王清昀

(1.杭州第二中学,浙江杭州 310052;2.中国少科院,北京 100089)

遥控方便桌的设计

王清昀1,2

(1.杭州第二中学,浙江杭州 310052;2.中国少科院,北京 100089)

本遥控方便桌属机械电子类，病人不能下床搬桌，通过遥控装置方便灵活移动与升降桌子。该项目已获实用新型专利证书，专利号：ZL201220436108.1。①该桌配备红外线遥控器控制功能，感应器反应快速。病人操作简单，使用方便。②桌面电动升降，安全可靠。根据病人医治、看书和上网所需，手动或自动遥控桌子进退，左右转及桌面升降。③利用单片机根据程序使桌子有自动行进，病人只按遥控器中一个按键，桌子即自动进退转弯和停止。④轻巧牢固，节约空间，方便携带，可叠放。桌子整体重约5kg。

红外线遥控 自动进退、升降 功能设计 机械工程学

1 研究背景及意义

为解决病人既无法移动护理桌也调节不了桌面斜度高度等困难，我确定发明方便卧床病人和独居老人使用的遥控方便桌。卧床病人用遥控器指挥桌子迅速驶到床前，桌面插床上方，遥控调桌面斜度高度，方便在桌面上量血压、换药等治疗、用餐、看书、上网等，不用可遥控桌子驶离病床。

2 工作原理及性能分析

桌子外形设计线条简洁，整体呈ㄈ形。下方以两根可拆卸不锈钢管横向支撑。支撑桌面横向和纵向钢管间呈直角。不锈钢管底盘安装一对主动轮和万向轮。对不锈钢管局部切割安装四个电机，进行纵向钢管及其内外套管搭建，建立外形，加遥控接收装置，螺杆连接。桌子通过4个电机达到进退，左右转，以及桌面升降，安全可靠。

该桌主要组成：机械及电机部分，电子控制部分。

2.1 机械部分

如图2-1所示，机械主要部分见（表1）

连接关系是：两个电机装置16分别和两个主动轮1连接，两个主动轮1固定在底座2的后侧，两个万向轮15固定在底座2的前端，二根外套管4分别通过两个底座关节3与底座2转动连接，二根外套管4的底部分别设置二只升降电机5，升降电机5通过电机套6和螺杆7连接，螺杆7的另一端和内套管8螺纹连接，外套管4的顶部设置有滑套9，内套管8分别通过两个横管关节11与横管13转动连接， 两根横管13通过卡扣14和桌面板12滑动连接；底座2的一边和外套管4通过横管底座10活动连接，内套管8和其同一侧的横管13通过关节活动连接。

对于卧床的病人，可以通过遥控器的指挥，灵活而迅速地遥控驾驶桌子到病人床前，桌面板12插在病人的床上方，并且会根据病人的要求自动调节桌面板12的倾斜度或者高度，方便病人在该桌面上用餐、看书、上网等日常生活的进行。病人不需要桌子时，可以通过遥控指挥桌子驶离病床。本实用新型也适用于正常人在沙发或者床上看书学习。

2.2 电子控制及驱动部分

①本桌遥控电路采用继承芯片是PT2248(红外发射)PT2250(红外接收)。PT2249A/API2250A系列是普林思顿技术公司生产红外遥控接收器，采用互补金属半导体(CMOS)技术，可和PT2248遥控编码器组合使用，能接收红外信号输入或直接输入，并有相关或非相关循环（触发）输出方式，同时还可以提供不同的应用需要。本电路采用HP1～HP6输出，控制三个电机和正反转。按遥控器键盘（图2-2）各按钮，经过（图2-3）中PT2248编码器编码，D1发出相应红外线遥控器指令。桌子左上角红外线接收器及PT2250解码器以及电机驱动电路控制各个电机的正/反转，从而控制整个桌面倾斜度/升高，或桌子左右转/进/退。

