一種起身站立助老椅機構的設計★

李書閣

（重慶電子工程職業學院，重慶 401331）

引言

目前隨著老年人口的快速增長，老齡化趨勢在不斷加劇。據相關統計數據表明，在我國的老齡群體中，有將近20%是失能或半失能老人，有的行走不便，有的存在視力或聽覺障礙等問題，日常的獨立生活起居存在很大障礙，需要借助人力或設備來輔助生活[1]。自20世紀80年代實行計劃生育政策以來，我國的家庭結構逐漸向小型化發展，出現大量的獨生子女家庭。由于年輕人面對現代生活及工作的壓力，能夠陪伴和照顧老人的時間很少，致使大量老年人面臨獨居與空巢問題，日常生活行動只能依靠自己，生活質量不高。關愛老年人，提高生命質量，實現健康老齡化，已成為衡量社會進步和科技發展水平的重要標志。因此，設計和生產助老機械產品，為老年人提供安全舒適的助老產品和服務，提高老年人的生活自理能力，解決老年人獨自生活存在的一系列問題，具有重要的社會意義。

由于老年人身體機能隨年齡的增長而不斷下降，特別是下肢和腰腹力量的下降，普遍存在著坐下后難以起身站立的問題[2]，因此助老起身站立設備的需求逐年增加。目前市場上雖然已推出種類繁多的輔助站立設備[3-5]，然而針對老年人設計的起身站立設備較少，并且在操作便捷性和人性化方面存在欠缺，不能滿足老年人獨立使用的需要[6]。因此，需要在全面分析老年人獨自起身站立需求的基礎上，對傳統的助老站立設備進行優化設計。本文據此設計一款家用起身站立助老椅，通過助老椅的抬升翻轉機構和防跌機構，可輔助坐在該椅子上的老年人輕松而安全地站立起來，從而提高老年人的自理能力和生活質量。

1 起身站立助老椅的設計方案及工作原理

1.1 設計方案

在人機工程學分析的基礎上，設計助老椅的外觀、尺寸、形狀結構等細節。本文設計的起身助老椅由椅子本體、抬升翻轉機構和防跌機構三部分組成，其結構組成如圖1所示。椅子本體與傳統的座椅相比座位面板安裝位置降低了高度。該助老椅的座位面板安裝在抬升翻轉機構上，抬升翻轉機構安裝在椅子本體上后，其上方的座位面板高度在水平狀態下與傳統的座椅面板高度相同。抬升翻轉機構主要由直流減速電機、絲桿傳動機構和雙力剪連桿機構組成。通過直流減速電機驅動絲桿傳動機構轉動，絲桿螺母拖動雙力剪連桿機構工作，實現座位面板的抬升翻轉，輔助老年人起身站立。防跌機構由限位裝置和防護桿組成。本文設計的起身站立助老椅具有以下優點：

圖1 起身站立助老椅整體結構

1）采用電力驅動和電控控制，節省人力，操作方便。

2）傳動系統采用絲桿機構，在斷電后具有自鎖性，防止座位自動下落，保證了使用者的安全。

3）設計有防跌機構，具有更高的安全性和可靠性。

1.2 工作原理

老年人從助老椅上起身站立時，只需按下控制面板上的“起身”按鈕，直流減速電機開始工作，帶動固定絲桿轉動，固定絲桿帶動螺母向后方移動，與螺母連接的兩個滑塊也一起向后方移動，滑塊帶動雙力剪連桿機構運動，將助老椅座板由后往前向上翻轉，從而將老年人的臀部慢慢抬升起來，輔助老年人起身站立。當座椅面板抬升翻轉到極限位置時，滑塊端面會觸碰到行程開關，致使行程開關響應，控制直流減速電機停止轉動。老年人在起身站立過程中助老椅座板的翻轉過程是可中斷的，只需按下控制面板上的“停止”按鈕，直流減速電機停止轉動，座板即可停止翻轉。由于絲桿傳動具有一定的自鎖特性，能有效防止斷電后的直流電機反轉，即使切斷電機電源，直流減速電機在失去動力的情況下，抬升一定高度的助老椅座板不會翻轉下落，老年人也不會隨之下落和跌倒。當老人完全站立起來后，只需按下控制面板上的“落座”按鈕，助老椅座板便會緩慢落下，直至觸碰到底部的行程開關，直流電機停止轉動，這時座板下落到水平狀態，停止下落。老年人在從助老椅上起身站立起來之前，可將防護桿向上扳動到水平狀態，此時限位裝置的限位銷下落到防護桿轉軸的限位孔中，將防護桿鎖死，能夠防止老年人起身站立重心不穩而跌倒。當老年人穩定地站立起來之后，可提起限位銷手柄，將限位銷從防護桿轉軸的孔中拔出，此時防護桿靠自身重力自動下落到豎直狀態。

