一款老人助力起身智能馬桶研究

熊文凱，王 江，劉明德

（江西機電職業技術學院，江西 南昌 330013）

0 前言

人進入老年后，隨著年齡增長體力下降許多簡單行為也變得困難。 身邊需要人護理，而由于少子化和老齡化的疊加，老人護理成為許多家庭的負擔。 本研究是基于設計一款產品，解決老人在日常生活中的如廁困難[1]，讓老人能如廁自理。 目前的智能馬桶雖有較多功能，但對于老人而言，操作復雜并且操作按鍵在座墊上，距離較遠對于眼神不好，行動遲緩的老人而言操作不方便[2]。 而且目前的智能馬桶多為無扶手，即使有扶手也需老人用手撐起，有些老人因身體機能衰退手勁不足，起身比較困難。 為了便于老人無助如廁，設計一款助力起身智能馬桶蓋。 它加裝在現有舊式馬桶上它可以幫助老人，簡單操作就可以實現清潔/烘干并助力起身站立。

1 國內產品狀況

馬桶從出現到現在已有上千年歷史，從貴族用品走進平常百姓家，從過去的木質到瓷質，從過去人工搬運倒馬桶到如今全自動感應沖洗烘干。 它也隨著生活水平的提高和技術進步在不斷變化。

目前，國內如廁主要有蹲坑和馬桶兩種形式。 家用多為馬桶式，隨著生活水平的提高和認識的改變，智能馬桶也開始漸漸為人們接受并越來越受歡迎，由于馬桶的不易壞及更換時影響生活和心情的原因。 通常在新房裝修后不會再更換，智能馬桶雖好但更多家庭是在現有馬桶上追加智能馬桶蓋，但目前的智能馬桶蓋它主要是面向一般人群，沒有幫助老人站立起身功能。 而通常加裝助力起身的也僅僅是起身扶手，不能很好的幫助老人起身。 加上目前智能馬桶蓋因功能較多，按鍵較多而且界面是在坐墊上，操作對于眼神不好行動不便的老人而言使用不方便。 市場上也沒有和智能馬桶蓋相適應的電動起身助力器來幫助老人起身，急需一款帶助力起身方便老人使用功能簡化的智能馬桶蓋[3]。

2 研究內容

助力起身機構的結構及控制。 助力起身機構的運動結構的選擇。 由于人的站立起身是小腿繞腳關節轉同時大腿繞關節轉動的運動形式，不是簡單的圓弧和直線，是一種空間曲線。 在各種運動形式中，四連桿根據各邊長短可以組合成多種運動樣式，具體的樣式通過運動需求目標來確定它的結構形式。

2.1 設計依據

1）目前市面馬桶座的高度400mm 為設計基礎；2）GB 10000-1988《中國成年人體尺寸》；3）體重:75kg×（1+20%）=90kg(2015 國家衛計委公布成年男性平均體重75kg）。

2.2 運動結構

采用四連桿結構控制起身的運動軌跡，以電動缸作為頂起動力源。 圖1 為一個四連桿圖。 若以b 邊為固定，以c邊為動力邊，a 邊只能圓弧運動，d 邊可取一不規則搖擺運動。依據椅子的結構形式，采用圖2 形式來研究。為提高傳動效率，直接把缸驅動d 桿。由a，c 兩桿來導引其運動。a,b,c,d 四桿長度研究分析。 為使分析簡化，預設b 固定且b//d。

圖1 四連桿圖

圖2 原理圖

1）若a//c, 則d 與固定其上的坐墊的移動實際是個平行上移。 這和人體運動工程不符。

2）依據人體站立的單向性，且坐墊上升過程中要求反向水平位移小，故a 邊不能過長，且與水平夾角不能過大。當a

圖3 產品結構形式

四連桿的驅動：電動缸因結構緊湊/可控準確性強/干凈，最佳選擇。 以電動缸推動智能座墊，座墊與d 桿為一體。 由a/c 兩桿控制運動軌跡。

電動缸控制：上/下按鈕》信號發射》信號接收》電機運轉》齒輪變速》渦輪蝸桿傳動》缸桿》座墊運動。

3 智能馬桶蓋功能簡化

工作方框如圖4 所示。

圖4 智能馬桶蓋功能工作方框圖

4 排水

由于是改造舊馬桶，為方便老人操控，在扶手上設置沖水開關，同時保留在無電的特殊情況下可手控排水。 排水控制如下：

1）有電：按鈕—》信號發射—》信號接收—》電磁閥桿運動—》排水桿。

2）無電：按電磁閥桿—》排水桿。

結構如圖5 所示。

圖5 排水控制結構圖

5 升降設備與馬桶的固定

由于舊馬桶型號各異，外形尺寸不同。 為了能適應它們同時降低成本。 選用通用的不銹鋼螺桿/螺母及相應的固定塊，使升降設備與馬桶位置固定。 為使助力智能馬桶蓋在高度方向能適應各型馬桶高度，在底座上采用可調節杯腳。

6 智能馬桶蓋的供水

由于智能蓋要隨著升起，所以現有的智能蓋的固定式水管需要更換成波紋水管以適應智能蓋的移動。

通過管接頭與智能馬桶連接。

7 結束語

隨著老齡化的深入，適用老齡人群的廚衛設備的發展將越來越快，設備的改造需求也是越來越多[4]。 只有抓住社會需求的創新才具有生命力，才能切實提高人們的生活滿意度。