一種家用多功能助老裝置的設計*

王 望，平學文，李仔成

(山西機電職業技術學院，山西 長治 046011)

0 引言

2021年5月第七次人口普查數據顯示，我國60歲及以上人口為2.6億，占比18.70%，與2010年相比，比重上升5.44%。其中，65歲及以上人口為1.9億人，占比13.50%。全國31個省份中，有16個省份65歲及以上人口超過了500萬，有6個省份的老年人口超過了1 000萬。晚年生活中，老年人的自我照料以及行動等方面的能力都有了較大幅度的降低，老年人普遍存在不希望成為別人負擔的心理，尤其害怕因為失能、失智而失去尊嚴。人口老齡化已經成為我國社會發展的重要趨勢，也是今后較長一段時期我國的基本國情。

《國家積極應對人口老齡化中長期規劃》中提出：加強老年輔助器材及產品研發創新，優先發展老年人護理照料、生活輔助、功能代償增進等老年輔助科技產品；優化老年輔助產品設計，提高實用性，為老年人功能退化缺損提供智能科技代償，輔助、替代人力照護。

然而，現有的一些家用助老裝置存在占用空間大、移動不方便、需要改造或更換床體、實用性不強等突出問題。針對上述問題，研究設計一種結構簡單、實用性強、工作可靠，可輔助老年人完成部分日常起居功能的助老裝置，對于應對我國人口老齡化具有十分重要的現實意義。為此，本文設計了一種家用多功能助老裝置。

1 家用多功能助老裝置主要結構設計

家用多功能助老裝置的整體結構如圖1所示。該裝置主要由位姿變形部分、升降部分和移動模塊三部分組成，可實現位姿變形、高度調節和多方位移動等功能。

圖1 家用多功能助老裝置整體結構

1.1 位姿變形部分設計

市面上一些具有起背功能的同類產品，大都是依靠安裝在背板后部框架上電動推桿的伸縮移動來完成起背動作的，屬于外部支撐式結構，其特點是支撐力大，機構外露，占用背板后部較大空間，適用于固定安放在床面上，不適用于經常移動的場所。

該裝置的位姿變形部分主要用來實現躺位與坐位的連續變形以及起背功能，該部分主要包括背板、座板、腳板以及座板下部的連桿機構，如圖2所示。

圖2 位姿變形部分

為了保證背板的起伏運動與剪叉式升降機構不發生運動干涉，背板輪廓形狀設計為階梯形狀。根據使用要求，位姿變形部分主體是一個由背板、座板和腳板組成的三板鉸接式結構。該部分的連桿機構包括長、短兩個連桿，長連桿的一端與腳板鉸接，另一端與電動推桿末端鉸接；短連桿的一端與背板底部鉸接，另一端同樣鉸接在電動推桿末端。由于板與板之間通過轉動副連接，在連桿機構的驅動下，背板與座板以及座板與腳板之間均可產生相對轉動。這樣背板和腳板就各自形成一個杠桿，隱藏于座板的底部，在電動推桿的驅動下，背板就會圍繞與座板鉸接的轉動副產生杠桿運動，進而實現起背功能，同時，腳板配合背板動作起伏，共同完成躺位與坐位的連續變形功能。該裝置的位姿變形部分本質上屬于杠桿機構，該機構隱藏于座板下部，節省了背板后部的空間，便于移動，美觀大方。

1.2 升降部分設計

該裝置的升降部分采用雙列剪叉式連桿機構，設置在座板下部，用于調節裝置板面高度，以保證裝置座板能與不同高度的床面貼合。升降部分結構如圖3所示。

圖3 升降部分結構示意圖

為了保證座板的平穩升降，升降部分采用雙列八點式剪叉連桿機構，即由兩根固連在一起的內支桿與兩根固連在一起的外支桿組成，并在內、外支桿中點進行鉸接。四根支桿的頂端和底部分別可以在座板下部和底框的滑槽內進行移動。在升降電動推桿的驅動下，內支桿與外支桿在鉸接處產生相對轉動，進而實現高度升降。剪叉式連桿機構具有結構簡單、承載力強、制造簡單等特點，在機械升降設備中應用廣泛。

1.3 移動模塊設計

移動模塊可以實現裝置的位置移動，能夠幫助老年人在不同房間之間挪動。該模塊主要包括底板、麥克納姆輪、減速電機、鋰電源和控制模塊等元器件，如圖4所示。由于選用了麥克納姆輪，裝置可實現前、后、左、右和對角線等方向移動，適合在狹小的家用空間里靈活操作。

圖4 移動模塊結構示意圖

2 試驗與結果

為了更好地檢驗裝置的動作性能，按照裝置整體設計方案制作實物樣機，在平地上進行試驗，現場布置如圖5所示。先后操縱演示升降、位姿變形和移動等動作，觀察裝置動作的平穩性，并記錄裝置完成相應動作的時間。試驗數據如表1所示。

圖5 樣機試驗

表1 試驗數據記錄

試驗表明，該裝置在居家環境下工作，動作靈活，工作可靠，基本達到了預期設計指標：該裝置可實現在47.3 cm～62.3 cm范圍內高度的任意調節，能適應絕大多數家用床面高度;該裝置位姿從躺位到坐位的變形平均時間為9.97 s，從坐位到躺位的變形平均時間為10.40 s，起背力矩大，變形平穩；該裝置高度上升的平均時間為5.24 s，高度下降的平均時間為2.38 s，動作迅速，升降平穩；該裝置在平地上前進/后退速度為0.15 m/s，左移/右移速度為0.07 m/s，速度適中。這些試驗數據將為后期裝置的進一步改進和優化提供數據支撐。

3 結語

本文在對比分析部分家用助老裝置結構和功能的基礎上，設計了一種能夠幫助老年人完成躺臥、升降以及代步移動的機械裝置。研究了一種可實現大力矩起背、躺位與坐位能夠雙向連續變形的隱藏式杠桿機構；選用雙列剪叉式機構，保證裝置整體平穩升降；選用麥克納姆輪，可實現裝置多方位移動；通過制作裝置樣機，測試數據，檢驗了裝置的工作性能，為下一步的改進和優化設計奠定了基礎。