一款老人助力起身智能马桶研究

熊文凯，王 江，刘明德

（江西机电职业技术学院，江西 南昌 330013）

0 前言

人进入老年后，随着年龄增长体力下降许多简单行为也变得困难。 身边需要人护理，而由于少子化和老龄化的叠加，老人护理成为许多家庭的负担。 本研究是基于设计一款产品，解决老人在日常生活中的如厕困难[1]，让老人能如厕自理。 目前的智能马桶虽有较多功能，但对于老人而言，操作复杂并且操作按键在座垫上，距离较远对于眼神不好，行动迟缓的老人而言操作不方便[2]。 而且目前的智能马桶多为无扶手，即使有扶手也需老人用手撑起，有些老人因身体机能衰退手劲不足，起身比较困难。 为了便于老人无助如厕，设计一款助力起身智能马桶盖。 它加装在现有旧式马桶上它可以帮助老人，简单操作就可以实现清洁/烘干并助力起身站立。

1 国内产品状况

马桶从出现到现在已有上千年历史，从贵族用品走进平常百姓家，从过去的木质到瓷质，从过去人工搬运倒马桶到如今全自动感应冲洗烘干。 它也随着生活水平的提高和技术进步在不断变化。

目前，国内如厕主要有蹲坑和马桶两种形式。 家用多为马桶式，随着生活水平的提高和认识的改变，智能马桶也开始渐渐为人们接受并越来越受欢迎，由于马桶的不易坏及更换时影响生活和心情的原因。 通常在新房装修后不会再更换，智能马桶虽好但更多家庭是在现有马桶上追加智能马桶盖，但目前的智能马桶盖它主要是面向一般人群，没有帮助老人站立起身功能。 而通常加装助力起身的也仅仅是起身扶手，不能很好的帮助老人起身。 加上目前智能马桶盖因功能较多，按键较多而且界面是在坐垫上，操作对于眼神不好行动不便的老人而言使用不方便。 市场上也没有和智能马桶盖相适应的电动起身助力器来帮助老人起身，急需一款带助力起身方便老人使用功能简化的智能马桶盖[3]。

2 研究内容

助力起身机构的结构及控制。 助力起身机构的运动结构的选择。 由于人的站立起身是小腿绕脚关节转同时大腿绕关节转动的运动形式，不是简单的圆弧和直线，是一种空间曲线。 在各种运动形式中，四连杆根据各边长短可以组合成多种运动样式，具体的样式通过运动需求目标来确定它的结构形式。

2.1 设计依据

1）目前市面马桶座的高度400mm 为设计基础；2）GB 10000-1988《中国成年人体尺寸》；3）体重:75kg×（1+20%）=90kg(2015 国家卫计委公布成年男性平均体重75kg）。

2.2 运动结构

采用四连杆结构控制起身的运动轨迹，以电动缸作为顶起动力源。 图1 为一个四连杆图。 若以b 边为固定，以c边为动力边，a 边只能圆弧运动，d 边可取一不规则摇摆运动。依据椅子的结构形式，采用图2 形式来研究。为提高传动效率，直接把缸驱动d 杆。由a，c 两杆来导引其运动。a,b,c,d 四杆长度研究分析。 为使分析简化，预设b 固定且b//d。

图1 四连杆图

图2 原理图

1）若a//c, 则d 与固定其上的坐垫的移动实际是个平行上移。 这和人体运动工程不符。

2）依据人体站立的单向性，且坐垫上升过程中要求反向水平位移小，故a 边不能过长，且与水平夹角不能过大。当a

图3 产品结构形式

四连杆的驱动：电动缸因结构紧凑/可控准确性强/干净，最佳选择。 以电动缸推动智能座垫，座垫与d 杆为一体。 由a/c 两杆控制运动轨迹。

电动缸控制：上/下按钮》信号发射》信号接收》电机运转》齿轮变速》涡轮蜗杆传动》缸杆》座垫运动。

3 智能马桶盖功能简化

工作方框如图4 所示。

图4 智能马桶盖功能工作方框图

4 排水

由于是改造旧马桶，为方便老人操控，在扶手上设置冲水开关，同时保留在无电的特殊情况下可手控排水。 排水控制如下：

1）有电：按钮—》信号发射—》信号接收—》电磁阀杆运动—》排水杆。

2）无电：按电磁阀杆—》排水杆。

结构如图5 所示。

图5 排水控制结构图

5 升降设备与马桶的固定

由于旧马桶型号各异，外形尺寸不同。 为了能适应它们同时降低成本。 选用通用的不锈钢螺杆/螺母及相应的固定块，使升降设备与马桶位置固定。 为使助力智能马桶盖在高度方向能适应各型马桶高度，在底座上采用可调节杯脚。

6 智能马桶盖的供水

由于智能盖要随着升起，所以现有的智能盖的固定式水管需要更换成波纹水管以适应智能盖的移动。

通过管接头与智能马桶连接。

7 结束语

随着老龄化的深入，适用老龄人群的厨卫设备的发展将越来越快，设备的改造需求也是越来越多[4]。 只有抓住社会需求的创新才具有生命力，才能切实提高人们的生活满意度。