助老產品家庭淋浴防摔倒裝置的研發

李 媛 鄭開元 文 川 謝春松 胡高天 石 琴

（成都工業學院 智能制造學院，四川 成都610000）

基于國內眾多學者的研究分析幾乎可以肯定我國自2000年就已經進入老齡化社會，并且人口老齡化的程度持續加深，在整個21 世紀人口老齡化的問題都將始終伴隨我們[1-4]。我國政府高度重視和解決人口老齡化問題，積極發展老齡事業，初步形成了政府主導、社會參與、全民關懷的發展老齡事業的工作格局[5]。設計與制作用于幫助老年人獨自活動起居的機械裝置成為機械創新設計領域的研究熱點[6-11]。

在我國，跌倒是65 周歲及以上老年人傷亡的首要因素[12]。而家中浴室是年長者最常跌倒處所[13]。對于如何科學地設計浴室防摔倒設施，目前國內外的研究主要集中在兩個方面：一是洗澡機類產品；二是從家裝設計角度，做好浴室干濕分離。前者占用空間大，對家中浴室整體改造工程量大，產品價格昂貴，且盆浴方式不符合我國傳統國情，不便于中國家庭普及；后者無法改善淋浴過程中地面的濕滑狀態，不能從根本上解決浴室跌倒問題。因此，設計一款簡單結構、體積小、低成本的家庭淋浴防摔倒裝置可以更快速有效地降低浴室跌倒率，避免老年人獨自淋浴時不慎跌倒帶來的嚴重后果。

1 設計思路

家庭淋浴防摔倒裝置的研發過程主要運用了組合法和移植法兩種創新技法[14]。

1.1 組合法的應用

首先，梳理出家庭淋浴防摔倒裝置應該具備的若干功能模塊：

（1）滿足老年人淋浴過程中的自由活動；（2）當老年人因浴室地面濕滑產生滑跌趨勢時，能夠及時給予老年人輔助提升力；（3）裝置可以與浴室土建結構固連而不需要改變原有家裝結構；（4）老年人使用該裝置時，可以實現與其快速地結合或釋放；（5）老年人使用該裝置時，裝置與身體結合的部分應具備防水性、親膚性；（6）裝置所有材料都應具備防水、防銹的特性。

然后，期望通過尋找成熟技術單元，以技術組合的方式形成一種新的技術系統，最終實現上述的所有功能需求。

1.2 移植法的應用

通過移植法的運用，可以找到實現上述模塊化功能的成熟技術單元，并加以移植組合形成完整的概念產品。

1.2.1 光軸導軌。光軸導軌具有滑動軸承的引導作用，可以實現直線運動，具有安裝方便、行走順暢、壽命長、耐臟能力強、維修方便等優點。

將光軸導軌的結構移植到家庭淋浴防摔倒裝置，光軸與浴室土建結構固連，滑塊與人通過一定的方式連接，則可以實現人在淋浴過程中沿直線方向的自由行走，并在必要時提供向上的支撐力。

光軸導軌兩端固定的安裝方式也非常契合浴室家裝結構，因為通常浴室只有四面墻體可以提供支撐力。

1.2.2 真空吸盤。真空吸盤具有清潔、不損傷所吸附物體表面的優點。經過市場調查，一款瓷磚玻璃吸盤穩定性強、承重力大、體積小巧、結構簡單、操作便利、適于浴室瓷磚墻面。

將真空吸附原理移植到家庭淋浴防摔倒裝置的安裝，可以最大程度地保留原有家裝結構，并可以提供足夠的支撐力：標準三爪款吸盤垂直吸力約115kg，標準雙爪款約75kg。

1.2.3 高空作業安全帶。高空作業安全帶通過將人體綁定在固定的構造物上以防其跌落。圍桿式安全帶穿脫方便、身體遮擋面積小、活動范圍大。將此結構移植到家庭淋浴防摔倒裝置，綁定在光軸導軌滑塊上，可在老年人產生滑跌趨勢時及時給予老年人輔助提升力，同時能提供必要的活動空間。

但是，高空作業安全帶通常采用織物加工而成，不具備防水性。

1.2.4 戶外晾衣繩。根據市場調查，一種戶外晾衣繩產品由內部鋼絲繩和外部PVC 包覆兩部分組成，具有承重能力強、防水、美觀、耐用的優點。

將此材料移植到1.2.3 節所提織物安全帶，可以克服其不防水的缺點。

1.2.5 汽車安全帶插扣。為實現安全帶的快速穿脫，移植汽車安全帶插扣接頭結構，對1.2.3 節所提安全帶的日字扣接頭進行置換。

1.2.6 硅膠。硅膠具有最接近人體皮膚的質感和觸感，將此材料移植到家庭淋浴防摔倒裝置與人體接觸的腰帶部分，通過包覆1.2.4 節所提承重繩的方式，解決親膚的問題。

