洗浴移乘轮椅床创新设计

郝鹏翔，柳杰，赵静静



洗浴移乘轮椅床创新设计

郝鹏翔，柳杰，赵静静

（北京邮电大学 世纪学院，北京 102100）

为了解决残障者和老年人洗浴、行动困难，运用人体工程学理论，设计一种洗浴移乘轮椅床装置，能实现室内移动，具备垂直升降功能，并能辅助使用者行动。分析了洗浴装置的机械结构组成及主要功能，采用矢量方程解析法对四杆升降装置进行机构设计，并对整个洗浴移乘轮椅床装置进行SolidWorks建模与渲染仿真，结果表明，该洗浴移乘轮椅床创新设计对残障者和老年人解决洗浴移乘问题具有一定的作用。

人体工程学理论；洗浴移乘轮椅床；SolidWorks；渲染仿真

1 引言

据国际劳工组织的有关报告，目前全世界的残疾人总数已经超过7亿，约占世界总人口的9.3%，并以4万多人每日的速度增加；60岁以上的老年人群约为1.5亿，其中80岁以上的高龄老人有1 500万，弱势群体人数占总人口的20%～25%.老年人由于年龄偏大，肌肉灵活性逐渐降低，行动都较为不便；同时由于自然灾害、交通事故和疾病等意外造成残障人士也在逐年增加，这一特殊群体给社会医疗、养老、服务行业带来了巨大的压力。为了给老年人和残障人士提供优越的洗浴和代步工具，帮助他们提高活动的自由度，使他们能够参加到健全人的生活中去，需要为他们配置必要的护理设备。

对于洗浴和代步辅具领域，日本处于世界领先水平，当今日本以形成成熟的产业链及针对患者的患病程度不同而设计的不同结构的系列产品。比如日本AMANO株式会社开发出来滑轨式、升降式、开门式等多款洗浴辅助器具，功能齐全，但在国内，由于发展阶段的限制，缺乏相关研究。本文提出了一种洗浴移乘轮椅床装置，可实现洗浴者无障碍入浴，并可以自由行动。

2 机构创新设计

2.1 轮椅床部分创新设计

轮椅床结构如图1所示。

轮椅床装置的设计本着为残障者和老人提供最大的方便，他们可以在不离开轮椅的情况下直接移动到床上，降低了外界对人造成危害的可能性，并且通过角度调节装置，使用者还可以根据实际情况进行角度调整以确保最好的使用舒适度。轮椅与浴缸和床的有机结合，极大程度上满足了日常生活需求。随着时代的发展，人们对产品的要求也会越来越高，所需产品类型趋向于之智能化。智能化家居在未来将会成为市场主流。

图1 轮椅床示意图

2.2 洗浴装置创新设计

洗浴装置如图2所示。

图2 洗浴装置示意图

轮椅与底架小车之间采用双层滑轨设计保证了轮椅进入浴缸的顺畅，后部有挡板用于确定进入位置的准确性，使导轨顺利对接，门锁以及边角处贴上密封条保证设备不会向外部漏水。

2.3 轮椅部分创新设计

轮椅结构如图3所示。

图3 轮椅示意图

洗浴移乘轮椅座椅的靠背可调节角度确保使用者的舒适度，设备移动可通过按钮完成，整体采用了双动力，既可电控又可手动，既节省人力又安全可靠。轮椅采用四杆升降机构，通过电推杆的伸缩，使轮椅完成升降，确保进入顺利完成浴缸。

2.4 底部小车部分创新设计

底部小车结构如图4所示。

图4 底部小车示意图

洗浴移乘轮椅与传统移乘装置不同，整个装置采取了可分离的方式，下半部分小车可单独作业，小车是可遥控的，避免使用者遇到距离远无法使用到设备。

2.5 四杆机构创新设计

四杆升降机构的结构如图5所示。机构的自由度与电动推杆的数目一样，因此机构具有确定的运动轨迹。

图5 四杆升降机构结构简图

四杆机构的升降组件也有很多中形式，上下宽度有等比例1∶1，也有不等比例的，下面将通过分析来选择合适的机构形式。为四杆升降机构建坐标系，得到机构简图数学模型，如图6所示。

图6 四杆升降机构数学模型

点坐标为（0，0）。

点坐标为：

点坐标方程为：

点坐标方程为：

点坐标方程为：

各点的运动轨迹如图7所示，其中横坐标为方向，纵坐标为方向。在等比例的情况下，升降机构中B点做沿轴的直线运动，即直上直下，可以保证运动的稳定。

2.6 整体装置SolidWorks建模与渲染仿真

完成主要结构及机构设计后，在SolidWorks进行三维建模工作，其功能强大，可以满足大部分机械设计工作所需，并且该软件具有较强的兼容性，可以通过安装不同的插件来满足如电气布线等特殊需求，在采用三维设计软件进行三维建模时首先要进行各零件尺寸的确定，通过绘制草图来确定零件在两个坐标轴上的尺寸，之后再通过拉伸切除、拔模等指令使其三维化，成为一个立体的图形，通过对设计中所有零件进行绘制，并将其按照同轴、贴合、间隙等配合方式组建成装配体，最终完成三维设计工作，得到洗浴移乘轮椅床的虚拟样机。渲染仿真是近年开始使用的一种计算机辅助绘图方式，其主要通过对三维设计软件设计完成三维模型，对其表面进行材质的仿真贴图，使其更加贴近产品在生产后的实际造型，可以帮助设计人员在设计阶段更加真实、直观地了解产品外观，不用制造样机即可对外形的颜色材质进行修改，降低研发成本，缩短研发周期。本课题采用KeyShot软件进行渲染仿真，其功能更加针对机械类产品，材质较全。整体装置渲染图如图8所示。

图7 运动轨迹图（1∶1）

图8 整体装置渲染仿真图

3 创新点设计

轮椅灵活性高采用精巧的机械结构，能够承受一定的重量，并且可以应对不同的地形。轮椅的靠背的调节是由侧面的调节旋钮控制的轮椅的机电一体化程度较高，采用双动力模式，用户可自我控制，自我调节，解放了劳动力。轮椅的设备多样，轮椅与床、轮椅与浴缸的有机结合，极大程度上满足了人们的日常生活需求。洗浴床整体采用模块化安装，零件少，安装方便，可根据使用者身高的不同订制床板，便于使用者进行拆卸清洗，保证系统的整体清洁与使用寿命。洗浴床的尺寸完全根据人机工程学设计，并根据人体洗浴时不同的洗浴姿势设计浴缸和床的尺寸，保证轮椅、浴缸和床的尺寸可以相互匹配，使移乘装置的设计更符合中国人的需求，满足更高的舒适性、安全性及高效率。随着时代的发展，产品类型趋向于之智能化。轮椅，床和浴缸的三位一体机构会成为市场主流。

4 结论

本文设计了一种应用在洗浴移乘轮椅床装置的机构，该机构保证四杆升降机构在使用时的平稳性并防止干涉发生。下一步需要进行研究的是，进一步优化洗浴移乘轮椅床的结果，添加电控模块，让轮椅床更加智能、现代化。本机构仅仅体现了我们的设计思路，仅仅是一个原型机，未来可以根据不同的场景，去更改不同的模块，从而增强本系统的适应性、延展性，可以适应不同类型的受服务人群。

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2095－6835（2019）07－0058－03

R496

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.058

郝鹏翔（1998—），主要研究方向为机械设计。柳杰（1997—），主要研究方向为机械设计。赵静静（1980—），北京邮电大学世纪学院副教授，主要研究方向为机械设计。

〔编辑：张思楠〕