一種輔助老年人如廁裝置＊

丁 雅，段博峰，王明波，戴俊平，張 肖

（陜西理工大學，陜西 漢中 723003）

隨著中國社會老齡化現象日益加重，其所占中國總人口數量比例也越來越大[1]。老年人的生理機能不斷衰減，其關節靈活性與動作協調性不斷下降，導致腿腳不便、行動困難、反應遲鈍等問題[2]，尤其在日常如廁時需要完成“曲腿蹲坐—起身站立”過程，肢體主要發力和支撐部位執行動作遲緩、麻木，導致摔倒發生意外[3]。研制開發一種輔助老年人如廁裝置，為老年人如廁動作提供支撐和助力，可防止如廁時產生眩暈、缺力、失穩而導致意外傷害，實現如廁期間無需安排專人陪護，減輕家庭經濟負擔。

1 裝置整體設計思路概述

本裝置對曲腿蹲坐和起身站立兩個動作提供助力和支撐，其主要組成包括基礎架、升降機構、助力機構、折疊機構、收放型扶手等，如圖1所示。本裝置懸空安裝于衛生間馬桶后方墻壁上，具有自動展開和折疊收攏特點。使用者扶靠于此裝置，相關機構以正常人肢體生理特點和運動軌跡完成由站立到蹲坐于馬桶墊圈上過程，或者由蹲坐于馬桶上到起身站立過程。整個輔助過程不改變正常如廁動作，人機交互友好，不影響其他人正常使用該馬桶。

圖1 裝置整體設計圖

2 裝置主要組成部件設計

2.1 基礎架

基礎架外形特征如“回”字型，外部是與衛生間墻壁連接的大框架，框架上留有安裝孔，用膨脹螺栓使基礎架與墻壁連接，內部為小框架結構，小框架上用于安裝提供主動力的電機和升降機構，如圖2所示?；A架兩側還裝有輕型直線導軌，對升降機構的運動進行自由度約束，使其只能沿著導軌在豎直方向做直線運動。

圖2 基礎架實物圖

2.2 升降機構

升降機構沿基礎架中心豎線安裝，其為絲桿螺母結構，主要包括聯軸器、軸承座、軸承、絲桿、螺母，如圖3所示。絲桿兩端安裝軸承及其軸承座，確保絲桿做旋轉運動，絲桿上端通過聯軸器與電機連接。絲桿上套有螺母，螺母連接折疊機構。電機旋轉帶動絲桿旋轉，螺母在基礎架兩側輕型導軌約束下上下移動，從而實現折疊機構的升降運動。

圖3 升降機構示意圖

2.3 助力機構

助力機構為本裝置的核心和主要創新點，其結構為平面四桿機構，主要組成包括座板、工字梁、小電動推桿、搖桿、連桿等。座板和工字梁通過兩個連桿連接組成雙搖桿機構，如圖4所示。小電動推桿伸縮可控制搖桿擺動，搖桿帶動連桿擺動，最后推動座板擺動，對下蹲和起身動作中臀部和大腿提供助力和支撐作用。

圖4 助力機構和折疊機構示意圖

助力機構結構設計應滿足四桿機構桿長條件，連桿為最短桿，工字梁為機架，也為最長桿。參考馬桶蓋尺寸確定座板長度，初設座板最大擺動角度為45°，小電動推桿尺寸為固定參數，最后推算出搖桿、連桿和機架長度以及各鉸接點具體位置，如圖5和表1所示。為防止電動推桿與搖桿出現卡死現象，應使兩者鉸接點不低于兩者分別機架鉸接點，即存在偏距e。

圖5 助力機構運動簡圖

表1 主要桿件尺寸

2.4 折疊機構

折疊機構主要為1對L形桿件、橫梁和2個大電動推桿等組成L梁架。L梁架底端與工字梁后端鉸接，大電動推桿兩端分別鉸接兩者組成1個三角形，當大電動推桿伸長或收縮時，工字梁帶動助力機構向L梁架遠離或靠攏。使用本裝置時大電動推桿伸長展開助力機構，大電動推桿收縮收攏助力機構。

2.5 收放型扶手

收放型扶手包括短桿、開有矩形槽的長桿、支撐桿和按式折疊按鈕、長板、報警按鈕等，如圖6所示。短桿固定于基礎架，短桿與長桿鉸接。支撐桿可在長桿中的矩形槽內滑動。按壓支撐桿上端按式折疊按鈕可使扶手展開放平或折疊收攏。

圖6 收放型扶手結構示意圖

3 裝置使用說明

本裝置不使用時，助力機構處于折疊狀態，升降機構在馬桶正上方最高位置，收放型扶手為豎直狀態。使用前，先將收放型扶手放至為水平狀態，啟動電機使升降機構緩慢下降至略低于人體臀部位置，然后控制大電動推桿伸長放下工字梁，接著控制小電動推桿伸長使座板呈傾斜狀態，使用者松開衣褲，臀部依靠在座板上，雙手緊握扶手，繼續控制小電動推桿使座板下降到馬桶上表面位置并呈水平狀態，此時完成了使用者曲腿蹲坐在馬桶上的全部動作迎候輔助過程。使用者排便結束后，逆向操作以上步驟，即座板上升并傾斜→整理衣褲→座板收為水平狀態→助力機構折疊→升降機構上升至最高位置→收回扶手，此過程將對使用者起身站立過程給予助力和支撐作用。

4 結語

本文說明了本裝置主要組成部分的設計過程和要求以及使用過程。本裝置可實現對老年人如廁時的曲腿蹲坐—起身站立過程進行助力和支撐，有效緩解了因骨骼體質退化帶來肢體乏力而難以獨立完成如廁過程的問題，也保護了老年人個人隱私，減輕了護理勞動強度和經濟負擔。本裝置還可適用于行動不便的殘疾人、孕婦、康復病人等人群。