一种洗澡辅助装置的设计

王子涵

摘 要：现有的洗澡辅助机械装置大多价格昂贵，受场地限制，很难出现在独居、卧床的老人及残障人士的生活中。为此，我们设计了这款洗澡辅助装置，创新采用回水装置及三自由度机械装置，采用红外测距，识别人体模型，适用范围广，价格较低，对于病房卧床病人、自理能力较差的老年人具有较大意义。

关键词：洗浴产品；红外测距；节水装置

随着经济的发展，社会对老年人、行动障碍者的关注度逐渐提高，老年市场广阔。勤洗澡本是个人卫生的基本要求，但对于老年人、行动障碍者来说，人体机能老化、关节僵硬、灵活性差等问题使得他们在洗澡时面临很大的困难。采用普通的淋浴方式在洗澡过程中需要较多人力资源，且场地受限，不能满足此类人士便捷清洁身体的卫生需求。

一、产品总体设计

综合考虑了老年人和卧床人士洗澡时通常遇到的问题，本文研发了一种洗澡辅助装置。对老年人和卧床人士来说，这是一种全新的洗澡方式，水的喷出及再回收使得洗澡不再受到场地的限制，并且减少了沐浴用水，环保可靠，减少了由于电机防水导致的一系列问题。机器识别及机械臂运动解放了人工，让随时随地洗澡成为了可能。且相比较市场上现有的大型洗澡机，我们的设计具有成本较低，机械装置较小，可自由移动，适用范围更广泛的特点。

产品包括底座运动装置、刷头控制装置、出水头和吸水刷头四个部分组成。控制装置有红外测距装置、语音控制和微信小程序；运动装置为全向底盘，可实现三维空间任意移动。此外，本装置创新采用了回收水刷头、多适应性步进电机支架、能够识别具体身体部位的红外测距装置，以及无机械臂三自由度运动底盘。

二、主要组成部分

1.回水装置

关于吸水部分，采用回收水的装置不仅可以使产品使用环境更加广泛，方便卧床人士洗澡，更回避了电机防水问题，极大降低了产品成本并简化了设计的复杂度。

对于回收水的刷头部分，我们采用了略大于沐浴喷头直径的环形壳状半开放结构，中间放置亲肤海绵，固定在沐浴喷头下方，直接与人体皮肤接触，既保证了完全吸回喷头出水，又保证充分清洁人体。

铺设进水吸水的管道时，由于进水管道需要接水箱，吸水管道又需要接电机负压装置以及回收水水箱，同时又要保证出水吸水同时进行。所以我们做了以下改进：将两管道进行拆分成为两个管道并行，一上一下，将大吸力的回收水管道放置于出水管道下方，連接刷头直接清洁人体，这种结构易加工，密封性好，具有可加工性。

2.刷头控制装置

对于刷头控制装置部分，我们创新型的采用了刷头只有一个自由度（垂直上下运动），而依靠底座的前后左右运动，刷头共计可实现三个自由度的方式。这样做就可以避免使用复杂的机械臂，降低成本，回避了机械臂准确度不高的缺点。刷头的垂直运动由连杆上的步进电机控制。两个传感器的设计距离略小于脖子到肩膀的投影距离。

3.红外测距装置

由于超声波受到介质的温度及湿度影响较大，所以我们在两个连杆上安装了两组红外测距装置，检测刷头到人体皮肤的距离从而决定机器的前后移动。水平放置时传感器的发射端与接受端存在一定距离，在测量拐角处时带来很大的测量误差，所以两红外测距传感竖直放置。当两传感器都小于设定的舒适距离时，进行人体遍历，而只有一端传感器距离小于该距离时，进行旋转，清洁人体侧面。而在侧面时有两种情况：在背部侧面或脖子侧面，如果向下运动时检测到两传感器到人体距离仍小于舒适距离，则为脖子的侧面。

4.装置底盘

底座为圆盘型，共有三组轮子，呈120°分布在圆周上，由联轴器连接。利用矢量合成平行四边形法则，分速度的矢量合成为合速度，一组轮子不动，另外两组轮子配合运动，产生分速度，做前后运动，而在做左右运动时，三组轮子产生三个分速度合成，协调配合进行移动。而轮子的运动又由底座上的三个电机控制，三个电机由于生产时无法避免的各种误差，可能造成输入同样电压而电机运行状态不同，所以使用三个编码器同时分别测量三个电机转圈，实现闭环控制，提高机器精确程度。

5.控制界面

语音控制，鉴于老人或残疾人群体的实际情况，设计了语音控制功能，实现了简单的运行、停止，以及刷头的简单控制，方便用户使用。使用微信小程序收集用户体征数据及装置运行数据，传输至服务器并通过微信小程序实现远程监护。

总结语

本设计是针对常用洗澡辅助机械装置的改进与创新，能在不改变现有家庭卫生间结构的情况下，帮助老人、行动障碍者能安全、舒适地洗澡。这款洗澡辅助机械装置，创新采用回水装置及三自由度机械装置，采用红外测距，识别人体模型，适用范围广，价格较低，对于病房卧床病人、自理能力较差的老年人具有较大意义。

参考文献：

[1] 刘丽萍.基于通用设计理念的老年人洗浴产品设计与研究[D].青岛大学，2018.

[2] 白卫勤.基于互联网思维下老年人生活方式与服务需求研究[D].齐齐哈尔大学，2016.

[3] 聂茜.我国城市老年卫浴设施的基础设计研究[D].江南大学，2004.