②遥控器原理图（图2-4）当遥控器开关拨下时，通过按键盘升，降，右倾，左倾斜按钮，通过编码→红外线发射，电机驱动板中的红外线接收→解码→电机驱动电路→驱动相应的各个电机，使桌面升或降或右倾或左倾，调节桌面高度或左右倾斜度。

③红外线接收解码电路有2套，一套控制2个电机使桌子进或退或左转或右转，一套控制2个电机使桌面升或降或倾斜。每套解码电路输出信号到集成芯片，由集成芯片写入的程序，输出信号到电机驱动电路，驱动电机。

④遥控病床小车控制板单片机程序。用单片机编程，灵活对电机控制设置变更，控制桌子进或退或左转或右转，控制桌面的升或降或倾斜。

表1

3 理论设计计算

3.1 电机选用及数量

共4个电动机：①控制两个前轮的驱动（各1个电机100rpm），②控制二个套管的上升下降（各1个电机200rpm）。

3.2 电动功率的计算

总重量：塑料面板约0.75KG，桌腿和底盘约3.5KG，电池约0.25KG，总重约4.5KG。

驱动前后轮的电机功率：牵引力F=m·g·μ=4.5kg·9.8N/kg 0.5=22.05N.估计桌子前进的速度V=0.3m/s=18m/minη=0.8

塑料面板重M约为0.75kgG=m·g=0.75kg·9.8N/kg=7.35N

4 创新点及改进之处

4.1 创新点

①红外线遥控：准确率百分之百，感应快速，操作方便。②遥控手动控制桌子进退，左右转，及桌面升降，安全可靠。③单片机自动行进程序，病人按遥控器键即自动进转弯退和停止。④轻巧牢固、拆卸方便：桌面可承受各医疗器械和生活物品重力，桌面可拆卸，桌腿和桌子底部可折叠。整体重约5kg。⑤应用广泛：可作电脑桌、办公桌、学习桌、讲台、吧桌、茶几等。

4.2 有待提高之处

①如加装机械手承载物，运用单片机编程设计递送动作，体现人性化关怀。②如桌面加防滑垫，安装有三孔和两孔电插座及发散热量装置，提供上网。③如轮子能加锁以防止滑动。

5 结语

遥控方便桌是真正适合病人使用，应用于临床，给工作和生活带来许多便利，反映良好。

[1]金伯利.伊拉姆（美国）．《设计几何学》翻译：李乐山.中国水利水电出版社,2003：9～10.

[2]丁玉兰.《人机工程学》.北京理工大学出版社,2000：55～78.

This Tele-control Adjustable Table is mechanical electronic.Designed for bedridden patients,it can run and rise by a remote control device which is convenient and flexible.The project has been a utility model patent certificate. patent number： ZL201220436108.1.①It is equipped with infrared remote control functions： remote well, sensors react quickly. It can be operated easily.②It can suit many occasions such as surfing the Internet, read newspapers and so on. By using microcontroller which has been written programs, the patient can simply press a button, so that the table can automatically follow the scheduled route.③It is lightweight but strong and also easy to remove： Desktop can easily withstand a variety of medical devices and daily items. Desktop is removable. The legs can be folded.④It can be folded to save space. The table weighs about 5kg.It has wide range of applications such as computer tables, desks, study tables, podium,bar tables, coffee table and so on.

Infrared remote control Auto advance and retreat lift Functional design Mechanical Engineering

王清昀(1996—)，男，浙江杭州人,获两项发明专利，参加科技活动上百次，中学阶段全国省市级获奖56次，第八届“中国青少年科技创新奖”候选人。该发明获第13届明天小小科学家二等奖，第28届全国科技创新大赛二等奖，分获第27届省市科技创新大赛一、二等奖。

专家推荐：王清昀同学发明方便遥控桌缘于一次到医院探视他外公时获得灵感，查阅不少资料并撰写详尽的方案。我感受到作为科学工作者应具备的严谨和认真：共花近两年，修改上百次，重做四次。他有强烈好奇心和较强直觉思维能力，还具有认真严谨、吃苦耐劳的品格。

——陈为系浙江大学教授，计算机学院CAD&CG国家重点实验室研究员。