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摘 要：本文针对家庭中搬运腿脚不方便老人困难的现象，介绍了移动换位器的结构设计，并说明了其工作原理及特点。
关键词：腿脚不便老人;机械传动;换位器
前言
据国家统计局2017统计，60周岁以上老年人口达到2.4亿人，占总人口比重的17%，我国已进入人口老龄化。中国老龄科学研究院中心发布的《中国老年宜居环境发展报告》中有数据表明失能老人人口突破4000万，相当于每六个老年人就有一个失能老人，而这些老人的看护人员数量也极其巨大。为了减轻看护人员的负担，设计一款结构简单能够在日常生活中帮助完成老人短距离移动的转换位置的工具。
1.使用环境
本文所设计的移动换位器主要针对生活于农村中腿脚不方便的老人，生活在农村的老人相较于生活在城市的老人具有数量较多、生活基础条件和设施较差且文化水平较低等现象的存在。经调研发现市场上拥有相似功能的机械都采用较为复杂的操控方式以及电力驱动，对于当前部分的农村老人十分不友好，且占地面积大，价格高昂等缺点。
而当前农村有许多家庭是由老人两夫妻之间相互照顾，在这种情况下会出现操作者和使用者都为老人的情况，因此所设计的机械操作方法必须要足够简单，能让一个老人在短时间内熟悉操作方法。
2.工作原理
当腿脚不便的老人需要换位置时，由操作者将移动换位器推移到处于坐姿的老人面前，将老人的手臂架在腋下支撑杆上，再由操作者通过踩踏踏板提供动力，再由传动机构将处于坐姿的老人上半身抬离凳面，抬升到一定位置将老人“架”在移动换位器上，由操作者将移动换位器推到目的地，再由传动机构和缓冲装置将老人缓慢放下到预定的座位、马桶、轮椅或者床上，从而达到换位的目的。
3.总体布局
如图1所示，移动换位器的主体部分由抬升机构、支撑机构、液压缓冲机构、止动机构和移动机构五个部分组成。支撑机构是由腋下支撑架和胸部挡板两个机构组成。腋下支撑架对被转移者的大臂提供向上的力，以实现对用户的腋下支撑，胸部挡板则固定用户前胸位置。扶手与踏板通过杠杆原理，随着扶手与踏板相对位置的改变，从而实现被移动者的抬升，使被移动者的状态发生转变。再利用装于底盘的万向轮实现整个机构的移动，万向轮可实现整个机构转向时的方便，转弯半径较小且操作方便。而万向轮上的刹车则可以在将人从椅子转移至移动换位器时，将装置的位置固定，从而保证一个操作者便可完成对老人或下肢残疾的人的转移。
4.方案论证
4.1抬升机构
为了实现所描述的运动路径抬升部分的机构可以提供选择的有连杆机构、齿轮传动、链传动。
连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面运动或空间复杂运动，其具有承载大、便于润滑、不易磨损，形状简单、易加工等优点。但运动精度低。
齿轮传动在现代机械传动中应用最为广泛，具有传动精度高，适用范围广、工作可靠、使用寿命长，传动效率高等优点，但制造和安装要求较高，且不适用于相距较远的两轴传动。
链传动是通过链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动，链传动的平均传动比是稳定的，制造和安装精度要求均低于齿轮传动，且适用于中心距较大的两轴传动。但瞬时传动比不恒定，传动时平稳性较差，工作中具有一定的噪音。
由于预定的抬升机构两轴中心距相对较大，且承载较大，而运动精度与传动比的恒定要求则不是很高，再考虑到整个机构的加工与设计难易度以及加工成本所以采用各方面都更加符合要求的连杆机构传动。
4.2支撑机构
支撑结构的设计是为了适应使用者不同的体型，因而采用了呈“八”字形分布的腋下支撑架，当被移动者的身体向前靠时，都可以合适的靠在支撑架上。向上的力从腋下支撑杆传给被移动者的大臂，而位于胸部的靠板为贴合人体的胸部以一定的角度安装于胸前的位置，保证被移动者的身体在向前倾时，可以支撑住其前胸。包在外层的软包可以更好的提高用户的使用感，保证被搬运者在整个搬运过程中的舒适感。
4.3止动机构
单单利用连杆机构的传动，可能会发生在抬升过程中操作者中途因其他原因脱手的情况，这对于下肢不便的老人而言是十分危险的，因此我们在连杆机构的铰链连接处加入棘轮机构，通过棘轮机构的特性可以有效防止操作者突然失力所造成的机构下落，导致无法预计的风险，而加入棘轮机构则可以保持老人的位置状态不发生改变。当操作者将老人抬升至最高处时棘轮能固定住连杆机构的位置，操作者可以放松双手。也可以通过装在扶手上的装置来松开棘轮，以实现连杆机构的下降。
4.4移动机构
移动机构为实现小范围的移动与旋转采用了4个万向轮作为移动机构，其中两个位于后方的万向轮带有刹车，可以在抬升与下降老人时保持机械的位置不发生改变。万向轮高度为适应大部分轮椅的高度采用10厘米。当前市面上的单门宽度为90厘米，所以将底盘宽度设计成能够轻松穿过房门的65厘米。
结论
该机械主要服务于腿脚不方便的老人，帮助老人进行位置的更换，具有结构简单、制造成本低、易操作等特点。
参考文献：
[1]徐雪洁. 我国农村人口老龄化问题研究[D].西安工业大学，2018.
[2]李明顺.农村“空巢”老人养老保障存在问题与对策[J].理论前沿，2009（11）：31-32.
[3]孔江生，吳柄胜，卢彦群.曲柄连杆机构机械传动效率分析[J].机械科学与技术，2008（03）：347-350.
