王 望，平学文，李仔成

(山西机电职业技术学院，山西 长治 046011)

0 引言

2021年5月第七次人口普查数据显示，我国60岁及以上人口为2.6亿，占比18.70%，与2010年相比，比重上升5.44%。其中，65岁及以上人口为1.9亿人，占比13.50%。全国31个省份中，有16个省份65岁及以上人口超过了500万，有6个省份的老年人口超过了1 000万。晚年生活中，老年人的自我照料以及行动等方面的能力都有了较大幅度的降低，老年人普遍存在不希望成为别人负担的心理，尤其害怕因为失能、失智而失去尊严。人口老龄化已经成为我国社会发展的重要趋势，也是今后较长一段时期我国的基本国情。

《国家积极应对人口老龄化中长期规划》中提出：加强老年辅助器材及产品研发创新，优先发展老年人护理照料、生活辅助、功能代偿增进等老年辅助科技产品；优化老年辅助产品设计，提高实用性，为老年人功能退化缺损提供智能科技代偿，辅助、替代人力照护。

然而，现有的一些家用助老装置存在占用空间大、移动不方便、需要改造或更换床体、实用性不强等突出问题。针对上述问题，研究设计一种结构简单、实用性强、工作可靠，可辅助老年人完成部分日常起居功能的助老装置，对于应对我国人口老龄化具有十分重要的现实意义。为此，本文设计了一种家用多功能助老装置。

1 家用多功能助老装置主要结构设计

家用多功能助老装置的整体结构如图1所示。该装置主要由位姿变形部分、升降部分和移动模块三部分组成，可实现位姿变形、高度调节和多方位移动等功能。

图1 家用多功能助老装置整体结构

1.1 位姿变形部分设计

市面上一些具有起背功能的同类产品，大都是依靠安装在背板后部框架上电动推杆的伸缩移动来完成起背动作的，属于外部支撑式结构，其特点是支撑力大，机构外露，占用背板后部较大空间，适用于固定安放在床面上，不适用于经常移动的场所。

该装置的位姿变形部分主要用来实现躺位与坐位的连续变形以及起背功能，该部分主要包括背板、座板、脚板以及座板下部的连杆机构，如图2所示。

图2 位姿变形部分

为了保证背板的起伏运动与剪叉式升降机构不发生运动干涉，背板轮廓形状设计为阶梯形状。根据使用要求，位姿变形部分主体是一个由背板、座板和脚板组成的三板铰接式结构。该部分的连杆机构包括长、短两个连杆，长连杆的一端与脚板铰接，另一端与电动推杆末端铰接；短连杆的一端与背板底部铰接，另一端同样铰接在电动推杆末端。由于板与板之间通过转动副连接，在连杆机构的驱动下，背板与座板以及座板与脚板之间均可产生相对转动。这样背板和脚板就各自形成一个杠杆，隐藏于座板的底部，在电动推杆的驱动下，背板就会围绕与座板铰接的转动副产生杠杆运动，进而实现起背功能，同时，脚板配合背板动作起伏，共同完成躺位与坐位的连续变形功能。该装置的位姿变形部分本质上属于杠杆机构，该机构隐藏于座板下部，节省了背板后部的空间，便于移动，美观大方。

1.2 升降部分设计

该装置的升降部分采用双列剪叉式连杆机构，设置在座板下部，用于调节装置板面高度，以保证装置座板能与不同高度的床面贴合。升降部分结构如图3所示。

图3 升降部分结构示意图

为了保证座板的平稳升降，升降部分采用双列八点式剪叉连杆机构，即由两根固连在一起的内支杆与两根固连在一起的外支杆组成，并在内、外支杆中点进行铰接。四根支杆的顶端和底部分别可以在座板下部和底框的滑槽内进行移动。在升降电动推杆的驱动下，内支杆与外支杆在铰接处产生相对转动，进而实现高度升降。剪叉式连杆机构具有结构简单、承载力强、制造简单等特点，在机械升降设备中应用广泛。

1.3 移动模块设计

移动模块可以实现装置的位置移动，能够帮助老年人在不同房间之间挪动。该模块主要包括底板、麦克纳姆轮、减速电机、锂电源和控制模块等元器件，如图4所示。由于选用了麦克纳姆轮，装置可实现前、后、左、右和对角线等方向移动，适合在狭小的家用空间里灵活操作。

图4 移动模块结构示意图

2 试验与结果

为了更好地检验装置的动作性能，按照装置整体设计方案制作实物样机，在平地上进行试验，现场布置如图5所示。先后操纵演示升降、位姿变形和移动等动作，观察装置动作的平稳性，并记录装置完成相应动作的时间。试验数据如表1所示。

图5 样机试验

表1 试验数据记录

试验表明，该装置在居家环境下工作，动作灵活，工作可靠，基本达到了预期设计指标：该装置可实现在47.3 cm～62.3 cm范围内高度的任意调节，能适应绝大多数家用床面高度;该装置位姿从躺位到坐位的变形平均时间为9.97 s，从坐位到躺位的变形平均时间为10.40 s，起背力矩大，变形平稳；该装置高度上升的平均时间为5.24 s，高度下降的平均时间为2.38 s，动作迅速，升降平稳；该装置在平地上前进/后退速度为0.15 m/s，左移/右移速度为0.07 m/s，速度适中。这些试验数据将为后期装置的进一步改进和优化提供数据支撑。

3 结语

本文在对比分析部分家用助老装置结构和功能的基础上，设计了一种能够帮助老年人完成躺卧、升降以及代步移动的机械装置。研究了一种可实现大力矩起背、躺位与坐位能够双向连续变形的隐藏式杠杆机构；选用双列剪叉式机构，保证装置整体平稳升降；选用麦克纳姆轮，可实现装置多方位移动；通过制作装置样机，测试数据，检验了装置的工作性能，为下一步的改进和优化设计奠定了基础。