可移動式推臀打包坐便椅設(shè)計

沈逸恒，楊佳賓，李詩婷，周翱翔，鐘 磊，方欣怡，奚詠詩

（寧波工程學院機械工程學院，浙江 寧波 315211）

引言

在我國需要可移動便器椅的人群非常龐大，市場上的可移動座便器功能不齊全，使用不方便，處理不衛(wèi)生，這給殘疾人，老人和病人等帶來極大的不便，增加與排泄物自動打包相關(guān)的座椅產(chǎn)品，這一需求相當迫切。我們設(shè)計的這種多功能坐便椅，采用槽輪、凸輪二位一體機構(gòu)，可旋轉(zhuǎn)助封口機構(gòu)，直流電動推桿三大機構(gòu)設(shè)計，具有制造成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能穩(wěn)定等特點，真正簡化該類人群如廁、排泄物打包過程，實現(xiàn)如廁時助便[1-2]、推臀助立一系列功能，節(jié)省了大量人力以及處理排泄物的時間，對提高殘疾人和老人等人群的生活品質(zhì)具有重要的意義。

1 市場調(diào)研

1.1 市場上的坐便椅

市場上常見的坐便椅僅擁有坐便功能，沒有排泄物的自動打包封口以及調(diào)節(jié)坐姿的功能。移動馬桶坐便器輪椅，價格為200～1 000 元，而自動打包坐便椅價格在5 000 元左右[3-4]。

1.2 市場需求

據(jù)2020 年調(diào)查數(shù)據(jù)推算，全國各類殘疾人總數(shù)為8 596 萬人，殘疾人占全國總?cè)丝诘谋壤秊?.34%，肢體殘疾2 412 萬人，占殘疾人總數(shù)29.07%，而大部分下肢殘疾人都存在如廁不便的問題。

2 總體方案設(shè)計

2.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

可移動式推臀打包坐便椅（以下簡稱坐便椅）由輪椅框架、排泄物打包封口機構(gòu)和助便推臀機構(gòu)三個部分組成，如圖1 和圖2 所示。

圖1 多功能坐便椅框架圖

圖2 多功能坐便椅結(jié)構(gòu)組成

2.2 主要功能

1）采用直流電機推桿推動坐板，幫助使用者蹲式助便和調(diào)節(jié)合適坐姿；

2）采用封閉式機身，利用活性炭吸附并處理排泄物的異味；

3）在排泄物已經(jīng)入袋后，完成排泄物的自動打包封口；

4）使用者被推板推動下起身，減少使用者用力。

2.3 自動打包封口機構(gòu)

自動打包機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、單銷槽輪、槽輪撥盤、凸輪、短桿、等部件構(gòu)成。如下頁圖3 所示，裝有排泄物的塑料袋放置在與旋轉(zhuǎn)輪盤連接的小桶內(nèi)，開啟無線開關(guān)，旋轉(zhuǎn)輪盤中心軸的步進電機按照程序①旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)輪盤通過槽輪凸座與槽輪連接，槽輪與凸輪共用光軸①。旋轉(zhuǎn)每旋轉(zhuǎn)360°槽輪旋轉(zhuǎn)90°。凸輪將光軸①的扭力通過短連桿傳遞到光軸②上。此時包裝袋呈現(xiàn)帶封口狀態(tài)。為保證裝有排泄物的袋子前端穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)成細緊狀態(tài)，我們將直流電機電機旋轉(zhuǎn)程序設(shè)置為，每點亮一次開關(guān)，電機旋轉(zhuǎn)四周。

圖3 自動打包機構(gòu)圖

2.4 自動封口機構(gòu)

自動封口機構(gòu)由長連桿、封膠機、封口助推器、助推桿、鋁型材、桶等部件構(gòu)成。見圖4。

圖4 自動封口機構(gòu)爆炸圖

凸輪旋轉(zhuǎn)一周，通過短連桿將力傳遞到轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與長桿相接。長連桿上與助推器②相接，使得助推器旋轉(zhuǎn)從而將口袋封口。助推桿通過立板與助推器連接，助推桿保證了口袋順利進入封膠機口。封膠機通過兩根鋁型材與底板相接，使封膠機受力平穩(wěn)，封口過程高效[5]。

打包封口過程循環(huán)完成，長桿在完成一次封口工作之后需回到原位等待下一次封口工作的進行。固定軸與橡膠柱共心，末端通過彈簧與短連桿端部連接。凸輪與短連桿接觸后，受力減少，彈簧將短桿拉回原位，等待下一次封口工作[6]。考慮到短桿回轉(zhuǎn)時彈性過強，在短連桿外圓弧處設(shè)置有橡膠柱，設(shè)置定位，減少緩沖力。見圖5。

