常 迁，丁 颂，陈 鹏，赵 敏

(长春师范大学 工程学院，吉林 长春 130032)

0 引言

随着科技的蓬勃发展，人们的生活质量不断提高，洗浴已经是人们日常生活中不可缺少的一部分，而现有的洗浴辅助装置种类偏少，而且存在过程繁琐、功能单调、效果偏差等问题[1,2]。目前迫切需要一种能够提升背部洗浴效果、节省洗浴时间、操作简便、存储方便的洗浴辅助装置。基于此，本文设计了一款可折叠式身体清洗装置，能有效地解决人们单独洗浴时难以完整搓洗背部的问题。

1 总体设计装配方案

本文基于慧鱼模型设计了可折叠式身体清洗装置，其总体装配图如图1所示，由背部搓洗机构1、升降机构2、安装固定机构3、淋浴机构4和折叠机构5组成。背部搓洗机构1采用齿条传动和滚珠丝杠传动的方式，在程序的控制下，电机运转，齿轮减速箱在齿条上沿Y轴往复运动，带动搓洗器在Y轴上往复移动，同时丝杠开始旋转，带动搓洗器沿X轴往复运动；升降机构2在电机的运转下，支撑杆底部在齿轮啮合的作用下沿Y轴往复移动，完成对背部搓洗机构的角度调整；安装固定机构3采用齿轮齿条传动，电机运行，齿轮减速箱带动固定机构在齿条上向定位孔所在位置运动，完成对整个装置的位置固定工作；淋浴机构4通过滚珠丝杠和齿轮啮合相结合的传动方式，控制淋浴器在XOY平面内的运动，实现对清洗者身体的淋浴工作；折叠机构5在电机的控制下，两电机齿轮以X轴为中心轴旋转带动两个折叠齿轮进行以X轴为中心轴的旋转运动，通过铰链条的连接完成对装置的折叠工作。

2 结构设计

2.1 背部搓洗机构设计

背部搓洗机构如图2所示，该机构由齿条1、电机2、减速齿轮箱3、搓洗器4、丝杠5和定位开关6组成。电机2运行，减速齿轮箱3在齿条上沿Y轴方向往复移动，带动搓洗器4在Y轴上的运动；同时，丝杠5在电机运转和齿轮啮合传动下进行以X轴为中心轴线的顺、逆时针往复旋转，从而带动搓洗器4在X轴方向的往复运动；当搓洗器4触碰到定位开关6后，电机2在程序的控制下反向旋转，最终使得搓洗器4沿X轴反方向运动。

2.2 升降机构设计

升降机构如图3所示，该机构由支撑杆1、电机2、丝杠3和定位开关4组成。闭合装置开关，电机2以Y轴为中心轴逆时针运转，在程序控制下两电机转速和旋转方向均相同，两丝杠3以相同的速度以Y轴为中心轴顺时针旋转，支撑杆1底部沿Y轴正方向移动，此时背部搓洗机构的角度增大。调节到适当位置后，打开开关，机构停止运行。定位开关4实现保护作用，固定在丝杠两端，当支撑杆底部触发定位开关4闭合后，电机2反转，整个升降机构反向运行。当整个清洗装置结束工作后，电机2顺时针旋转，带动支撑杆底部沿Y轴负方向运动，背部搓洗机构角度减小，完成对背部搓洗机构的折叠收纳工作。

2.3 安装固定机构设计

安装固定机构如图4所示，该机构由超声波传感器1、定位孔2、齿条3、固定机构4、齿轮减速箱5和电机6组成。电机6运行，齿轮减速箱5和固定机构4在齿条3上向定位孔2所在方向运动，当固定机构4到达定位孔的位置时，超声波传感器1接收到停止信号，通过程序控制，电机6停止运行，完成安装固定机构的位置固定工作。

