浅析一种全自动助老起身坐垫的设计

石先念，李玉涵，孙世龙，邓子辉，卢辰宇，吴恒

（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710000）

随着我国老龄化趋势愈加明显，老年人的各类生理问题也越发突出，其中老年人坐起站立行为是影响老年人日常生活的重要因素。因为年龄增长，膝盖无力，导致老年人从座位起立时容易昏眩晕倒，发生危险，造成老年人生理和心理的创伤。同时老年人的站立问题通常需要他人照顾，这会给家人造成不小的负担。本项目实施的目的就是为了解决老年人站立困难的问题，设计一款满足老年人生理和生活习惯的、可放置于大部分座椅从而辅助站立的全自动升降坐垫。希望借此辅助产品可以帮助老年人解决因站立困难造成的生活不便，可以满足老年人生理和心理需求，拥有一个健康独立的老年生活。

1 装置的原理与结构

本项目所设计的全自动助老升降坐垫主要有：压力传感器、顶盖、底板、电机、传动装置，其中包括双向锥齿轮两次变向传动装置、传动螺杆与滑块传动装置和类四边形连杆机构传动装置三部分，并有滚轮承受压力。具体结构图如图1所示。

图1 全自动助老升降坐垫具体结构

电机支架3、轴支座5、轴支座8、轴支座20通过螺栓组固定在底盘7上，电机4通过螺钉固定在电机支架3上，锥齿轮1、锥齿轮10通过螺丝固定电机4、传动轴11上，传动轴6通过轴肩轴向固定在轴支座5和轴支座8上，传动滑块17旋在传动轴11上，传动轴11通过轴肩轴向固定在轴支座8和轴支座20上，锥齿轮2、锥齿轮9通过螺丝分别固定在传动轴6的两端，并调节锥齿轮1、锥齿轮2、锥齿轮9、锥齿轮10的位置，使其正确啮合。支撑杆29、滚轮18通过销钉32固定于传动滑块17上，支撑杆29和支撑杆26通过销钉27进行连接，支撑杆13和支撑杆14通过销钉16进行连接，支撑杆29和支撑杆14通过销钉15进行连接，支撑杆14和支撑杆支座30通过销钉19进行连接，滚轮12和支撑杆13通过销钉24连接，轴支座8和支撑杆26通过销钉25连接，滚轮顶柱23、压力传感器28、支撑杆支座30分别通过螺栓组固定在顶盖22上，海绵坐垫21与顶盖22进行胶合固定，在整个装置外套上布袋。

当使用者想要起立，把身体上抬，压力传感器28感受到压力减小，则电机4进行正时针旋转，带动锥齿轮1，并通过锥齿轮2、锥齿轮6、锥齿轮9、锥齿轮10传递到传动轴11，再将转动变为传动滑块17顺着传动轴11的轴向移动，并带动滚轮18的滚动，同时带动支撑杆29的移动，支撑杆13、支撑杆14、支撑杆26、支撑杆29组成的四边形杆组进行伸长，滚轮12顺着顶盖22进行滚动，滚轮12与支撑杆支座30将顶盖22顶起并使得顶盖22与底盘7的夹角增大，当传动滑块17被推动在传动轴上移动110mm时，顶盖22到达了最高位置。使用者此时大腿与水平夹角接近。当使用者需要坐下，压力传感器28感受到压力增大，则电机4进行逆时针运动，其运动过程为抬起过程的逆运动，最终坐垫处于事宜位置。

传感器可根据压力变化利用电机驱动装置调节滑块在滑轨上的位置，支撑杆位于底盘两侧分别成为X型构成升降装置，其支撑杆相交处可绕轴转动，同时一端连接在滑块上随滑块的运动而运动。通过锥齿轮的换向、传动将电机动力传动给升降装置，转换为助推老人起立的动力。通过蜗杆实现坐垫的止推，通过压力传感器控制升降装置的升降，以此实现坐垫的缓慢升降，防止老人摔倒。

2 计算

其中丝杆提供F力，粗略计算：T1=F0d，最终得出T1= 0.47N/m，电机功率P=50W，转速n=1000rad/min。

3 结语

本文所设计的产品在传统机械产品的基础上，结合压力传感器、锥齿轮、蜗杆等零件，解决了老年人站立困难的问题。并且该产品具有体积小、重量轻等特点，适用于多种场景，前景十分广阔。