基于老年人起臥床相關問題的研究與裝置設計

李新宇

（武漢理工大學，湖北 武漢430000）

1 研究背景

由于人口平均壽命的不斷延長，人口老齡化問題日益嚴重。《中國人口展望（2018）》中指出，現(xiàn)階段，人口老齡化數(shù)量規(guī)模和程度在中國將呈現(xiàn)逐年升高的趨勢，2017 年統(tǒng)計結果為1.6 億，占總人口數(shù)的11.4%，預期到2033 年會上升超過3 億，占比21.0%。由此可見，中國正在快速進入老齡化社會，人口老齡化所引起的社會、健康問題對家庭和社會的養(yǎng)老功能提出了更大的挑戰(zhàn)。許多老人無子女或保姆、護工陪伴照料，在生活中經(jīng)常會遇到一些問題。在老齡化問題日趨嚴重的背景下，解決這些問題十分必要。

老年人的相關服務設施問題逐漸變得不可忽略，老人在生活中遇到的各種各樣的問題也越來越受到重視。在2017年國務院公布的《國務院辦公廳關于制定和實施老年人照顧服務項目的意見》中就提到：大力扶持專業(yè)服務機構并鼓勵其他組織和個人為居家老年人提供生活照料、醫(yī)療護理、精神慰藉等服務。

老年人身體的各項機能逐步下降，手臂和腰部力量不足，因此，老年人起床和臥床會出現(xiàn)一定的困難，長期以往，很可能進一步加劇腰肌勞損。現(xiàn)如今國內(nèi)老年人數(shù)量逐年增加，在他們遇到起臥床麻煩的同時，精神需求也日益增加。現(xiàn)階段的輔助起臥床機械大都為醫(yī)院里復雜的醫(yī)療護理床或者是需要其他人輔助操作的機械，不適用于在家里生活起居的老年人。

2 設計與實現(xiàn)

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，老人腰臂力量不足，有時候起臥床會有一定的困難；大多數(shù)老人需要借助一定的力來支撐自己起臥床；老年人普遍反映希望生活多一些樂趣，并多一些與兒女們的交流。本項目針對以上3 個方面，設計了一款使老年人輕松、舒適起臥床，并可以與兒女交流感情的起臥床裝置。本裝置為輔助老年人起臥床的裝置，主要由起背模塊、曲腿模塊和輔助起身模塊組成。起背模塊主要采用四桿機構，使用舵機驅動，可將床上半部分旋轉一定角度，幫助老人起背。曲腿模塊由三處電動推桿構成，輔助起身模塊由電動推桿推動滑塊，帶動整個床身傾斜合適的角度，配合床身尾部的扶手，輔助老人站立。

其整體運作流程為：起立時，老人初始處于平躺狀態(tài)，起背模塊驅動，背部床板向上立起，帶動老人上身抬起。同時，曲腿模塊驅動小腿處床板下翻，使老人小腿下垂，成坐起姿勢；輔助起身輔助站立模塊驅動，使老人由坐起姿勢逐步調(diào)整至站立姿勢；老人抓住床身兩側的扶手，稍一使力，便可完成站立動作；躺下時，由扶手引導老人站立至正確位置，床板抬升承接老人，并輔助老人坐下；隨后曲腿模塊與起背模塊恢復至水平狀態(tài)，達到輔助老人平穩(wěn)躺下的效果。

整體工作流程如圖1 所示。

圖1 裝置工作流程圖

2.1 起背模塊

起背模塊主要由底部的推桿、推桿連接的桿件、滑塊、背部靠板組成。起背在起床中是一個極為重要的動作，在起背模塊中，老人通過裝置輔助借力，更能輕松抬起頭，抬起上半身。背部靠板上有滑軌對滑塊進行限位，使其只可在滑軌上進行直線運動，背部靠板的旋轉角度在0°～70°，背部靠板旋轉角度可由老人自己控制，調(diào)適到舒適的位置。此模塊中電機正轉驅動推桿向外推出伸長，由于和連桿的連接處固定，隨著電動推桿的伸長，連桿繞鉸鏈向上旋轉，帶動滑塊沿軌道向背部靠板軸處移動。連桿長度不變，連桿鉸鏈與背部靠板轉軸的直線距離不變的情況下，連桿與鉛垂線所成角度變小，則背部推桿與水平線所成角度必然變大，因此背部靠板必然會被向上推起，最終幫助老人實現(xiàn)起背。當完成起背，床背部靠板需要下放時，則電機反轉，使得推桿向下收回，桿件旋轉角度變小，滑塊沿軌道向遠離背部靠板方向移動，使得背部靠板趨于放平，實現(xiàn)逆過程。在一定程度上控制了背部靠板的角度，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 曲腿模塊

