一款多功能助老椅的设计及分析＊

樊绮怡，徐中青，万金华，魏 卓

（江汉大学智能制造学院，湖北 武汉430056）

本多功能助老椅属于老年人护理产品技术领域产品，主要针对独居老人洗澡、如厕、起坐时出现的问题而设计。经过调查研究发现，市面上传统的辅助老年人洗浴装置多为单一的防滑椅，仅能为老年人洗浴时提供坐下功能，并不能辅助老人洗澡、如厕等，本设计在一次性多方面解决老年人生活问题的同时，也能够极大程度上保证老年人的安全。

1 总体结构设计

本文结构设计思路为：老年人坐下时，通过座板阻尼装置对其提供支持力作用，以此减轻老年人膝盖的压力，使其能够缓慢平稳坐下。通过水平调节福马轮可顺利替代轮椅的功能。

2 理论设计分析

2.1 设计要求

一键搓澡功能：由摆动导杆机构往复运动实现，可以解决老人关节活动受限时洗澡不便利问题。

气缸缓冲座椅：气缸的缓冲力能极大地降低冲击力。

座椅的福马轮：可辅助行走同时也具有上锁功能，可防止打滑摔倒，起到了更好的保护作用。

可拆卸坐便器：能够与气缸缓冲座椅配合使用，为老年人提供更大的便利。

2.2 运动和总体尺寸计算

该装置长为480 mm、宽为380 mm、高为990 mm，其结构详解如图1所示。

图1 结构详解对照图

部件1～6为椅子本体组件，部件7为移动组件，部件8～12为曲柄导杆机构组件；电控单元13包括电源、开关及电机，部件14～17为气缸缓冲机构组件。

防水电控单元中的步进电机通过联轴器与曲柄导杆机构相连，带动导杆机构左右摆动，导杆机构上端通过搓背连杆连接带动滑块（滑块未标出）在滑槽内左右往复运动；座板底部装有阻尼装置，包括气弹簧连接座、第一气弹簧伸缩杆以及气弹簧底座；气弹簧连接座以及气弹簧底座分别设置在可调节座板以及椅子腿上；气弹簧连接座通过第一气弹簧伸缩杆与气弹簧底座相连，本设计中的座板阻尼装置还包括置于气弹簧连接座和第一气弹簧伸缩杆之间的第二气弹簧伸缩杆；气弹簧连接座通过第二气弹簧伸缩杆以及第一气弹簧伸缩杆与气弹簧底座相连。通过调节气弹簧的弹力以实现座板的角度变化，从而实现老人起坐的缓冲作用。

2.3 整体结构的受力分析

本装置主要的两个受力部分为支撑框架与座板连接处、四只椅子腿与支撑框架的连接处。四只椅子腿均等受力，取一只椅子腿进行受力分析。对支撑框架与座板的连接处、椅子腿和支撑框架的连接处进行受力分析。

已知45号钢[τ]=146 MPa，F=200 N，d=6 mm。

木材许用应力[σ]=10 MPa，F=200 N=0.2 kN，截面边长a=40 mm。

查表知，折减系数φ=0.575。

3 工作原理及性能分析

3.1 工作原理

本装置通过曲柄摇杆机构实现往复运动进而实现搓澡功能，具体如下：电源驱动电机绕电机轴向转动；电机通过曲柄以及搓背摇杆带动搓背连杆在滑槽内往复运动；搓背摇杆下端铰接在靠背底端，为摆动支点，上端与搓背连杆铆接，带动连杆在滑槽内往复运动；气弹簧底座与座位后边框通过螺钉连接，上端固定座与座板胶合固定。

3.2 性能分析

气缸：粗管长175 mm，直径27 mm；细管长120 mm，直径10 mm；扁接头中心到丝内315 mm；气弹压力为100 N。

直线导轨：HGH15CA，四方型滑块，重负荷上锁式，长400 mm，组装高度28 mm。

步进电机：电压15 V，电流3 A，输出力矩6 Nm。

4 创新点及应用前景

市面上大多助老器具功能相对单一，而本设计中座椅靠背的搓澡机构能有效解决老人关节受限的问题，缓冲座椅能减轻老人坐下时的附带冲击力，对关节有一定保护作用，座椅的福马轮能够降低老人洗澡时因滑倒而摔伤的可能，且装置成本低，占地面积较小。本设计考虑了目前老人的需求以及市场上产品的特点，可以一次性多方面帮助老人解决生活中的困难及烦恼，同时也能够极大程度上保证老年人的安全问题。

5 结语

本文对老年人生活中各方面的问题进行了综合考虑，设计出了一款多功能助老椅，相比于市面上的助老椅功能较多，操作也较为方便，一定程度上弥补了市场空缺，且结构简单、经济适用、安全可靠，能给老人生活提供极大的便利，但在实际应用过程中还需进一步改进与完善，能根据不断出现的问题进行调整以更好地适应需求。