結(jié)束。

圖8 升降機(jī)構(gòu)程序流程

3.2 淋浴機(jī)構(gòu)程序設(shè)計

淋浴機(jī)構(gòu)程序流程如圖9所示。當(dāng)清洗者想要淋浴時，按下總啟動開關(guān)I1，Y軸方位的電機(jī)M1和M2正轉(zhuǎn)1 s后停轉(zhuǎn)，此時淋浴器沿Y軸負(fù)方向移動一定距離后停止。隨后判斷X軸電機(jī)停轉(zhuǎn)開關(guān)I2的狀態(tài)，當(dāng)I2沒有閉合時，X軸上的電機(jī)M3和M4開始正轉(zhuǎn)，帶動淋浴器沿X軸正方向移動。此時，判斷定位開關(guān)I3的狀態(tài)，當(dāng)絲杠螺母觸碰到I3使其閉合時，M3和M4停轉(zhuǎn)2 s后反轉(zhuǎn)，使淋浴器沿X軸負(fù)方向移動，再判斷定位開關(guān)I4的狀態(tài)，當(dāng)I4閉合后，M3和M4停轉(zhuǎn)2 s后又回到正轉(zhuǎn)，淋浴器沿X軸正向移動，程序循環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)淋浴器在X軸上的往復(fù)移動。當(dāng)清洗者認(rèn)為淋浴充分時，按下開關(guān)I2，X軸電機(jī)停轉(zhuǎn)，此時判斷定位開關(guān)I5狀態(tài)，當(dāng)I5未閉合，即淋浴器未到Y(jié)軸負(fù)方向末端位置時，控制M1和M2運(yùn)動的程序循環(huán)進(jìn)行。最終，當(dāng)開關(guān)I5閉合時，M1和M2停轉(zhuǎn)，2 s后開始反轉(zhuǎn)，淋浴器沿Y軸正方向開始移動。當(dāng)絲杠螺母觸碰到定位開關(guān)I6時，M1和M2停轉(zhuǎn)，淋浴器定位到Y(jié)軸最初的位置。此時程序判斷開關(guān)I1的狀態(tài)，若清洗者想要再次淋浴，按下開關(guān)I1，淋浴程序循環(huán)運(yùn)行。

圖9 淋浴機(jī)構(gòu)程序流程

4 結(jié)語

本文設(shè)計的可折疊式身體清洗裝置能夠很好地解決人們在單獨(dú)洗澡時難以完整搓洗背部的問題，折疊式的機(jī)構(gòu)可大大減少裝置的存儲空間，方便收納；整個清洗過程自動進(jìn)行，提高了清洗效率，節(jié)省了清洗時間，解決了用戶日常的清洗問題，加快了生活節(jié)奏，提高了生活品質(zhì)。