本项目为2019年国家级大学生创新创业训练计划项目（201913001026）
关键词：腿脚不便老人;机械传动;换位器
前言
据国家统计局2017统计，60周岁以上老年人口达到2.4亿人，占总人口比重的17%，我国已进入人口老龄化。中国老龄科学研究院中心发布的《中国老年宜居环境发展报告》中有数据表明失能老人人口突破4000万，相当于每六个老年人就有一个失能老人，而这些老人的看护人员数量也极其巨大。为了减轻看护人员的负担，设计一款结构简单能够在日常生活中帮助完成老人短距离移动的转换位置的工具。
1.使用环境
本文所设计的移动换位器主要针对生活于农村中腿脚不方便的老人，生活在农村的老人相较于生活在城市的老人具有数量较多、生活基础条件和设施较差且文化水平较低等现象的存在。经调研发现市场上拥有相似功能的机械都采用较为复杂的操控方式以及电力驱动，对于当前部分的农村老人十分不友好，且占地面积大，价格高昂等缺点。
而当前农村有许多家庭是由老人两夫妻之间相互照顾，在这种情况下会出现操作者和使用者都为老人的情况，因此所设计的机械操作方法必须要足够简单，能让一个老人在短时间内熟悉操作方法。
2.工作原理
当腿脚不便的老人需要换位置时，由操作者将移动换位器推移到处于坐姿的老人面前，将老人的手臂架在腋下支撑杆上，再由操作者通过踩踏踏板提供动力，再由传动机构将处于坐姿的老人上半身抬离凳面，抬升到一定位置将老人“架”在移动换位器上，由操作者将移动换位器推到目的地，再由传动机构和缓冲装置将老人缓慢放下到预定的座位、马桶、轮椅或者床上，从而达到换位的目的。
3.总体布局
如图1所示，移动换位器的主体部分由抬升机构、支撑机构、液压缓冲机构、止动机构和移动机构五个部分组成。支撑机构是由腋下支撑架和胸部挡板两个机构组成。腋下支撑架对被转移者的大臂提供向上的力，以实现对用户的腋下支撑，胸部挡板则固定用户前胸位置。扶手与踏板通过杠杆原理，随着扶手与踏板相对位置的改变，从而实现被移动者的抬升，使被移动者的状态发生转变。再利用装于底盘的万向轮实现整个机构的移动，万向轮可实现整个机构转向时的方便，转弯半径较小且操作方便。而万向轮上的刹车则可以在将人从椅子转移至移动换位器时，将装置的位置固定，从而保证一个操作者便可完成对老人或下肢残疾的人的转移。
4.方案论证
4.1抬升机构
为了实现所描述的运动路径抬升部分的机构可以提供选择的有连杆机构、齿轮传动、链传动。
连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面运动或空间复杂运动，其具有承载大、便于润滑、不易磨损，形状简单、易加工等优点。但运动精度低。
齿轮传动在现代机械传动中应用最为广泛，具有传动精度高，适用范围广、工作可靠、使用寿命长，传动效率高等优点，但制造和安装要求较高，且不适用于相距较远的两轴传动。
链传动是通过链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动，链传动的平均传动比是稳定的，制造和安装精度要求均低于齿轮传动，且适用于中心距较大的两轴传动。但瞬时传动比不恒定，传动时平稳性较差，工作中具有一定的噪音。
由于预定的抬升机构两轴中心距相对较大，且承载较大，而运动精度与传动比的恒定要求则不是很高，再考虑到整个机构的加工与设计难易度以及加工成本所以采用各方面都更加符合要求的连杆机构传动。
4.2支撑机构
支撑结构的设计是为了适应使用者不同的体型，因而采用了呈“八”字形分布的腋下支撑架，当被移动者的身体向前靠时，都可以合适的靠在支撑架上。向上的力从腋下支撑杆传给被移动者的大臂，而位于胸部的靠板为贴合人体的胸部以一定的角度安装于胸前的位置，保证被移动者的身体在向前倾时，可以支撑住其前胸。包在外层的软包可以更好的提高用户的使用感，保证被搬运者在整个搬运过程中的舒适感。
4.3止动机构
单单利用连杆机构的传动，可能会发生在抬升过程中操作者中途因其他原因脱手的情况，这对于下肢不便的老人而言是十分危险的，因此我们在连杆机构的铰链连接处加入棘轮机构，通过棘轮机构的特性可以有效防止操作者突然失力所造成的机构下落，导致无法预计的风险，而加入棘轮机构则可以保持老人的位置状态不发生改变。当操作者将老人抬升至最高处时棘轮能固定住连杆机构的位置，操作者可以放松双手。也可以通过装在扶手上的装置来松开棘轮，以实现连杆机构的下降。
4.4移动机构
移动机构为实现小范围的移动与旋转采用了4个万向轮作为移动机构，其中两个位于后方的万向轮带有刹车，可以在抬升与下降老人时保持机械的位置不发生改变。万向轮高度为适应大部分轮椅的高度采用10厘米。当前市面上的单门宽度为90厘米，所以将底盘宽度设计成能够轻松穿过房门的65厘米。
结论
该机械主要服务于腿脚不方便的老人，帮助老人进行位置的更换，具有结构简单、制造成本低、易操作等特点。
参考文献：
[1]徐雪洁. 我国农村人口老龄化问题研究[D].西安工业大学，2018.
[2]李明顺.农村“空巢”老人养老保障存在问题与对策[J].理论前沿，2009（11）：31-32.
[3]孔江生，吳柄胜，卢彦群.曲柄连杆机构机械传动效率分析[J].机械科学与技术，2008（03）：347-350.
本项目为2019年国家级大学生创新创业训练计划项目（201913001026）