家用自动升降靠背的研发

摘要：本项目组从社会、使用对象等方面分析了家用升降靠背的现状和发展趋势，设计了遥控自主升降的电动靠背。该靠背结构轻巧，方便家用，其中的遥控功能使操作位置不再固定，可以随身携带，十分灵便;且操作简单，降低了误操作的风险;传动机构采用螺母丝杠机构和折叠梁机构，安全可靠。随着社会的快速发展，老年辅助器材朝着智能化、多元化、系统化的趋势发展，本产品贴近生活实际，符合设计规则，具有良好的市场前景和社会效益。

关键词：自动升降靠背;家用;遥控功能;折叠梁

1.立项的背景与意义

老话说，剑老无芒，人老无刚。年纪大了，身体出现各种毛病是人之常情。在人口老龄化社会，独居老人越来越多，随之而来的老年人生病时无人护理的问题也成为许多在外漂泊的年轻人心中的隐忧。老人卧病在床，家人不在身边照顾，护理费用又是一笔沉重的经济负担，怎么办？也许一把小小的自动升降椅，就能帮助老年人起床和躺下，让他们的生活更加便利、舒适，为年轻人减轻负担，真算得上是两全其美的生活好帮手。

2.国内外研究现状和发展趋势

早在20世纪90年代，电动护理床就在医疗护理领域开始广泛使用了。日本八乐梦公司生产的电动护理床CA-29B就是其中的佼佼者。我国江苏理工大学的张宇等人，也设计出了设计的全自动多功能护理床椅，实现了将护理椅变成护理床的转化，给使用者带来更舒适的空间体验。但是现在国内市场上的护理床大都功能简单，仅能帮助使用者完成起身任務而不能完成翻身任务，而且可调节的角度是固定的，起身时不能根据人体基本状况去调，操作起来费时又费力。为了能让独居老人和需要久卧的病人都能享受到护理床带来的便利，本研究组设计了一种可以通过遥控器控制的电动升降靠背，它方便家用，安全可靠，经济实惠，具有实用、安全、便携、美观等优点，是符合当前市场需求的用心之作。

3.产品的主要功能特点

3.1遥控装置控制功能

传统靠背架以手摇式为主。而本装置采用遥控器（如图1）控制升降，行动不便的人不需要别人帮忙，也不需要亲自下床，就能调节椅背。

3.2自由拆卸功能

本产品可拆卸的独特设计，能够将升降装置拆成几个部分，既方便运输，又方便存放，能够节省家庭空间，无论是居家使用还是外出使用，都非常轻便易携带。

3.3灵活升降功能

通过遥控器，用户可根据舒适程度调节靠背的倾斜度，在卧姿和坐姿之间随意调节。传统的升降椅背可调节角度大多在90°～180°的区间内，而本设计的椅背倾斜角度可达到80°，灵活度更大。

3.4安全实用性强

本装置采用电机作为动力源、利用电机带动齿轮，齿轮带动螺杆，螺杆推动剪刀机构达到床板升降的目的，利用电机驱动摇杆机构，实现靠背高度的调整，运行平稳可靠。

4.产品的主要创新和适用范围

除了功能新颖，这种设计的适用范围还很广。

4.1使用遥控器对靠背架进行控制

目前市场上的电动靠背架，按键基本都固定在床头上方，处于使用者的是视觉盲区，使用者只能依靠过医护人员或亲属操作。为了少麻烦别人，许多人都选择长时间忍耐不舒服的姿势，这样反而对健康有害。而此种设计采用遥控触发器控制靠背起降功能，使用者可以随身携带，随时随地操作，非常方便。

4.2与床体分离设计

传统护理床升降装置和床身不能分离，消费者为了帮助行动不便的人翻身和上下床，只能把护理床整个买回家，不仅价格昂贵，还占用了大量空间。而本产品克服了传统护理床的不足，已经实现与床身分离，要用时，可以把靠背架直接放在普通的家用床上;不用时，可以取下折叠好，且不占用空间，特别适合家用。

