重障者洗浴辅具设计

何 雷，杨 洋，刘景鑫

（1.钱璟康复股份有限公司，江苏常州 213000；2.吉林大学中日联谊医院，长春 130033）

0 引言

洗浴对于重障者生活质量的提高和身心健康十分重要，而重障者大多数已失去生活自理能力[1]，需要家人和护理人员花费较多的时间对他们进行洗浴护理[2]。为了解决重障者的洗浴需求，设计适用于他们的洗浴辅具非常必要。近年来，国内外也有相关洗浴辅具的研究，如日本Bishamon坐卧两用轮椅式洗澡机，美国Seabridge Bathing公司生产的步入式、通用残疾人浴缸以及NIST公司生产的HLPR轮椅[3-4]。相对于国外而言，国内的洗浴辅具发展较晚，且大多是较为简易的洗浴设备，功能相对单一，无法为重障者提供更多的便捷与帮助[5]。本文在此基础上，针对国内传统洗浴辅具存在的不足，设计了一种实用性强、操作简单、安全可靠的洗浴辅具[6-8]，可以很好地解决重障者的洗浴问题，提高其洗浴质量。

1 总体设计

本文设计的洗浴辅具主要由洗浴床、洗浴椅、安全模块组成。通过操作围栏的收放方便重障者上下洗浴床，通过手持控制器来实现洗浴床的升降、床面的角度调节功能。通过操作扶手开关方便重障者进出洗浴椅，通过踩动液压缸脚踏来实现洗浴椅的升降，通过扳动气弹簧扣手来实现洗浴椅靠背角度的调节。如在洗浴过程中发生跌倒等安全意外时[9]，重障者可通过按动洗浴床上的安全紧急模块开关及时与护理人员或外界取得联系，确保第一时间能够获得援助。

2 具体设计

2.1 洗浴床设计

洗浴床主要由可移动支撑底座、升降机构、床架、洗浴垫、枕垫和安全紧急模块组成，如图1所示。

图1 洗浴床整体结构图

2.1.1 可移动支撑底座及升降机构

可移动支撑底座主要由支撑底架和4个万向脚轮组成，可实现任意方向的顺畅移动，并具有脚轮锁紧功能。升降机构采用电动推柱作为洗浴床的升降系统，推柱用螺栓连接固定在支撑底座上，如图2所示。电动推柱的升降行程为300 mm，用户可根据自己的舒适性和方便性进行调节。

图2 升降机构示意图

2.1.2 床架及洗浴垫

床架由一系列焊管和矩形管焊接而成，床板采用尼龙板制作，并用螺栓紧固件固定在床架上。洗浴垫为聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）夹网布材质，具有很好的防水性、舒适性和耐腐蚀性。

在使用过程中，可将床架围栏处于架起状态，有效保护重障者的洗浴安全，并可把洗浴水较好地存储在里面；当洗浴完毕后，可将围栏放下，方便把重障者从洗浴床上转移下来，如图3所示。

图3 围栏操作状态图

2.1.3 调节机构

调节机构主要包括床架升降调节和床架角度调节。床架升降调节主要通过电动推柱的升降来实现，床架距离地面的起始高度设计为650 mm，升降范围为650～950 mm；床架角度调节则通过控制电动推杆来完成，床架角度调节设置为±10°，只需操作手持控制器即可按需求来调整到最合适的位置。

根据洗浴床特定的使用场合条件，电动推杆、电动推柱、电池、手持控制器及安全紧急模块等电气装置均达到IP67的防水等级，使用周期长且安全性较高。同时，电动推柱升降也可替换成脚踏型液压升降，具体可参考洗浴椅的脚踏型液压升降结构，用户可任意选择。

2.1.4 洗浴床使用方法

首先踩下脚轮将床锁住，使其不再移动；操作手持控制器使床面升降至合适的高度；拉动床架一侧围栏，将其放下，将重障者从放下栏杆的一侧抬到洗浴床上；抬起围栏护住重障者；护理人员在辅助洗浴过程中可通过手持控制器调整床架高度和角度至最合适的洗浴位置；洗浴完毕后，放下围栏一侧，将重障者转移下来，并操作手持控制器控制电动推杆使床面倾斜，打开排水口放水，结束后恢复最初状态。

2.2 洗浴椅设计

仰姿和坐姿[10]是最常见的2种洗浴姿势，结合我国成年人人体国家标准[11]和人机工程学[12]原理等，最终确定洗浴椅结构如图4所示。

图4 洗浴椅整体结构图

洗浴椅主要由移动底架、升降机构、座椅总成、扶手等组成。

2.2.1 移动底架及升降机构

移动底架总体支撑框架采用焊管焊接而成，并配有4个万向脚轮，可实现任意方向的移动，停止时可踩动脚轮进行锁紧。

升降机构由2组平行连杆组成，每组连杆通过螺栓连接在移动底架上，通过液压缸的伸缩推动升降机构的运动来实现椅子高度调节。液压缸的行程设置在140 mm。升降机构起始位置和升高后的位置如图5所示。

