一款智能身體清潔系統的研制*

陳 鵬，蔣東霖，孫立巍

（長春師范大學工程學院，吉林 長春 130032）

近年來，人們的生活進入了便捷、舒適、精確、快速為標志的智能時代，智能時代的到來是由于互聯網的大躍進——大數據，大數據是將人們的數據集合起來進行分析得出一定的結論或預測被預測人的一些行為特征和習慣。據統計，在中國有43%左右的人使用智能家居，也有許多人憧憬著智能化時代的到來，智能家居在市場中占了一大部分。加之工作節奏快，下班后也感覺到身體疲憊，智能家居可以省時又省力。在一些快節奏城市如北京、深圳、上海等，可以節省許多時間去做其他事情或者有更多時間去休息[1]。智能身體清洗系統是一款半自動化的智能家居，在人們應付繁忙工作的同時，既可以滿足人們對于生活快節奏的適應，又滿足于市場的需求。

1 設計部件的方案

這次設計的智能身體清潔系統共分為背部清洗、腿部清洗兩部分。

1.1 背部清洗

如圖1所示，這是背部清洗的慧魚裝配圖，其由X軸定位系統與Y軸定位系統共同組成，X軸定位系統是由電機帶動齒輪傳動，在頂端有壓力開關感應裝置。每當電機碰到開關時，電機反向轉動，將X軸定位裝置反向帶動，使其不大幅度地偏移預定的位置，更加精確地找到目標。Y軸定位裝置是由蝸桿蝸輪傳動帶動其移動，Y軸定位裝置的開關是在X軸定位裝置上的，當Y軸定位確定后，X軸上的開關閉合，讓清洗裝置精準地落在需要清洗的地方。在工作中，背部清洗裝置采用面內兩點定位法，可以精確地找到身體上平常都很難清洗到的盲區，面對不同的人群，在扶手上設置了微調開關，可以人工進行清洗裝置的調動，在系統中與淋浴裝置配合然后進行清洗。背部清洗在座椅的后方加入了蝸輪蝸桿升降背椅，在座椅程序中預設置了三四個適合不同人群的高度檔位，讓不同的使用者在使用的時候更加享受清洗的舒適感[2]。

圖1 背部清洗

1.2 腿部清洗

如圖2所示，這是小腿的清洗系統由三個履帶組成，三個履帶有兩個側帶以及一個主帶，形成一個凹槽狀，方便使用者減少其腿部受力，讓他在清洗的過程中也能處于放松的狀態。小腿清洗開始時，使用者需要將腿放進履帶的凹槽中，三個履帶同時工作運行，進行小腿清洗，采用履帶式清洗法在清洗時通過摩擦的形式進行清洗，因為履帶的接觸面積較為廣泛，所以清洗效果較為良好。在清洗過程中，腿部安裝了氣泵調節裝置，當電機開啟時氣泵開始充氣，開關打開或關閉可以讓氣泵充氣或吸氣，氣泵的充氣可以將小腿裝置抬起不同的高度，使用者可以根據自身小腿的高度調節裝置的高度。因為考慮到收納的問題，在小腿清洗系統的最上方放置一個齒輪傳動機構，如圖2所示，在整個系統循環結束后，小腿清洗頂部的旋轉會讓它帶動整個小腿清洗系統收納進椅子底部，減少收納時的空間占比。

圖2 腿部清洗

2 總設計方案

如圖3所示是本課題設計的智能身體清洗系統，它包括四個裝置，分別為背部清洗裝置、升降裝置、腿部清洗裝置、淋浴裝置。

圖3 總裝配圖

當使用者坐在椅子上時，座椅上面的壓力感應器進行感應，程序開始運行，淋浴噴頭出水（在扶手的右側有可以調節水的大小和清潔裝置的開關），而后升降裝置升降調節根據使用者的身高調節到合適的位置然后進行固定（如果感受高度不適合可在開關處進行微調），接著背部清洗系統開始運行，背部清洗先進行平面兩點定位，在Y方向上先進行定位，將清洗裝置抬至一個合適的高度后，在X方向上再進行移動，隨后淋浴裝置出水，背部清洗裝置配合淋浴裝置進行清洗。腿部也裝有壓力感應器，感應小腿的重量，隨后將小腿通過氣泵裝置進行一個角度性的抬升，抬升到一個合適的位置后，腿部清洗裝置的三個履帶式凹槽進行清洗，在整個腿部清洗的中部以及頂部設置了氣泵裝置和旋轉裝置，讓腿部受力完全承受在腿部清洗裝置上面，旋轉裝置是讓凹槽圍繞小腿進行轉動，讓腿部進行360°的清洗，履帶式清洗系統可以采用摩擦的方法將污泥從身體帶出，在程序運行結束后，腿部清洗裝置可以依靠旋轉裝置進行自動收納到椅子的下方，減少空間占比[3]。

3 設計程序

總控制程序進行循環，按下開關進行循環的進入和跳出（結束），圖4為子程序1，其功能為背部清洗力度的調控，子程序1控制的是X軸上電機4的轉動（也就是背部清洗的上下運動），在電機4找到其準心位子時，電機1開始轉動（控制背部清洗Y軸移動）進行精準定位。圖5是子程序2控制腿部清洗的裝置，根據數次實驗得出不同的清洗頻率，得出不同的時間，從而控制相同的程序對不同人而有不同的功效。將開關打開進入循環，M2電機是腿部控制履帶清洗的電機，當使用者將腿放到清洗裝置上時，可以根據使用者的感受去調節電流大小，也就是小腿清洗的速度，清洗開始，小腿清洗裝置根據調試好的速度進行清洗，清洗裝置通過旋轉裝置進行360°的旋轉包裹住小腿，后再進行清洗[4]。

圖4 背部清洗（子程序1）

圖5 腿部清洗（子程序2）

4 結語

在大數據與云計算的促進下，人們身邊的物品都在朝著智能化發展。現在已經陸續出現智能廚房，臥室的智能化時代產物。隨著時代的發展，人們的生活的節奏也越來越快。智能身體清潔系統可以快捷、安全、舒適、智能地完成清洗的這個環節，開發新時代的自動清洗身上污漬裝置可以高效地洗澡，更好地節省時間，帶給人們一種享受的洗澡體驗，提升人們的生活質量，真正地體會到智能家居帶給大家舒適的智慧生活，對提高人們生活質量有著很大意義。