2 設計方案

基于技術組合和移植的家庭淋浴防摔倒裝置的構想仍需對各成熟技術單元進行局部設計調整，并補充各技術單元之間的連接設計，進而設計出一套由導軌、腰帶、連接繩三部分組成的完整裝置。

2.1 導軌

圖1 是導軌示意圖，主要包括光軸導軌和真空吸盤兩項技術。

圖1 導軌示意圖

其一，光軸通常是固定長度，為使裝置能適應不同尺寸的浴室，在光軸兩端分別增套一段空心鋼管。導軌安裝時可根據浴室長度在一定范圍內調節總長，并用帶扳手卡箍進行限位，限制鋼管套相對光軸的軸向移動。其二，現有技術的光軸與吸盤手柄材料不同，前者是合金鋼、后者是鋁合金，兩者之間無法焊接，故通過萬向扣連接。

2.2 腰帶

如圖2 所示，腰帶包括高空作業安全帶、戶外晾衣繩、汽車安全帶插扣和硅膠材料多項技術。

圖2 腰帶

腰帶與連接繩、腰帶與插扣均可以直接由晾衣繩纏繞加鎖扣緊固的方式連接。

為簡化硅膠包覆工藝、降低單件研發產品加工成本，通過市場調查找到異形截面硅膠密封條，將晾衣繩穿過P 型硅膠條長孔后，再將兩組硅膠條對接即可。

2.3 連接繩

為提高裝置作用力的平衡性，在腰帶左右兩邊各設一股連接繩，如圖3 所示。連接繩穿過滑塊的安裝孔，通過鎖扣緊固，如圖4 所示。

圖3 連接繩與腰帶連接示意

圖4 連接繩與滑塊的連接

3 功能優化

家庭淋浴防摔倒裝置的設計方案還可以從信息化、智能化和多樣化三個方面進行功能優化。

3.1 信息化

家庭淋浴防摔倒裝置可通過在腰帶上內置一鍵呼救模塊[15，16]，當滑倒發生后，老年人無法靠自身力量恢復站立狀態的情況下，手動按下緊急呼救鍵，即可向指定的監護人號碼發送呼救信息，以爭取搶救時間。

3.2 智能化

家庭淋浴防摔倒裝置的智能化可以通過在腰帶上內置三軸加速度傳感器，結合成熟的人體跌倒檢測算法，并使用嵌入式處理器和無線網絡實現數據處理、無線傳輸和遠程報警[12]。

3.3 多樣化

為滿足用戶對產品的多樣化需求，可以對家庭淋浴防摔倒裝置進行產品的系列設計。

3.3.1 導軌配置。考慮各家庭的浴室規格不同、環境不同，宜視具體浴室情況確定導軌配置方案，三種配置方案的各項指標對比如表1 所示。

表1 導軌配置方案對比

當浴室規格小、障礙物多時，應更多地考慮穩定性，對活動范圍要求不高，可取消光軸導軌簡化設計，采用其他更加經濟的雙邊固定方式，既能保證防摔倒的基本功能，又考慮了經濟性。

3.3.2 規格系列化。考慮各家庭的浴室規格差異、老年人身高體重差異，可將導軌長度和直徑、連接繩長度和直徑、腰帶長度和寬度、吸盤數量系列化，且某一長度尺寸規格應具備一定范圍的調節度，以擴大產品適用范圍。

4 結論

家庭淋浴防摔倒裝置的研發解決了裝置與浴室的土建安裝、腰帶結構設計、導軌行走順暢幾個關鍵問題。裝置各組成部分的結構設計及零部件選擇有成熟產品參考，已在短時間內完成單件研發產品的加工裝配與性能測試，可以解決防止老年人獨自淋浴時不慎跌倒的問題，從而可以避免由跌倒帶來的嚴重后果。

家庭淋浴防摔倒裝置的研發將組合法和移植法兩種創新技法聯用，達到了快速開發產品的目的。整個研發過程始終貫穿以問題為導向，尋找成熟技術解決問題的思想，大到產品主體結構、小到零部件的連接方式。這一研發方式是創新技法在機械創新設計中的良好實踐，具備一定的推廣價值，尤其適合高校學生的創新設計訓練和小微企業產品的快速開發。

產品研發過程中采用的解決方案是以快速完成產品制造、減少單件產品加工成本為目標，而沒有過多地考慮設計優化問題，故而有很多值得改良的地方，比如各零部件的尺寸需要進行優化，再如光軸與吸盤的連接方式、腰帶的硅膠包覆等，均有待產品正式進入批量化生產階段時進行設計改進。