CN111743449B - 针对不便人群的马桶助力起坐智能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，属于辅助机械设施领域，包括红外传感器、控制器、第一电机、传动机构、坐板和支座，所述传动机构通过三级齿轮传导，使第一电机带动坐板在支座上进行升降；所述红外传感器与控制器连接，所述控制器与第一电机连接，当红外传感器感应到人体靠近时，控制器控制第一电机启动，带动坐板上升。本发明有效地排除了因为适用人群的身体不便与操作意外造成的安全隐患，同时极大的增加了不便人群使用的方便性以及智能性；三级齿轮传导系统运行相对于液压助力、人为压力助力等，传动系统运行更加稳定，安全性更高，操作更加简便。

Description

针对不便人群的马桶助力起坐智能系统

技术领域

本发明属于辅助机械设施领域，涉及一种针对不便人群的马桶助力起坐智能系统。

背景技术

无障碍公厕作为城市基础建设之一，是体现城市现代文明的重要标志。许多国内外大型企业和科研团队纷纷投入研究，并制定出一些行之有效的办法。因考虑到成本以及适应性的问题，市面上最常用的助力装置还是坐便式马桶和抓杆。该装置是根据大多数不便人群的身体结构数据特征，在马桶的两侧安装高700mm的水平抓杆，在墙面一侧设高为1400mm的垂直抓杆。抓杆内侧距墙面40mm，直径在30-40mm之间，其材质大多数采用不锈钢或硬质塑料。使用时，用户双手紧握抓杆，利用手臂的力量支撑着坐下，起来时，再抓杆站起，无论是坐下还是站起，都不方便，并且有很大的安全隐患。因此，为不便人群研发出一款既能有效辅助坐起如厕又易于加工制作、实用性强，安全性高的助力装置就显得尤为重要。

目前，辅助如厕的机械装置结构设计主要分为针对辅助如厕起坐过程的结构设计和针对马桶本身进行结构改良的设计。针对于辅助人体如厕起坐的过程，是对人体数据和起坐过程轨迹进行分析拟合，根据分析数据选用合适的传动装置与马桶相连接，通过电机正反转驱动其升降。现有的一些研发的液压助力马桶装置设计，通过研究用户起坐过程中腿部和臀部的运行轨迹，并对其进行数据分析，用MATLAB作轨迹拟合，选用三根液压推杆与座椅底部相连作为传动装置。现有技术中还存在一些智能助力马桶架，采用丝杆、L型支撑架、连杆、支撑板作为传动装置，与马桶内圈外圈相连接，通过电机驱动带动马桶圈升降，辅助人体坐起。再比如一些针对马桶结构进行修改的结构设计，通过调整马桶水箱在马桶长度方向的左侧或右侧，方便使用者利用水箱和座椅起身以及冲厕。再比如研发的基于人因工程的老年马桶改善设计，该设计采用人因工程和机械设计原理对马桶座、座圈和水箱尺寸外形进行调整。

随着助力装置智能化的发展，简单的扶手架设计无法满足众多不便人群的使用需求。然而，目前对于研究辅助不便人群如厕的助力机械装置相对较少，尤其是针对辅助如厕起坐过程的机械结构设计。现有设计原理大都采用螺旋千斤顶和液压千斤顶原理，利用丝杆或者液压推杆作为座椅升降的主要传动装置。但人体坐起对于身体的重心点是一个受力方向、受力大小不断变化的过程。这需要传动装置不仅仅是为用户提供起坐的支撑力，其运动轨迹也要与用户坐起的运动轨迹相一致。同时在受力方向和大小都在时刻变化的过程中保证传动装置不会由于频繁的姿态变动而多度损耗或失稳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于以辅助不便人群坐起如厕为研究对象，针对辅助坐起过程设计的一款智能助力机械系统。该系统在传动结构上采取齿轮传动，解决了其他传动装置运行过程中因受力太大或者受力方向持续变化而失稳的问题。并使座椅起落迎合人体起坐的运动轨迹，使用户体验更好。采取了外置棘轮与内部的安全齿轮配合大大增强使用过程当中的安全性。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，包括红外传感器、控制器、第一电机、传动机构、坐板和支座，所述传动机构通过三级齿轮传导，使第一电机带动坐板在支座上进行升降；

所述红外传感器与控制器连接，所述控制器与第一电机连接，当红外传感器感应到人体靠近时，控制器控制第一电机启动，带动坐板上升。

进一步，所述传动机构包括蜗轮蜗杆减速器、设置在支座上的输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮，所述第一电机通过蜗轮蜗杆减速器连接输入齿轮，所述输入齿轮与中间齿轮啮合，所述中间齿轮与输出齿轮啮合，所述输出齿轮带动坐板升降。

