一種洗澡輔助裝置的設計

王子涵

摘 要：現有的洗澡輔助機械裝置大多價格昂貴，受場地限制，很難出現在獨居、臥床的老人及殘障人士的生活中。為此，我們設計了這款洗澡輔助裝置，創新采用回水裝置及三自由度機械裝置，采用紅外測距，識別人體模型，適用范圍廣，價格較低，對于病房臥床病人、自理能力較差的老年人具有較大意義。

關鍵詞：洗浴產品；紅外測距；節水裝置

隨著經濟的發展，社會對老年人、行動障礙者的關注度逐漸提高，老年市場廣闊。勤洗澡本是個人衛生的基本要求，但對于老年人、行動障礙者來說，人體機能老化、關節僵硬、靈活性差等問題使得他們在洗澡時面臨很大的困難。采用普通的淋浴方式在洗澡過程中需要較多人力資源，且場地受限，不能滿足此類人士便捷清潔身體的衛生需求。

一、產品總體設計

綜合考慮了老年人和臥床人士洗澡時通常遇到的問題，本文研發了一種洗澡輔助裝置。對老年人和臥床人士來說，這是一種全新的洗澡方式，水的噴出及再回收使得洗澡不再受到場地的限制，并且減少了沐浴用水，環保可靠，減少了由于電機防水導致的一系列問題。機器識別及機械臂運動解放了人工，讓隨時隨地洗澡成為了可能。且相比較市場上現有的大型洗澡機，我們的設計具有成本較低，機械裝置較小，可自由移動，適用范圍更廣泛的特點。

產品包括底座運動裝置、刷頭控制裝置、出水頭和吸水刷頭四個部分組成。控制裝置有紅外測距裝置、語音控制和微信小程序；運動裝置為全向底盤，可實現三維空間任意移動。此外，本裝置創新采用了回收水刷頭、多適應性步進電機支架、能夠識別具體身體部位的紅外測距裝置，以及無機械臂三自由度運動底盤。

二、主要組成部分

1.回水裝置

關于吸水部分，采用回收水的裝置不僅可以使產品使用環境更加廣泛，方便臥床人士洗澡，更回避了電機防水問題，極大降低了產品成本并簡化了設計的復雜度。

對于回收水的刷頭部分，我們采用了略大于沐浴噴頭直徑的環形殼狀半開放結構，中間放置親膚海綿，固定在沐浴噴頭下方，直接與人體皮膚接觸，既保證了完全吸回噴頭出水，又保證充分清潔人體。

鋪設進水吸水的管道時，由于進水管道需要接水箱，吸水管道又需要接電機負壓裝置以及回收水水箱，同時又要保證出水吸水同時進行。所以我們做了以下改進：將兩管道進行拆分成為兩個管道并行，一上一下，將大吸力的回收水管道放置于出水管道下方，連接刷頭直接清潔人體，這種結構易加工，密封性好，具有可加工性。

2.刷頭控制裝置

對于刷頭控制裝置部分，我們創新型的采用了刷頭只有一個自由度（垂直上下運動），而依靠底座的前后左右運動，刷頭共計可實現三個自由度的方式。這樣做就可以避免使用復雜的機械臂，降低成本，回避了機械臂準確度不高的缺點。刷頭的垂直運動由連桿上的步進電機控制。兩個傳感器的設計距離略小于脖子到肩膀的投影距離。

3.紅外測距裝置

由于超聲波受到介質的溫度及濕度影響較大，所以我們在兩個連桿上安裝了兩組紅外測距裝置，檢測刷頭到人體皮膚的距離從而決定機器的前后移動。水平放置時傳感器的發射端與接受端存在一定距離，在測量拐角處時帶來很大的測量誤差，所以兩紅外測距傳感豎直放置。當兩傳感器都小于設定的舒適距離時，進行人體遍歷，而只有一端傳感器距離小于該距離時，進行旋轉，清潔人體側面。而在側面時有兩種情況：在背部側面或脖子側面，如果向下運動時檢測到兩傳感器到人體距離仍小于舒適距離，則為脖子的側面。

4.裝置底盤

底座為圓盤型，共有三組輪子，呈120°分布在圓周上，由聯軸器連接。利用矢量合成平行四邊形法則，分速度的矢量合成為合速度，一組輪子不動，另外兩組輪子配合運動，產生分速度，做前后運動，而在做左右運動時，三組輪子產生三個分速度合成，協調配合進行移動。而輪子的運動又由底座上的三個電機控制，三個電機由于生產時無法避免的各種誤差，可能造成輸入同樣電壓而電機運行狀態不同，所以使用三個編碼器同時分別測量三個電機轉圈，實現閉環控制，提高機器精確程度。

5.控制界面

語音控制，鑒于老人或殘疾人群體的實際情況，設計了語音控制功能，實現了簡單的運行、停止，以及刷頭的簡單控制，方便用戶使用。使用微信小程序收集用戶體征數據及裝置運行數據，傳輸至服務器并通過微信小程序實現遠程監護。

總結語

本設計是針對常用洗澡輔助機械裝置的改進與創新，能在不改變現有家庭衛生間結構的情況下，幫助老人、行動障礙者能安全、舒適地洗澡。這款洗澡輔助機械裝置，創新采用回水裝置及三自由度機械裝置，采用紅外測距，識別人體模型，適用范圍廣，價格較低，對于病房臥床病人、自理能力較差的老年人具有較大意義。

參考文獻：

[1] 劉麗萍.基于通用設計理念的老年人洗浴產品設計與研究[D].青島大學，2018.

[2] 白衛勤.基于互聯網思維下老年人生活方式與服務需求研究[D].齊齊哈爾大學，2016.

[3] 聶茜.我國城市老年衛浴設施的基礎設計研究[D].江南大學，2004.