圖5 短連桿緩沖回轉(zhuǎn)實物圖

2.5 助便推臀助立機構(gòu)

助便推臀助力機構(gòu)由直流電機推桿、坐板、承重橫桿、連軸座①、連軸座②等部件構(gòu)成，其整體圖如圖6 所示。

圖6 助便推臀助立機構(gòu)圖

相關(guān)醫(yī)學資料顯示，人的最舒適排便姿勢是俯臥式，雙腿與水平達到15°，上身自然向前傾，如圖6 所示。為實現(xiàn)這一過程，模擬坐板以前支架為旋轉(zhuǎn)軸，從左向右看，順時針旋轉(zhuǎn)15°角，直流電機推桿反向收縮伸縮桿桿，實現(xiàn)助便功能。

考慮到使用者為老年人、殘疾人等，血壓不穩(wěn)定，多數(shù)患有心腦血管等疾病，設(shè)計了推臀助立使使用者更輕松更有效舒適地脫離坐板完成站立動作。通過實踐與計算，雙腿與水平達到30°，能使人輕松站立。為實現(xiàn)這一過程，模擬坐板以前支架為旋轉(zhuǎn)軸，從左向右看，逆時針旋轉(zhuǎn)30°，直流電機推桿正向延長伸縮桿，實現(xiàn)推臀助立功能。

考慮到承重橫桿的強度，在座椅框架和橫桿斜向處設(shè)計一桁桿支撐，并特意設(shè)計成雙三角狀，從而更有效、平穩(wěn)順利地實現(xiàn)坐板的傾斜到達助便、推臀助立功能[7]。

2.6 創(chuàng)新點

本坐便椅具有以下特色創(chuàng)新：

1）采用槽輪、凸輪二位一體相結(jié)合，自動打包封口機構(gòu)。巧妙設(shè)置有槽輪和凸輪二位共軸，使得包裝袋能夠被巧妙得旋緊和封口。巧妙設(shè)計旋轉(zhuǎn)圓盤每旋轉(zhuǎn)360°，槽輪旋轉(zhuǎn)90°的特性，槽輪帶動長連桿旋轉(zhuǎn)致使助推器推進口袋進入封口機完成一系列自動打包封口動作，見下頁圖7。相比市面上整體打包機更為靈活，巧妙地實現(xiàn)二位一體機構(gòu)旋轉(zhuǎn)完成這一過程，穿孔處均裝配有軸承，不易卡死[8-9]。凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周，完成一次封口過程，完成一周旋轉(zhuǎn)后，實現(xiàn)打包封口過程，凸輪接觸的短連桿利用彈簧回彈歸位，準備下一次封口過程，實現(xiàn)高效打包封口一系列循環(huán)過程。整個過程僅需15 s 左右，效率極高，運行平穩(wěn)，省時、省力。

圖7 槽輪機構(gòu)

2）采用坐板可傾斜設(shè)計實現(xiàn)助便、推臀助立。醫(yī)學角度設(shè)計坐板與水平設(shè)計為向下15°實現(xiàn)助便，向上30°實現(xiàn)推臀助立。利用直流電機推桿進行電控，下拉上推坐板實現(xiàn)角度變化，針對不同人群完成助便、推臀助立工作。無線控制方便使用者，更輕松更省力得完成排便系列過程。

3 前景分析

目前，市場上還未出現(xiàn)完善的能夠同時實現(xiàn)助立的自動打包坐便椅且性能穩(wěn)定、輕便裝卸。已出現(xiàn)的坐便椅大多較為笨重，當發(fā)生故障時不易維修，成本較高，市場價格也較高，對沒有較為復(fù)雜的部分，易于加工，成本低廉，批量市場空間大，市場競爭力強，控制了成本和加工難度。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)的話市場價格也不會太高，具有較為廣闊的潛在市場空間及強大的市場競爭力[10]。

4 結(jié)論

此多功能坐便椅可在多個場地使用。住院病人、老年人、中風偏癱、痔瘡術(shù)后患者、殘疾人等人群，特別是患有心腦血栓、心肌梗塞等重大疾病的老人使用的必不可少的方便工具，在日常生活中起著舉足輕重的作用。本作品具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、穩(wěn)定性好的特點，自動化控制，精準平穩(wěn)進行助便、推臀助立、自動打包封口功能，且打包過程僅需15 s 左右，節(jié)省了大量人力和時間，極大方便了使用者。

此坐便椅重量適中，制造加工容易，使用方便。若批量生產(chǎn)，單件制造成本約為600 元，批量化生產(chǎn)成本還可降低，具有良好的市場前景。