2.2.2 座椅总成

座椅总成主要包括座椅框架、坐垫、靠垫、头枕、脚踏、便桶等。座椅框架主要由焊管及安装相应配件的钣金件、连接件焊接而成。坐垫、靠垫等则通过连接标准件固定在座椅框架上。根据成人人体数据标准[11]及人机工程学原理[12]，将坐垫、靠垫宽度设置为520 mm，靠垫高度设置为900 mm。

图5 升降机构位置图

2.2.3 扶手及调节机构

为了最大程度满足重障者洗浴的安全性和舒适性，洗浴椅的扶手、脚踏、头枕和靠背均设计成可调节结构。

2.2.3.1 扶手设计

本研究充分考虑到重障者洗浴时的安全性，在保证洗浴椅扶手支撑功能的前提下，还设计有安全保护功能。在洗浴过程中将扶手放下，如图6所示，可将重障者限制在扶手所围成的有效区域内，有效避免因重障者不慎前倾带来的安全隐患。

图6 扶手放下状态图

洗浴完成后，可打开扶手，将扶手放置在椅子靠背后面，如图7所示。护理人员可从椅子的任意一侧将重障者搀扶走，操作简单方便。

图7 扶手打开状态图

2.2.3.2 调节结构设计

洗浴椅的脚踏、头枕可根据使用者需求进行上下调节，靠背可通过操作气弹簧的伸缩来实现直靠和后仰，具体调节开关位置如图8所示，靠背后仰状态如图9所示。

图8 调节开关位置图

图9 靠背后仰状态图

2.2.4 洗浴椅使用方法

首先踩下脚轮将椅子锁住，使其不再移动；踩动液压缸脚踏使椅子升降至合适的高度；拉动一侧扶手开关，打开扶手，将重障者扶到洗浴椅上；再次拉动扶手开关，放下扶手；根据重障者的体型高度来调节头枕和脚踏升降位置；护理人员在辅助洗浴过程中可通过踩动液压缸脚踏来调整椅子高度，通过靠背角度开关来调节椅子靠背的角度；洗浴完毕后，拉动一侧扶手开关，打开扶手，将重障者转移下来，并将椅子恢复到最初状态。

2.3 安全模块设计

本研究在洗浴床的基础上，提出了一种安全模块的设计方案。该模块主要由安装在洗浴床上的安全紧急模块和配置在远程的安全监控端组成，其中安全紧急模块主要包括紧急开关、单片机主控制器和GPRS（general packet radio service）模块 3 个部分。本模块采用STM32F103单片机作为主控制器，GPRS模块SIM300支持GPRS/GSM网络，内置传输控制协议/因特网互联协议（transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP）协议栈等，主要通过 AT 指令实现GPRS网络的连接和数据传输、拨打/接听电话、收发短消息等[13]。安全模块安装位置如图10所示。

图10 安全紧急模块安装位置图

GPRS网络的数据传输具有实时性强、速度快、永久在线等特点[14]。基于GPRS网络的数据传输主要通过以下指令来完成：（1）发送指令 AT+CLPORT="TCP","本地TCP连接端口"，指定本地端口；（2）发送指令AT+CIPSTART="TCP","IP","连接端口号"，连接安全监控端IP；（3）连接成功后即可通过AT+CIPSEND指令发送数据内容。

安全监控端主要负责接收安全紧急模块发送过来的求救信息，其网络数据接收与发送是基于上位机VB的winsock控件来实现通信的。通过winsock控件本身的监听（listen）、连接（connect）、响应（response）等方法[15]建立起重障者与安全监控端的各自唯一IP地址的节点间的连接，并通过TCP进行数据交换。

如发生跌倒等意外时[16]，重障者或护理人员可按动安全紧急模块开关，单片机主控制器微控制单元（microcontroller unit，MCU）识别到该信号后触发蜂鸣器发出报警声，同时通过AT指令控制GPRS模块将求助信息发送至远程监控端，GPRS模块拨通预先存储的相关施救人员电话，从而确保能够第一时间获取到帮助。安全模块系统框图如图11所示。

图11 安全模块系统框图

3 洗浴辅具测试

洗浴床、洗浴椅实物样机如图12、13所示。对样机进行了相关机械性能测试，结果见表1、2。可以看出，样机尺寸及性能能满足不同身高、体质量人群的洗浴需求，且可方便操作者调节使用，减轻护理负担，保障重障者洗浴安全。

图12 洗浴床实物样机图

图13 洗浴椅实物样机图

表1 洗浴床、洗浴椅尺寸

表2 洗浴床、洗浴椅性能

4 结语

本文设计了适用于重障者的洗浴床和洗浴椅，在较大程度上能够解决重障者的日常洗浴需求，填补了国内重障者洗浴辅具的空白[17]。与此同时设计的安全模块能够实时监控并保障重障者洗浴的安全性。后期在本设计的基础上，还可配备更完善的智能化系统[18-19]。综上，本文设计的洗浴辅具人机交互性好、功能较为齐全，具有广阔的市场需求和推广前景。