洗浴移乘輪椅床創新設計

郝鵬翔，柳杰，趙靜靜

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洗浴移乘輪椅床創新設計

郝鵬翔，柳杰，趙靜靜

（北京郵電大學 世紀學院，北京 102100）

為了解決殘障者和老年人洗浴、行動困難，運用人體工程學理論，設計一種洗浴移乘輪椅床裝置，能實現室內移動，具備垂直升降功能，并能輔助使用者行動。分析了洗浴裝置的機械結構組成及主要功能，采用矢量方程解析法對四桿升降裝置進行機構設計，并對整個洗浴移乘輪椅床裝置進行SolidWorks建模與渲染仿真，結果表明，該洗浴移乘輪椅床創新設計對殘障者和老年人解決洗浴移乘問題具有一定的作用。

人體工程學理論；洗浴移乘輪椅床；SolidWorks；渲染仿真

1 引言

據國際勞工組織的有關報告，目前全世界的殘疾人總數已經超過7億，約占世界總人口的9.3%，并以4萬多人每日的速度增加；60歲以上的老年人群約為1.5億，其中80歲以上的高齡老人有1 500萬，弱勢群體人數占總人口的20%～25%.老年人由于年齡偏大，肌肉靈活性逐漸降低，行動都較為不便；同時由于自然災害、交通事故和疾病等意外造成殘障人士也在逐年增加，這一特殊群體給社會醫療、養老、服務行業帶來了巨大的壓力。為了給老年人和殘障人士提供優越的洗浴和代步工具，幫助他們提高活動的自由度，使他們能夠參加到健全人的生活中去，需要為他們配置必要的護理設備。

對于洗浴和代步輔具領域，日本處于世界領先水平，當今日本以形成成熟的產業鏈及針對患者的患病程度不同而設計的不同結構的系列產品。比如日本AMANO株式會社開發出來滑軌式、升降式、開門式等多款洗浴輔助器具，功能齊全，但在國內，由于發展階段的限制，缺乏相關研究。本文提出了一種洗浴移乘輪椅床裝置，可實現洗浴者無障礙入浴，并可以自由行動。

2 機構創新設計

2.1 輪椅床部分創新設計

輪椅床結構如圖1所示。

輪椅床裝置的設計本著為殘障者和老人提供最大的方便，他們可以在不離開輪椅的情況下直接移動到床上，降低了外界對人造成危害的可能性，并且通過角度調節裝置，使用者還可以根據實際情況進行角度調整以確保最好的使用舒適度。輪椅與浴缸和床的有機結合，極大程度上滿足了日常生活需求。隨著時代的發展，人們對產品的要求也會越來越高，所需產品類型趨向于之智能化。智能化家居在未來將會成為市場主流。

圖1 輪椅床示意圖

2.2 洗浴裝置創新設計

洗浴裝置如圖2所示。

圖2 洗浴裝置示意圖

輪椅與底架小車之間采用雙層滑軌設計保證了輪椅進入浴缸的順暢，后部有擋板用于確定進入位置的準確性，使導軌順利對接，門鎖以及邊角處貼上密封條保證設備不會向外部漏水。

2.3 輪椅部分創新設計

輪椅結構如圖3所示。

圖3 輪椅示意圖

洗浴移乘輪椅座椅的靠背可調節角度確保使用者的舒適度，設備移動可通過按鈕完成，整體采用了雙動力，既可電控又可手動，既節省人力又安全可靠。輪椅采用四桿升降機構，通過電推桿的伸縮，使輪椅完成升降，確保進入順利完成浴缸。

2.4 底部小車部分創新設計

底部小車結構如圖4所示。

圖4 底部小車示意圖

洗浴移乘輪椅與傳統移乘裝置不同，整個裝置采取了可分離的方式，下半部分小車可單獨作業，小車是可遙控的，避免使用者遇到距離遠無法使用到設備。

2.5 四桿機構創新設計

四桿升降機構的結構如圖5所示。機構的自由度與電動推桿的數目一樣，因此機構具有確定的運動軌跡。

圖5 四桿升降機構結構簡圖

四桿機構的升降組件也有很多中形式，上下寬度有等比例1∶1，也有不等比例的，下面將通過分析來選擇合適的機構形式。為四桿升降機構建坐標系，得到機構簡圖數學模型，如圖6所示。