进一步，所述输出齿轮为拟合了人体起坐轨迹尺寸的弧形结构，所述输出齿轮的外弧线为与中间齿轮啮合的轮齿，所述输出齿轮的内弧线一侧还设有齿轮挡板和滑轮组，作为输出齿轮的轴心着力部分。

进一步，包括扶手，所述扶手与坐板、输出齿轮连接。

进一步，还包括安全结构，所述安全结构包括棘轮棘爪结构和安全齿轮组，所述安全齿轮组包括第一安全齿轮和第二安全齿轮，所述第一安全齿轮与中间齿轮、第二安全齿轮啮合，第二安全齿轮与输出齿轮啮合；所述棘轮棘爪结构设置在支座上，包括棘轮、棘爪，以及控制棘爪收缩的第二电机和收缩装置，还包括设置在扶手上的控制按钮；所述第一安全齿轮与棘轮同轴连接，当坐板上升时棘轮顺齿不卡齿，当坐板下降时棘轮卡齿；所述控制按钮控制第二电机启动，使收缩装置带动棘爪收缩，并控制第一电机反转，使坐板下降且棘轮不卡齿。

进一步，所述控制按钮与控制器连接，当坐板处于低位状态时，按动控制按钮，控制器控制第一电机运转，带动坐板上升，并通过红外传感器进行感应，当感应到人体远离时，控制坐板下降。

进一步，所述支座包括第一侧板和第二侧板，所述输入齿轮包括设置在第一侧板上的第一输入齿轮和设置在第二侧板上的第二输入齿轮，所述中间齿轮包括设置在第一侧板上的第一中间齿轮和设置在第二侧板上的第二中间齿轮，所述输出齿轮包括设置在第一侧板上的第一输出齿轮和设置在第二侧板上的第二输出齿轮。

进一步，所述控制器通过第一驱动器驱动第一电机运转，通过第二驱动器驱动第二电机运转。

进一步，还包括为红外传感器、控制器、第一电机、第二电机供电的电源及开关。

进一步，所述第一电机与第二电机均为步进电机。

本发明的有益效果在于：本发明针对辅助不便人群坐起如厕过程所设计的马桶助力起坐智能系统。不仅从结构的加工成本和制作的难易程度考虑是否适用于绝大多数不便人群及其家庭购买，甚至面向无障碍公共厕所进行投放。针对现在常见的传统扶手式装置，该产品有效地排除了因为适用人群客观个体的身体不便与操作意外的安全隐患，同时极大地增加了不便人群使用的方便性以及智能性。在同类型的马桶外置设备中，本产品相对于液压助力、人为压力助力等各种方面上，传动系统运行更加稳定，安全性更高，操作更加简便。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为针对不便人群的马桶助力起坐智能系统硬件控制流程图；

图2为针对不便人群的马桶助力起坐智能系统整体结构设计示意图；

图3为针对不便人群的马桶助力起坐智能系统内部结构示意图。

附图标记：1-扶手，2-坐板，3-控制按钮，4-传动轴，5-电机，6-小电机，7-棘轮，8-输入齿轮，9-中间齿轮，10-安全齿轮I，11-安全齿轮II，12-输出齿轮，13-滑轮，14-齿轮挡板，15-红外传感器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-3所示，本发明设计的智能助力机械系统，其结构主要包括传动机构和安全结构两大模块。传动机构采取的是三级齿轮传导，增大电机的传递扭矩。同时以齿轮的传动半径来拟合人体坐起轨迹，通过齿轮之间的持续啮合运转推动座圈稳定向上。安全结构的设计选用棘轮7与安全齿轮I10同轴连接，同时两个安全齿轮的设计使得安全结构的控制更具有即时性。棘爪的收起与释放控制齿轮的顺时针与逆时针运行。同时在电机的选用上采用配合蜗轮蜗杆减速箱的步进电机，以蜗轮蜗杆的单向运行特性，增加使用的安全性。

传动机构中，电机5通过减速器连接输入齿轮8，同时通过传动轴4传递给另一边的输入齿轮8，输入齿轮8依次传递给中间齿轮9以及输出齿轮12，输出齿轮12作为拟合了人体起坐轨迹尺寸所设定的局部圆环的结构，再达到相同力矩传递功能的同时，更加节省材料与空间。同时设置了齿轮挡板14和滑轮13组，作为输出齿轮12的轴心着力部分，使得输出稳定并降低磨损。输出齿轮12的顶部，通过穿过坐板2，连接扶手1卡死的设定，使整体结构更牢固，并且因为齿轮的持续啮合，使得座椅能够平稳地上升。电机5的输出方向，决定了整个系统的运作方向，同时可以根据电机的输出角度的控制，达到控制座椅起坐高度的作用。

