老年人身体清洁系统设计

唐智诚 ， 丁 颂 ， 方国顺 ， 陈 鹏

（长春师范大学工程学院，吉林 长春 130032）

改革开放以来，我国经济迅速发展，人民生活水平不断提高，社会医疗水平逐步改善，人均寿命显著增长[1-2]。2018年，中国60岁以上人口所占比重已达17.88%，已经进入较严重的老龄化社会。党中央、国务院高度重视养老问题，不断深化养老政策，切实解决老有所养、老有所医的问题。同时，积极应对人口老龄化，构建养老、敬老政策体系和社会环境。根据国家“9073工程”，绝大多数老人将采取以家庭为基础的居家养老[3]。居家养老中，老人的饮食、起居是养老过程中的重难点。目前，面向居家养老服务的机械产品，多以机器人等形式存在，用于老人洗浴的产品种类较少，同时存在人工操作复杂，清洗过程繁琐等问题，无法满足居家养老的需求[4]。老年人身体清洁系统是一款半自动化洗澡装置，适应养老产业需求，能较好解决居家养老中老年人的洗浴问题。

1 总体设计方案

老年人身体清洁系统如图1所示，由背部清洁装置1、升降装置2、小腿清洁装置3组成。升降装置铰接在座椅底部，小腿清洁装置安装在升降装置前方、椅座下方，背部清洁装置安装在椅背上。该系统的主要零部件由履带式清洗器、控制器、旋转器、滑移器、搓洗器、升降器、传感器、喷头底座、人工控制端等组成。该系统采用模块化设计，由程序控制，实现预定功能[5-6]。

系统进行清洁工作时，老人位于椅座上，触发座椅底部的压力传感器。由电机提供驱动力，通过丝杠将老人整体向上抬升，运动触碰升降装置上端限位开关时，电机停止。小腿清洁装置中支架顶部电机，通过转台带动履带式清洁机构绕Z轴旋转180°，支架底部电机，通过齿轮齿条将履带式清洁机构推出，包覆老人小腿部位，履带式清洁机构中电机动力经过减速箱输出到履带，带动履带运动，实现对老人小腿的清洗。程序控制电磁阀的开通，通过气压作用控制气筒的伸缩，可调节小腿在垂直平面内相对位置。系统清洗小腿时，同步启动背部清洗装置，通过齿轮齿条带动丝杠上下移动，控制丝杠导轨带动搓洗器的水平移动。通过按钮控制椅坐与椅背连接处电机启停，调节靠背与座凳的夹角。

图1 老年人身体清洁系统

图2 升降装置

2 结构设计

2.1 升降装置设计

升降结构如图2所示，由支架1、丝杠2、电机3、蜗轮蜗杆4、限位开关5组成。蜗轮固定在丝杠导轨末端，蜗杆与电机输出轴相连，支架插接在丝杠螺母侧面，支架上端铰接在椅坐背面。当老人坐在座凳上，控制器启动电机，通过丝杠传动将老人向上抬升，运动触碰上端行程开关时，电机停止，蜗轮蜗杆形成自锁。丝杠行程可根据老人身高进行调整，提高系统适用性[7-8]。

2.2 小腿清洁装置

小腿清洁装置如图3所示，由转台1、支架2、限位开关3、齿条4、气筒5、履带式清洁机构6、电机7组成。转台分为上转台以及下转台，上转台固定在椅坐背面，下转台与支架插接，下转台边缘有齿轮，通过齿轮啮合传动，带动支架旋转。支架承载上方转台，下方与齿条、限位开关插接，并铰接履带式清洗机构。该装置工作时，电机动力传递至下转台，带动支架和履带式清洗机构旋转180°，履带式清洁机构移动至小腿下方，支架底部电机提供驱动力，推出铰接在齿轮箱的履带式清洁机构，将小腿包裹，程序控制电磁阀的闭合，通过气压作用控制气筒的伸缩，调节履带式清洁机构绕铰接点旋转的角度。可根据老人洗浴体验调整电机参数，改变履带式清洁机构清洗速度。完成清洁工作后，支架顶部电机经过减速箱输出动力，通过下转台带动支架和履带式清洗机构旋转180°，到达座椅正下方，收纳小腿清洁装置，降低空间占有率。