2 起身站立助老椅的機構設計

2.1 座板抬升翻轉機構

座板抬升翻轉機構由直流減速電機、雙力剪連桿機構和絲桿傳動機構組成，如圖2所示。該機構的主要功能是通過控制座位面板的抬升翻轉角度，幫助老人起身站立。直流減速電機通過聯軸器與絲桿連接，可驅動絲桿轉動。絲桿螺母通過一塊連接板與兩個雙力剪連桿機構的下部滑塊連接，可同時帶動兩個滑塊同步移動。雙力剪連桿機構上部的兩個滑塊導軌和兩個搖塊端部安裝在座位面板，當雙力剪連桿機構下部的兩個滑塊移動時，帶動整個連桿機構運動，可實現助老椅座板由后往前向上翻轉，輔助老人慢慢起身站立。當老人完全站立離開助老椅后，可控制直流減速電機反轉，通過絲桿機構帶動雙力剪連桿機構下部的兩個滑塊反方向移動，將助老椅座板降落到水平狀態。

圖2 座板抬升翻轉機構

2.1.1 雙力剪連桿傳動機構

雙力剪連桿傳動機構如圖3所示。其上部滑塊的導軌連接可抬升翻轉的座位面板，上部滑塊與連桿鉸接；下部滑塊連接絲桿傳動機構的螺母，下部導軌固定安裝在支架上。為了保證座板抬升翻轉運動的穩定性，助老椅兩側各安裝一套雙力剪連桿機構。當絲桿螺母帶動下部滑塊沿著導軌滑動時，下部滑塊通過連桿1和連桿2將運動和動力傳遞至上部滑塊和搖塊，從而實現座板的翻轉運動。合理設計下部滑塊的行程和各連桿的長度，能夠使座板相對于水平位置抬升翻轉至少80°。

圖3 雙力剪連桿機構

2.1.2 絲桿傳動機構

絲桿傳動機構摩擦阻力較小，傳動精度高，在抬升翻轉機構中的主要作用為將直流電機的轉動轉化為絲桿螺母的移動，從而帶動雙力剪連桿機構工作；具有一定的減速功能，降低助老椅座板抬升翻轉的速度，保證座板抬升翻轉裝置的安全性；具有自鎖性，在斷電后，能夠防止電機反轉帶動座位自動下落，保證了使用者的安全。

2.2 防跌機構

防跌機構由限位裝置和防護桿組成，如圖4所示。該機構的主要功能是在老年人從助老椅上起身站立時，為老年人提供保護，防止老人意外從座位面板上跌倒。限位裝置的轉軸通過滾動軸承安裝在殼體上，轉軸伸出殼體的端部安裝防護桿。轉軸的中間部位設計一個圓形滑槽，在滑槽的底部加工一個限位孔。限位銷在彈簧壓力載荷的作用下，與轉軸滑槽底部抵緊接觸。當防護桿向上扳動到水平狀態時，限位銷將會下落到轉軸的限位孔中，此時可將防護桿鎖死在水平狀態，起防護作用。當提起限位銷手柄時，可將限位銷從轉軸上的限位孔孔中拔出，此時防護桿靠自身重力自動下落到豎直狀態。

圖4 防跌機構

3 結論

本文設計的起身站立助老椅能夠有效地輔助老年人久坐后獨自起身站立，操作方便，安全可靠，可被廣泛用于普通家庭、養老院等場所，在助老設備市場具有較大的競爭力和良好的推廣價值。同時對同類型的助老設備的結構設計與研究也具有一定的參考價值。