徐嘉敏 路风 郭国谊

摘  要：在智能家具业快速发展之际，采用机电结合的方式，设计了一款异于传统鞋柜的不弯腰智能助老鞋柜。该鞋柜在保留传统鞋柜优点的前提下，增加了不弯腰存取鞋主功能，意在帮助老年人群解放腰部;添加了自动照明功能，意在解决鞋柜内部不可视问题;增加了臭氧消毒功能，意在消除鞋柜内部易滋生细菌的隐患;添加了换气烘干功能，意在改善鞋柜内部异味情况。

关键词：不弯腰存取鞋;鞋柜;助老;多功能

中图分类号：TS665.2 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）18-0165-04

Abstract： With the rapid development of intelligent furniture industry， a non bending intelligent help the aged shoe cabinet， which is different from the traditional shoe cabinet， is designed by means of electromechanical combination. On the premise of retaining the advantages of the traditional shoe cabinet， the main function of accessing shoes without bending down is added in the shoe cabinet， which is intended to help the aged liberate their waist; the automatic lighting function is added to solve the problem of invisible inside of the shoe cabinet; the ozone disinfection function is added to eliminate the hidden danger of easy breeding of bacteria in the shoe cabinet; the ventilation and drying function is added to improve the peculiar smell inside the shoe cabinet.

Keywords： access shoes without bending down; shoe cabinet; help the aged; multi-functional

0  引  言

根據国家统计局2019年发布的数据，我国65周岁老年人口数为16 658万人，占总人口的11.9%，且老年人口逐年上升，各种各样的人口老龄化问题随之而来。特别是老人的身体老化问题，老人因年纪大而造成的腰椎间盘突出，腰椎增生，腰肌劳损，骨质疏松让他们弯腰存取鞋都变得十分困难，但市面上流通的传统鞋柜无法解决此问题，针对老人难弯腰存取鞋的痛点，我们设计了一款可以不弯腰存取鞋的鞋柜。为完善鞋柜功能，更好的服务消费者，团队成员分散在多地进行调研，记录下老人们对鞋柜的其他要求。调研结束后，整合分类所记录的数据后，发现还有其他亟待解决的问题，如鞋柜内部灯光昏暗、鞋柜空间利用率低、鞋子长时间存放在鞋柜中会产生异味、外出遇见下雨天时鞋子湿了直接放在鞋柜中会发霉等。在了解清楚现代老人们的所有需求后，我们进行了该不弯腰智能助老鞋柜的设计，鞋柜主要是解决老人及行动不便人群难弯腰存取鞋问题，让用户直接进行简单的操作步骤就能完成存取鞋动作，无需弯腰低头拿鞋与找鞋。为产品可以更好地在市面上推广，需要提升此装置的多功能性与实用性，因此加入了自动照明、杀菌消毒、换气烘干等元素，一并解决用户所提出的其他附加需求。

1  鞋柜结构设计

1.1  产品结构设计要求与部分主体尺寸的确定

为了符合市场统一规划的标准，方便消费者的选择，此鞋柜的尺寸尽量参考传统鞋柜，在保证内部机构可以正常运行的前提下，大小与传统鞋柜一致。此鞋柜为单排的，整体尺寸为900×1 000×1 200 mm。

由于鞋柜要实现不弯腰存取鞋的功能，因而要求任何鞋盒中的鞋子都可以旋转到鞋柜下端进行存取，所以此处应该设计一个传动机构实现此功能。考虑到鞋柜在室内使用，不宜发出过大的噪音，且需要较低的转速平稳工作制造与安装精度底、更换简单方便、可传动较大的轴间距离且传动效率高才可满足消费者的使用要求，故采用链传动。

鞋柜的主体部分由一根主轴，6个鞋盒，传动装置等组成的，考虑到我们鞋柜主要受众的特征，采用简单的单排旋转结构与易于操作的传统手摇和电机驱动结合的方式。制作本鞋柜的材料应该具有较好的刚性，安全性，耐磨性，耐腐蚀性，此外，还需要在保证鞋柜所有功能正常运行的情况下，保证产品的使用寿命。故主体框架选择铝合金6070，柜体及鞋盒部分采用E1级人造板及人造贴皮材料，连接原件采用五金件。

