一种助老起床装置的设计探索

李玉涵，石先念，邓子辉，孙世龙，卢辰宇，吴恒

（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710000）

老年群体需要我们用心关怀，他们当中一部分人行动迟缓、肌肉乏力，儿女又不能随时在身边照顾，出现了老年人晚上需要起夜时，身体处于虚弱无力的状态，导致起身困难的情况，他们需要一款能够帮助自己生活起居的辅助设备。为了解决老年群体的烦恼，我们设计了一款床上起身辅助器以帮助他们解决起坐问题。床上起身辅助器是一个外附在床上的工具，扣在床边，可以将人从平躺位置抬起到坐姿，内部采用电机驱动蜗轮蜗杆，不用时靠背可以折叠收纳，操作简便又节省空间，且由于摆脱了床机一体化，大大降低了成本，使得产品更具性价比。

1 工作原理与结构设计

本产品目的在于提供一种家用的辅助卧床者起身的床上起身装置。本产品主要由机盘、电机驱动装置、蜗轮蜗杆传动机构、曲柄摇杆机构、可折叠支杆、可调节卡扣组成，具体结构图如图1所示。

图1 助老起床器结构图

固定卡扣分别在卡扣固定孔2、10、17与机架1通过螺栓联接，卡扣固定于家用床床沿上。电机支架3通过螺栓与机架1连接，电机4通过螺钉与电机支架3连接，使机架1、电机支架3和电机4紧密固定。联轴器5将电机4与蜗杆6联接，传递运动与转矩。蜗杆支架7和蜗杆支架9通过螺栓与机架1连接，蜗杆6通过蜗杆支架7和蜗杆支架9进行轴向固定。蜗杆6和蜗轮8啮合组成普通圆柱蜗杆传动。机架1和蜗轮8、曲柄14通过轴11轴向联接，平键12用于联接蜗轮8和曲柄14以实现周向固定。曲柄14和连杆15需安装于轴13上以进行回转运动，同理连杆15和摇杆19通过轴16联接。机架1、摇杆19和支撑架22通过轴20轴向联接，摇杆19和支撑架22通过平键21周向固定。

如图1所示，装置可进行规律性伏起运动。开关18控制电机4正转时，联轴器5带动蜗杆6顺时针转动，蜗杆6与蜗轮8啮合使蜗轮8顺时针转动。轴13、曲柄14、连杆15、轴16、摇杆19构成曲柄摇杆机构。在轴11与平键12的轴向与周向固定下，曲柄14绕轴11做0°~180°的顺时针转动，摇杆19做逆时针摆动。在轴20与平键21的作用下，支撑架做0°~80°的逆时针缓慢转动，给使用者垂直于支撑架的作用力，从而达到“扶起”老年人起床的效果。同理，开关控制电机4逆转时，蜗轮8、曲柄14、摇杆19做顺时针转动，支撑架顺时针缓慢恢复至水平，帮助老年人缓慢躺下。

2 计算部分

图2 原理示意图

由于蜗轮蜗杆传动机构具有放大作用，且蜗轮为60齿，故：

联轴器的效率：η1= 0.99;滚动轴承的效率：η2= 0.98;蜗轮蜗杆的效率：η3=0.7;工作机的效率：η4= 0.97，得出:

由于联轴器作用，电机转速n=500r/min。

最终得出T= 4.731N·m，电机功率P=240W，转速n=500rad/min。

3 使用方法

根据床沿厚度及高度调节卡扣，装置固定完成后按下开关按钮进行启动，支撑架开始匀速扶起，最大运行至80°，运动至既定角度后装置停止运动，再次按下开关按钮，进行反向圆周运动从而复位。

4 结语

该装置具有如下优势：

(1)摆脱了传统助力装置床机一体化设置，可以与大部分起居床结合使用，只需固定安装在床的一侧，方便日常起居，节约空间。

(2)操作简单，搬运方便、安装快捷，不需使用时，可将其拆卸收起。

(3)采用轻便、安全、耐用的材料，在使用及携带方面能够更加趋于人性化。而且符合环保要求，对环境没有破坏。

(4)可自动感应、自动断电，在使用过程中不浪费能源，不会因为电力供给不足而造成无法使用的现象。

(5)多方位的传感设计，为老年人提供了更贴心的服务。