圖6 四桿升降機構數學模型

點坐標為（0，0）。

點坐標為：

點坐標方程為：

點坐標方程為：

點坐標方程為：

各點的運動軌跡如圖7所示，其中橫坐標為方向，縱坐標為方向。在等比例的情況下，升降機構中B點做沿軸的直線運動，即直上直下，可以保證運動的穩定。

2.6 整體裝置SolidWorks建模與渲染仿真

完成主要結構及機構設計后，在SolidWorks進行三維建模工作，其功能強大，可以滿足大部分機械設計工作所需，并且該軟件具有較強的兼容性，可以通過安裝不同的插件來滿足如電氣布線等特殊需求，在采用三維設計軟件進行三維建模時首先要進行各零件尺寸的確定，通過繪制草圖來確定零件在兩個坐標軸上的尺寸，之后再通過拉伸切除、拔模等指令使其三維化，成為一個立體的圖形，通過對設計中所有零件進行繪制，并將其按照同軸、貼合、間隙等配合方式組建成裝配體，最終完成三維設計工作，得到洗浴移乘輪椅床的虛擬樣機。渲染仿真是近年開始使用的一種計算機輔助繪圖方式，其主要通過對三維設計軟件設計完成三維模型，對其表面進行材質的仿真貼圖，使其更加貼近產品在生產后的實際造型，可以幫助設計人員在設計階段更加真實、直觀地了解產品外觀，不用制造樣機即可對外形的顏色材質進行修改，降低研發成本，縮短研發周期。本課題采用KeyShot軟件進行渲染仿真，其功能更加針對機械類產品，材質較全。整體裝置渲染圖如圖8所示。

圖7 運動軌跡圖（1∶1）

圖8 整體裝置渲染仿真圖

3 創新點設計

輪椅靈活性高采用精巧的機械結構，能夠承受一定的重量，并且可以應對不同的地形。輪椅的靠背的調節是由側面的調節旋鈕控制的輪椅的機電一體化程度較高，采用雙動力模式，用戶可自我控制，自我調節，解放了勞動力。輪椅的設備多樣，輪椅與床、輪椅與浴缸的有機結合，極大程度上滿足了人們的日常生活需求。洗浴床整體采用模塊化安裝，零件少，安裝方便，可根據使用者身高的不同訂制床板，便于使用者進行拆卸清洗，保證系統的整體清潔與使用壽命。洗浴床的尺寸完全根據人機工程學設計，并根據人體洗浴時不同的洗浴姿勢設計浴缸和床的尺寸，保證輪椅、浴缸和床的尺寸可以相互匹配，使移乘裝置的設計更符合中國人的需求，滿足更高的舒適性、安全性及高效率。隨著時代的發展，產品類型趨向于之智能化。輪椅，床和浴缸的三位一體機構會成為市場主流。

4 結論

本文設計了一種應用在洗浴移乘輪椅床裝置的機構，該機構保證四桿升降機構在使用時的平穩性并防止干涉發生。下一步需要進行研究的是，進一步優化洗浴移乘輪椅床的結果，添加電控模塊，讓輪椅床更加智能、現代化。本機構僅僅體現了我們的設計思路，僅僅是一個原型機，未來可以根據不同的場景，去更改不同的模塊，從而增強本系統的適應性、延展性，可以適應不同類型的受服務人群。

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2095－6835（2019）07－0058－03

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.058

郝鵬翔（1998—），主要研究方向為機械設計。柳杰（1997—），主要研究方向為機械設計。趙靜靜（1980—），北京郵電大學世紀學院副教授，主要研究方向為機械設計。

〔編輯：張思楠〕