鞋盒尺寸的确定：经观察总结可知，正常成年人鞋子的长度范围为220 mm至280 mm，鞋宽范围为70 mm至100 mm。为选取合适的鞋盒高，我们测量了大量不同鞋码鞋子的高度，整合所掌握的数据后发现，除特殊的鞋子外（如高跟鞋，增高鞋等），大多数鞋子的高度在110 mm。为提高空间利用率，我们一个鞋盒需要存放两双鞋，所以鞋盒的尺寸为400×300×120 mm。

鞋柜主体旋转部分尺寸：综合鞋柜的整体尺寸与鞋盒尺寸，我们旋转部分主体尺寸为500×800×700 mm。

摇杆高度尺寸设计：摇杆中心与地面的直线距离为0.9米，一方面符合我国老人的平均身高，另一方面也符合鞋柜的高度要求。

1.2  鞋柜总体设计

如图1所示，根据上述结构设计要求，鞋柜主体部分位于鞋柜中间，可以使空间的利用率达到最大;摇杆在鞋柜右侧，符合普通人的生活习惯;节能灯位于鞋柜上方，方便全方位照射鞋柜内部;换气烘干扇位于鞋柜左侧，便于空气对流;紫外线灯位于鞋柜上方，可以让鞋子更好的接受紫外线的照射，使细菌被完全消除。

2  鞋柜的功能介绍

2.1  鞋柜不弯腰存取鞋功能

将存放鞋子的隔层简化为小鞋盒，主轴上连接6个等大的小鞋盒，利用主轴旋转带动鞋盒转动，主轴与摇杆之间存在一个链传动，主轴上连接大链轮，大链轮为从动轮，摇杆上连接小链轮，小链轮为主动轮。当摇杆转动时，主动轮旋转，主动轮旋转带动从动轮旋转，且从动轮与主轴连接，因而实现主轴的旋转，如图2所示。考虑到鞋柜在实际应用时可能会遇见断电情况，故采用电机供能与手摇供能两种方案，如为手摇功能，则主动轮的动力来源于老人，由老人控制，老人在存鞋时，只需要转动摇杆，待空鞋盒转到老人脚边，停止手摇摇杆，直接将鞋子脱在鞋盒上，完成不弯腰存鞋动作。老人在取鞋时，只需要用手转动摇杆，待装有想穿鞋子的鞋盒转到下面，停止手摇摇杆，直接穿鞋，完成不弯腰取鞋动作。这样既能实现鞋柜即用即停功能，又能给予老人反应时间。如为电机供能，则动力来源于电机的转动，通电后，按下开关1，电机正转，鞋盒向下运动，待转动至最下方时，将脱下的鞋子直接放入鞋盒中，再按下开关2，电机反转，鞋盒向上运动，即完成不弯腰存鞋动作;取鞋时的动作与存鞋时相同，此处便不再叙述。

2.2  鞋柜臭氧消毒功能

鞋柜里存放的鞋子大多为出行常用鞋，由于外界空气中充满了大量细菌，且细菌的存在是无方向性的，出行时无论个人怎样注意防护，都避免不了携带细菌。若携带细菌入户，对抵抗能力弱的老人家容易因细菌感染而生病。而今年疫情来势汹汹，正值新冠高发之际，更应该注意个人卫生防护，更应该杜绝细菌入家门。因而我们采用紫外线杀菌灯对存放在鞋盒中的鞋子进行杀菌消毒，如图3所示。本鞋柜所采用的紫外线杀菌灯的发光谱线主要有254 nm与185 nm两条。254 nm紫外线通过照射破坏微生物的DNA结构，使细菌立刻死亡或不能产生后代。185 nm紫外线照射可将空气中的O2转化为O3，臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物的生物膜结构，实现杀菌的作用。在两条发光谱线的组合作用下，增强了杀菌的效果，不仅可以去除常见的霉菌，还可去除在家庭中经常出现的其他病菌。紫外线杀菌方法属于纯物理方法，不需使用其他伤害人体的化学试剂，而且简单快捷，无二次污染，适合家庭日常使用。当需要使用时只需要按下开关，等待30分钟左右，便完成杀菌消毒功能，若需要再次杀菌消毒时，只需重复上述步骤。操作简单快捷，适合老年人群的使用。