图3 小腿清洁装置

2.3 背部清洁装置

背部清洁装置如图4所示，主要零部件由限位开关1、齿条2、电机3、齿条齿轮箱4、电机5、齿轮6、合页7、丝杠8、搓洗器9组成。合页9由上合页以及下合页组成，上合页插接在椅背，下合页插接在椅坐，齿条插接在椅背正面。该装置工作时，电机的动力经过减速箱传递至齿轮，齿轮固定在丝杠中心轴，丝杠转动，带动搓洗器水平移动，运动触碰行程开关时，电机反转；齿条表面电机，提供驱动力，通过输出轴传递至齿条齿轮箱，丝杠底座与电机插接，带动丝杠上下移动。齿轮6固定在中心轴，上合页固定在中心轴，下合页铰接在中心轴。通过按钮控制电机5启停，从减速箱输出动力，传递到齿轮，带动上合页绕齿轮中心轴转动，调节椅背角度。

图4 背部清洁结构

3 程序设计

老年人身体清洁系统升降程序如图5所示、小腿清洁程序如图6所示、背部清洁程序如图7所示。

图5 升降装置程序

升降程序开始判断主板I1开关状态，当老人坐在座椅上时，触发压力传感器，I1闭合，电机M1、M2正转，当运动触碰到开关I2时，电机停转，实现系统抬升功能；延迟1s后，电机M3、M4转动，当运动触碰I4且电位动作五次，M3、M4停止，实现小腿清洁装置从座椅底部，旋转180°到达老人小腿下方,进入小腿清洁装置程序。

小腿清洁程序由电机M3、M4停止后进入，延迟1s，EM1 M1、M2正转，当运动触碰开关EM1 I1时，电机EM1 M1、M2停止，实现对将履带式清洁机构沿齿条推出，与老人小腿相接触。延时1s，电机EM1 M3、M4转动，带动履带式清洁结构清洁老人小腿部位，进入背部清洁装置程序。

图6 小腿清洁装置程序

背部清洁程序由电机EM1 M3、M4转动后进入，电机EM2 M1为安装在齿条表面电机，通过程序控制上下移动，电机EM2 M2为滑移机构电机，通过程序控制带动搓洗器左右移动，开关EM2 I2、I3分别为电机EM2 M1左右限位开关，开关EM2 I5、I4分别为电机EM2 M2上下限位开关。程序开始时，延时2s，EM2 M1、M2正转开关I5闭合状态由老人控制，处于开路状态时，电机EM2 M1正转驱动搓洗器向I3移动，电机EM2 M2正转带动丝杠向I5移动，判断开关EM2 I3以及EM2 I5状态，当运动触碰I3时，电机EM2 M1停止并反转，电机EM2 M2保持正转，此时电机EM2 M1驱动搓洗器向开关EM2 I2移动。根据背部清洁装置程序图7，此时判断EM2 I4、I5、I2状态，当运动触碰I5时，电机EM2 M2停止，电机ME2 M1、M2反转，实现丝杠向开关EM2 I4移动，判断开关EM2 I4、I2状态；当运动触碰EM2 I4时，电机EM2 M2停止，并正转，电机EM2 M1反转，实现电机EM2 M1带动丝杠向开关EM2 I5移动，判断开关EM2 I5、EM2 I2状态；当运动触碰开关EM2 I2时，电机EM2 M1停止并正转，实现搓洗器向开关EM2 I3移动，判断开关I5状态，如老人没有闭合开关I5，程序判断开关EM2 I3、I5状态，当搓洗器运动触碰EM2 I5时，程序运行原理和触碰开关EM2 I3时相同。当老人按下开关I5时，电机EM2 M1、M2以及EM1 M3、M4停止，实现背部清洁装置、履带式清洁装置停止运行，电机EM1 M1、M2反转，当运动触碰EM1 I1时停止，实现收回履带式清洁装置，电机M3、M4反转，开关I4电位由0到1跳变两次，电机M3、M4停止，实现小腿清洁装置旋转180°，移动至椅坐正下方，电机M1、M2反转，当运动触碰I6时，电机停止，实现椅坐下降，此时，完成清洗全部过程。电机参数、延时可根据个人需求进行调整，达到横向或纵向搓洗的目的。

图7 背部清洁装置程序

4 结语

老年人身体清洁系统帮助老年人独自完成身体清洁，解决了老人洗澡过程中易摔倒、清洗不到位等难题，提高居家养老身体清洗效率，提升居家养老服务水平，符合养老产业需求。此半自动化清洁系统能更好为老人提供洗浴服务，有效提高老人晚年生活质量。