4.3采用安全平稳的传动机构

此外，本设计的整个传动系统为电机带动齿轮系-齿轮系带动螺母丝杠机构-螺母丝杠机构带动剪刀机构实现靠背架的升降功能。通过电机带动齿轮系来实现电机扭矩的放大，能给电机降速，还能提升电机输出扭力，节约成本。齿轮输出的扭矩传递给螺母丝杠机构，可以把转动转化为直线运动，还可以使得齿轮的输出速度经过螺母丝杠变得更加平稳。由多个成熟稳定的传动机构进行组合运作，就使得整个传动变得安全可靠，用户体验效果也更好。

5.产品主要设计内容及工作原理

5.1产品总体设计原理

整体结构上，自动升降靠背主要由剪刀机构、螺杆装置、靠背侧管、靠背底管、齿轮机构、电机控制盒、电动机和电源盒构成（如图2所示）。

按动起身方向的控制按钮时，电动机会正向转动，带动齿轮系转动，齿轮系带动螺杆装置作回转运动，螺杆的转动驱动螺母在螺杆上运动，螺母带动剪刀机构升起，推动床板向上运动，实现起身辅助功能。当床板需要放下时，起动电机的反转开关，就可以实现相应的功能。起身床板运动的范围为0°～80°。

5.2硬件系统设计

硬件就像人的器官一样，支撑着身体正常功能的运行。智能升降靠背的硬件部分主要是通过单片机模块对靠背的升降进行控制，该模块主要包括发射部分和接受部分两部分组成。发射部分由，按键，编码芯片，315M调制器，功率放大电路等构成。接受部分由无线接收电路、解码芯片PT2272、和用于执行器控制的电磁铁组成，如图。其中解码芯片PT2272的D0＼D1＼D2＼D3四个引脚为按键状态输出端，当某个按键按下去后，相应的数据端口就输出高电平，在这几个端口加上一级放大就可以驱动继电器，进行负载遥控开关控制。

5.3产品外观设计

而产品的外观就像人的衣着打扮，实用性和视觉美感同等重要。因此本产品的外观设计也颇为讲究。

这款智能升降靠背的控制部分、电机和齿轮系等传动部分是通过一个专用的阻燃、绝缘的塑料罩子进行封装的，能有效的隔绝外界灰尘对电器部分和主要传动部分造成的不利影响，同时，罩子还能在使用者需要放置一些较轻的东西时，充当临时载物台。

材质上，主要结构采用了不锈钢管型材，这种材质具有防锈耐用、重量轻、成本较低方便拆卸和搬运等优势。

靠背承载部分则采用了承重能力极强的尼龙布料。其中加入的海绵能为使用者增加舒适感。该布料能够防水，在床上饮食时，不易弄脏床铺。另外，用于承重的布料是通过魔术贴固定在靠背架上，方便清洗，且能够反复使用。产品外观如图3所示。

总之，这款产品设计上合理科学，选用了传动机构电机、齿轮传动齿轮副材料、齿轮参数、螺杆传动，螺杆等装置;功能上突破了现有同类产品的局限性，实现了遥控器自动化操控，具有操作简单，使用方便，成本低安全平稳的优势。这些优点增加了该产品的适用范围，增大其家用性能，是一款为社会造福，为行动不便的患者和老人造福的经济实用型产品。

参考文献：

[1]杭州湘楚艺家家私有限公司. 能随靠背自动升降的沙发扶手芯体及由其构成沙发：CN201521006359.6[P]. 2017-02-22.

[2]洛阳理工学院. 公交车嵌入式转动折叠升降座椅：CN201711204759.1[P]. 2018-04-17.

[3]武汉格罗夫氢能汽车有限公司. 一种自动调节舒适性的驾驶员座椅系统：CN201920506135.3[P]. 2020-02-14.

基金项目

浙江工贸职业技术学院课题“家用自动升降靠背的研发”（G200204）

作者简介

刘国强（1986-），男，山东诸城人，本科，讲师，研究方向：机电一体化。