2.3  鞋柜换气烘干功能与自动照明功能

当外出遇见雨天时，鞋子被弄湿了，而天空又在下雨，鞋子无法晾晒，只能暂时放置在鞋盒中，但是如果长时间存放在密闭不透气的环境中，鞋子容易发霉与产生异味。为了解决此问题，如图4所示，此鞋柜左侧加装换气烘干风扇使内部的空气流通，在消除鞋柜异味的同时实现鞋子的烘干，让鞋子除湿不再单纯依赖于阳光下晾晒，完成换气烘干功能。据老人反应，传统鞋柜内部情况很难看清楚，存放鞋子时容易找不到正确的位置或是拿错鞋子，若想看鞋柜内部全貌，往往需要打开手电筒弯着腰去寻找鞋子，而这样与我们主功能所解决的问题冲突。为彻底解决老人及行动不便人群弯腰问题，此鞋柜上方安装节能灯，且考虑到老人因年纪大而记忆力衰退，若安装普通开关，则容易因忘记关闭开关而造成的能源浪费，为节约电力资源，特意将节能灯的电路设计为自动照明模式。为使老人们可以站着观看鞋柜内部情况，鞋柜柜面采用透明板，透明板特殊的结构，可以避免内部灯的折射光刺激眼睛，使用户更好的观察内部情况。其中安装节能灯且与常闭开关相连，开关放置在柜门上沿，开鞋柜门时，柜门外力作用消失，开关闭合，灯亮，实现自动亮灯;关闭柜门时，柜门的外力作用出现，开关断开，灯灭，实现自动熄灭，即完成自动照明功能。

3  实现鞋柜多功能电路图介绍

如图5所示，当主功能利用电机驱动来实现时，电动机带动小链轮旋转，小链轮通过链传动带动大链轮进行转动，由于电动机在开关打开时有两种选择，按下不同的按钮会令电动机的旋转方向不同，因此电机的正转与反转就分别代表着鞋盒的上升与下降。当鞋盒下降到合适的高度时，按下电动机的停止按钮，便可以将其停止，需要重新启动时，只需按下相同的按钮即可。按下电机另一个按钮时，电机反转，鞋盒向上运动，同上，当鞋盒需要停止运动时，按下停止按键，需要重新启动时，按下相同的按键便可。自动照明灯是照亮鞋柜内部的重要元器件，本产品将灯的开关设置在开门的轴上，使用行程开关控制开门的距离，当开门到合适的距离时，触点闭合，灯通电而被点亮，反之，则灯断电而熄灭，实现“柜门关灯自动灭，柜门开灯自动亮”功能。如想要对鞋子进行杀菌操作，可按下鞋柜上部的开关，由于杀菌灯和定时器相连接，定时器采用断电延时器，在断电后开始计时，由于杀菌灯是电动开关，按一次便会开始计时，所以在到达定时器预先设定的时间后，紫外线杀菌灯自动失电断开，即完成一次杀菌操作。当需要进行换气时，内部的风扇在鞋柜的外部有着独立的开关，按下开关，电风扇通电，进行工作，将鞋柜内部的空气向外排出，由于开关是翘板开关，因此在按下开关时风扇持续得电，在手动关闭前可一直工作，想要结束换气时，只需再按一次开关便可，鞋柜概念机正常工作效果如图6所示。

5  结  论

该设计实现了老人及行动不便群体不弯腰存取鞋的主功能，同时还兼具自动照明、紫外线消毒、換气多种附加功能，很好地满足老人们的现代生活需求。此不弯腰智能助老鞋柜结构简单、实用性强、功能全面，不仅牢牢抓住了老年人的痛点，还紧跟现代家具智能化发展的大趋势，实现了多功能化与智能化。未来如果批量化生产，必定可以为广大老年群体带去福音，具有较大的市场空间。

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作者简介：徐嘉敏（2001—），女，汉族，江西南昌人，本科在读，研究方向：材料成型及控制工程;通讯作者：郭国谊（1968—），男，汉族，江西永丰人，副教授，硕士，研究方向：机电产品设计与制造。