1-齿条；2-电机；3-减速齿轮箱；4-搓洗器；5-丝杠；6-定位开关

1-支撑杆；2-电机；3-丝杠；4-定位开关

1-超声波传感器；2-定位孔；3-齿条；4-固定机构；5-齿轮减速箱；6-电机

2.4 淋浴机构设计

淋浴机构如图5所示，该机构由电机1、丝杠2、淋浴器3、定位轴4和定位开关5组成。淋浴机构运行，四台电机1同时开始运行，带动四条丝杠2旋转，X轴方位的两条丝杠和Y轴方位的两条丝杠在程序的控制下分别进行同向等速旋转。Y轴方位的两条丝杠旋转推动X轴方位的定位轴沿Y轴往复移动；X轴方位的两条丝杠旋转会推动Y轴方位的定位轴沿X轴往复移动，最终实现淋浴器3在XOY平面内的自由运动，完成对清洗者身体的全自动淋浴。四个定位开关5分别固定在两条丝杠的两端，当丝杠螺母触碰到定位开关使其闭合后，电机反转，带动各定位轴反向运动。

2.5 折叠机构设计

折叠机构如图6所示，该机构由铰链条1、电机齿轮2和5、折叠齿轮3和6以及连接板4组成。折叠机构展开工作时，电机齿轮2绕X轴做顺时针旋转，带动折叠齿轮3和铰链条1的上合页绕X轴逆时针旋转90°，完成对装置清洗区域的展开工作；电机齿轮5绕X轴做逆时针旋转，带动折叠齿轮6和铰链条的下合页绕X轴顺时针旋转90°，完成对装置座椅区域的展开工作。当两电机齿轮分别做各自的反向旋转时，即可进行装置收纳工作。折叠机构节省了可折叠式身体清洗装置的利用空间。折叠效果图如图7所示。

1-电机；2-丝杠；3-淋浴器；4-定位轴；5-定位开关

1-铰链条；2，5-电机齿轮；3，6-折叠齿轮；4-连接板

图7 折叠效果图

3 程序设计

3.1 升降机构程序设计

升降机构程序流程如图8所示。程序开始，即判断启动开关I1的闭合状态。当清洗者坐在座椅靠背上时闭合开关I1，电动机M1正转，带动齿轮和丝杠旋转，支撑杆底部沿Y轴正方向移动，背部搓洗机构角度增加，运动过程中判断定位开关I3的状态，当支撑杆底部触碰到I3使I3闭合，则电机M1停转2 s，之后开始反向旋转，带动支撑杆底部沿Y轴负方向移动，背部搓洗机构角度减小，保证整个装置的安全运转。此时判断定位开关I4和停止开关I5的状态，当清洗者认为背部搓洗机构角度合适，闭合开关I5，则电机M1停转，程序结束；若I5始终未闭合，则升降机构继续运行，当支撑杆底部触碰到I4使I4闭合，则M1停转，2 s后开始正转，背部搓洗机构角度增加，程序循环运行，直到开关I5闭合，程序结束。

图8 升降机构程序流程

3.2 淋浴机构程序设计

淋浴机构程序流程如图9所示。当清洗者想要淋浴时，按下总启动开关I1，Y轴方位的电机M1和M2正转1 s后停转，此时淋浴器沿Y轴负方向移动一定距离后停止。随后判断X轴电机停转开关I2的状态，当I2没有闭合时，X轴上的电机M3和M4开始正转，带动淋浴器沿X轴正方向移动。此时，判断定位开关I3的状态，当丝杠螺母触碰到I3使其闭合时，M3和M4停转2 s后反转，使淋浴器沿X轴负方向移动，再判断定位开关I4的状态，当I4闭合后，M3和M4停转2 s后又回到正转，淋浴器沿X轴正向移动，程序循环运行，实现淋浴器在X轴上的往复移动。当清洗者认为淋浴充分时，按下开关I2，X轴电机停转，此时判断定位开关I5状态，当I5未闭合，即淋浴器未到Y轴负方向末端位置时，控制M1和M2运动的程序循环进行。最终，当开关I5闭合时，M1和M2停转，2 s后开始反转，淋浴器沿Y轴正方向开始移动。当丝杠螺母触碰到定位开关I6时，M1和M2停转，淋浴器定位到Y轴最初的位置。此时程序判断开关I1的状态，若清洗者想要再次淋浴，按下开关I1，淋浴程序循环运行。

图9 淋浴机构程序流程

4 结语

本文设计的可折叠式身体清洗装置能够很好地解决人们在单独洗澡时难以完整搓洗背部的问题，折叠式的机构可大大减少装置的存储空间，方便收纳；整个清洗过程自动进行，提高了清洗效率，节省了清洗时间，解决了用户日常的清洗问题，加快了生活节奏，提高了生活品质。