曲腿模塊主要由大腿板、小腿板、滑塊以及2 個推桿組成。曲腿是實現(xiàn)站立的主要動作，此模塊中電機先驅動推桿伸長，使頂端滑塊在豎直方向增加一定的高度，與此同時滑塊在大腿板底部滑槽內(nèi)向遠離大腿板轉動軸的方向進行直線運動，使得大腿板繞軸可向上旋轉15°抬起，令大腿板和背部靠板形成一個角度，使人體微陷入夾角中，在床體抬升的過程中固定人體，避免發(fā)生意外。同時，推桿收縮，小腿板在其作用下向下垂落，轉動75°將老人的小腿放下，且兩腿部推板角度固定，最終將老人調(diào)整到合適的坐姿，為接下來的床板抬升幫助老人站立做好準備。

2.3 輔助起身模塊

輔助起身模塊主要由大齒輪、床板、床邊扶手、小齒輪以及電動推桿組成。此模塊中當需要輔助老人站立時，電動推桿正轉，推桿可以伸長將床板頂起一個角度，角度可以從0°～25°，可以確保老年人在起來時得到床板的助力。床板擬設計尺寸為長200 mm、寬120 mm、高50 mm。在床板抬升的同時，床邊的扶手也同步升起，可以在老年人站立時受到助力以后利用自己旁邊的扶手支撐。床邊扶手的長度為660 mm，可以使得人在使用床邊扶手的時候得到最大的助力。床邊扶手與床板之間由一對大小齒輪來連接。小齒輪和床邊扶手連接，令小齒輪去控制床邊扶手的旋轉，而床板則是由大齒輪控制，大齒輪的旋轉決定了床板旋轉的角度，大小齒輪之間正常嚙合，大齒輪的尺寸參數(shù)為113，小齒輪的尺寸參數(shù)為37。通過一定的傳動比可以使得當大齒輪轉動1 圈時，小齒輪轉動3 圈，使得當床板轉動25°時，床邊扶手轉動75°，使得老人站立時，不僅能夠最大程度地受到床板的助力的同時，老人自己也可以較好地利用床邊扶手站立。

2.4 控制模塊

控制模塊將軟件模塊與硬件模塊結合在一起，進行裝置移動的控制。老人及子女可以通過控制模塊來控制輔臥床三個模塊的移動，子女可以遠程操作，同時裝置上還有一塊顯示屏，老人與子女可以在顯示屏上互動，增進家人之間的感情。該控制模塊還有提醒老人吃藥、播報明日天氣等功能，更大程度地幫助老人完成日常生活起居，給老人一個健康、舒適的生活氛圍，盡可能地服務于老人，讓老人及子女安心、放心。

3 創(chuàng)新點

項目創(chuàng)新方面，以單人床為載體，將輔助老年人坐下站立、起臥床功能整合一體化；在應用創(chuàng)新方面，將自卸開車車廂舉升機構簡化用于輔助老人起臥床；在組合創(chuàng)新方面，連桿機構與齒輪機構的匹配設計，實現(xiàn)單驅動力作用下的床板抬升和扶手旋轉。

4 應用前景

裝置整體設計人性化，裝置功能多樣，既能輔助老年人站立和坐下，也能輔助老年人起臥床。

裝置應用范圍廣，可用于獨居老年人家中，同時也可用于養(yǎng)老院等場所。

裝置原理簡單，與現(xiàn)有醫(yī)療床以及其他輔助起臥床機械相比節(jié)省了大量的用工成本，并實現(xiàn)了老年人獨自操控。本產(chǎn)品相比于現(xiàn)有的輔助老人起臥床裝置，具有以下2 個方面的優(yōu)勢：①利用電動推桿、齒輪系等，實現(xiàn)了老人起臥時的起背、曲腿以及輔助站立功能，實現(xiàn)了功能的一體化，可以有效地減輕老人的腰背壓力，在老年人有起臥需求時提供助力，極大地幫助了老年人；②裝置采用連桿機構與齒輪機構的匹配設計，用簡單的機構滿足了老年人起臥床時的所有需求，相比于現(xiàn)在的一些專業(yè)、復雜的起臥床機械效率更高，具有廣闊的發(fā)展前景。

本機械在滿足老人起臥過程中的需求，解決老年人在起臥時面臨的問題的同時，還簡化了機構，將連桿與齒輪等匹配設計，簡化了操作，提高了效率，降低了成本。該機械產(chǎn)品的適應面更廣，普及率更高，具有廣闊的前景和研究意義。

5 結束語

綜上所述，本研究所研發(fā)的起臥床裝置以老年人起臥為基礎，結合調(diào)研與實際情況，讓老年人更輕松、更便捷地起床；同時，還能與兒女進行交流互動，滿足了其精神需求。本設計也深刻意識到老年人的精神需求，并將其貫徹到裝置中，使老人的身體與精神都得到滿足。