安全结构中，由中间齿轮9依次传递给安全齿轮I10、安全齿轮II11、输出齿轮12，安全齿轮I10和安全齿轮II11作为同级传送，作为控制齿轮的制动。安全齿轮I10同轴连接棘轮7，以右侧传动机构为例，当座椅上升时，安全齿轮I10顺时针旋转，棘轮7顺齿不卡齿。当若出现事故使得座椅打滑突然下落时，棘轮7逆时针转动，棘爪卡住棘轮7，同时由于直接与输出齿轮12连接的中间齿轮9和安全齿轮II11，由安全齿轮I10直接制动，使得制动的即时性更高。安全齿轮II10的另一个作用，是在于当输出齿轮12运行到座椅升高最高点时，输出齿轮12的外接触点只有与中间齿轮9的啮合处，导致当座椅下降时，可能会因为受力不均等因素导致输出齿轮12脱离实际运行轨迹，所以在输出齿轮12的运行轨迹下端准备安全齿轮II11与之在下降时啮合，保障输出齿轮的运行轨迹。

将装置外置于马桶上，当红外传感器15感应识别到有人靠近时，装置自动升起，当人坐上去后按动控制按钮3使小电机6通过绳收起棘爪，并使座椅下降。使用完毕之后，再次按动控制按钮3，座椅上升，识别到人离开后坐板2最后再次下落。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：包括红外传感器、控制器、第一电机、传动机构、坐板和支座，所述传动机构通过三级齿轮传导，使第一电机带动坐板在支座上进行升降；

所述红外传感器与控制器连接，所述控制器与第一电机连接，当红外传感器感应到人体靠近时，控制器控制第一电机启动，带动坐板上升；

所述传动机构包括蜗轮蜗杆减速器、设置在支座上的输入齿轮、中间齿轮、输出齿轮，所述第一电机通过蜗轮蜗杆减速器连接输入齿轮，所述输入齿轮与中间齿轮啮合，所述中间齿轮与输出齿轮啮合，所述输出齿轮带动坐板升降；

所述输出齿轮为拟合了人体起坐轨迹尺寸的弧形结构，所述输出齿轮的外弧线为与中间齿轮啮合的轮齿，所述输出齿轮的内弧线一侧还设有齿轮挡板和滑轮组，作为输出齿轮的轴心着力部分；

还包括安全结构，所述安全结构包括棘轮棘爪结构和安全齿轮组，所述安全齿轮组包括第一安全齿轮和第二安全齿轮，所述第一安全齿轮与中间齿轮、第二安全齿轮啮合，第二安全齿轮与输出齿轮啮合；所述棘轮棘爪结构设置在支座上，包括棘轮、棘爪，以及控制棘爪收缩的第二电机和收缩装置，还包括设置在扶手上的控制按钮；所述第一安全齿轮与棘轮同轴连接，当坐板上升时棘轮顺齿不卡齿，当坐板下降时棘轮卡齿；所述控制按钮控制第二电机启动，使收缩装置带动棘爪收缩，并控制第一电机反转，使坐板下降且棘轮不卡齿。

2.根据权利要求1所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：包括扶手，所述扶手与坐板、输出齿轮连接。

3.根据权利要求1所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：所述控制按钮与控制器连接，当坐板处于低位状态时，按动控制按钮，控制器控制第一电机运转，带动坐板上升，并通过红外传感器进行感应，当感应到人体远离时，控制坐板下降。

4.根据权利要求1所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：所述支座包括第一侧板和第二侧板，所述输入齿轮包括设置在第一侧板上的第一输入齿轮和设置在第二侧板上的第二输入齿轮，所述中间齿轮包括设置在第一侧板上的第一中间齿轮和设置在第二侧板上的第二中间齿轮，所述输出齿轮包括设置在第一侧板上的第一输出齿轮和设置在第二侧板上的第二输出齿轮。

5.根据权利要求1所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：所述控制器通过第一驱动器驱动第一电机运转，通过第二驱动器驱动第二电机运转。

6.根据权利要求1-5任一所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：还包括为红外传感器、控制器、第一电机、第二电机供电的电源及开关。

7.根据权利要求1所述的针对不便人群的马桶助力起坐智能系统，其特征在于：所述第一电机与第二电机均为步进电机。

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