一、项目简介

随着中国老龄化日益严重，老年人生活起居，尤其是独立起居逐渐成为一大困扰，是难题也是需求。

在物联网大环境下我们针对老年人独自起居设计了一套智能可旋转折叠护理床，同时此产品具有极大休闲放松功效以满足上班族等疲惫感得到缓解，目标人群数目可观，市场价值大。

其中功能模块及解决的问题分别如下：

1、床体可通过按键或者语音控制进行折叠与旋转，实现“床姿态”与“轮椅姿态”间切换。解决的问题：老年人上下床困难的、实现最适宜姿态调整等；

2、在“轮椅姿态”通过人为操控可实现小范围空间移动，减少老人在无人看护情况下独自起居频率；为使用者提供最舒适环境等；

3、基于物联网此产品赋予控制中枢，通过语音与按键控制房间内部分家具（如照明开关、窗帘开关等）；同时配备语音播报提醒吃药等功能；

4、床垫经过处理安置有柔性压力薄膜阵列，通过床垫受压情况采集用户使用参数（睡姿、睡眠、枕姿等压力数值分布），生成独立数据库进而实现对用户姿态监测，评估判断并发送预警到看护者，对康复医疗、睡眠优化等有深刻意义。

二、产品机械结构创新设计及工作原理

2.1 整体设计

产品整体纵刨示意图以及产品的使用效果图如图一、图二所示。

2.2 万向轮自锁设计

床的四周采用带伸缩弹簧的万向脚轮，在起到避震作用的同时，还能够使力均匀的分布在四个轮子上，更好地接触地面。而且脚轮外侧有一个由3d打印制作的外壳，里面各固定有一个舵机，舵机摇臂末端固定有一层防滑橡胶，可以通过语音控制或扶手上的控制台来控制其与脚轮的接触，达到刹车自锁的目的（想固定床位置的时候可以轻松固定，当想移动床时，可以轻松推动）。

2.3 转弯原理

床的正下方有两个对称放置的动力轮，利用差速转弯的原理，在减速电机的作用下，可在轮椅状态行进过程中实现转弯。

2.4 滑轨设计

床板主体采用两个“E”字形的方管组成的板，可在下方舱内丝杆的带动下，交错地向中间缩合，让床变成轮椅成为可能。“E”字形中的每根横向方管两侧均配有二节轨，其中的滚珠可以极大地减小“E”字形方管与两侧铁壁的摩擦力，使伸缩过程更顺畅，并且能够很好地固定住“E”字形方管，使其不会脱落、掉下。

2.5 升降装置

床板的两头各有一个升降装置，装置中含有丝杆装置，其通过螺栓与床板两侧相连。在丝杆的牵引作用下，床板可上升、下降，使人更好地，站立、坐下。丝杆的两侧有两个光轴直线导轨，起到限位作用，可以很好地分摊床板在上升下降过程中对丝杆施加的扭力，安全系数得到极大提升。

2.6 旋转装置

旋转功能由一个转盘实现，其核心是涡轮与蜗杆在步进电机作用下配合运动，带动转轴旋转，转轴顶端与座椅固定，这样，座椅便可随之旋转，而且，由于法兰、止推轴承的存在，其承重力有了显著提升。（如图三所示）

2.7 合页装置

每两节座椅之间用两片合页连接，使其可以绕轴旋转。

2.8 伸缩桌板设置

床板一侧的外壳上，装有一个伸缩桌板装置，在轮椅状态下，可由语音或右扶手上的触摸控制台将其唤出，伸缩板的最外侧一节，带有一个类似于高铁、飞机上的圆形凹槽，可用来放置水杯，而且这个圆形凹槽设计可以很好地固定水杯底座，防止行进过程中的颠簸使杯中的水洒出。

三、总体工作原理及其性能

在床模式下，通过语音模块或者右手控制屏，将信号传到控制器，经过解算后将相应的电脉冲发到置于座椅下端的两个伸缩杆电机，伸缩杆接到信号后，床尾下方的伸缩杆开始收缩，将腿部抬高一定角度，而床头下方的伸缩杆同步拉伸，将靠背逐渐调高至人舒适的位置。接下来，置于座椅下方的转盘开始工作。操作控制屏或使用语音，信号发至转盘内部与蜗杆连接的电机上，电机转动，带动蜗杆、涡轮转动，与其相连的转轴也开始转动，转轴上方与一铁板焊接在一起，铁板的另一面与座椅的第二节床板底部焊接在一起，三者同时开始逆时针旋转，这样，通过一个铁板，很好地加大了转盘与座椅之间的接触面积。当座椅转到与床板成90度直角时，旋转角度达到最大，旋转停止，床腿自动放下，与地面组成人腿最舒适的80度角，靠背也与水平面成80度角。当人要起身时，床头尾两侧丝杆的电机收到信号，开始旋转，带动滑台上升，滑台利用螺丝与床板两侧相连，将床板、座椅缓缓抬起，使人不用费很大的力，即可下床。当人离开坐垫后，置于床垫下方的感应模块，感应不到压力，便会把信号传给控制终端，终端发出信号，使座椅下降，变回轮椅状态，方便老人下次坐上轮椅。（总体示意见图七）

若是在轮椅状态下上床，只需正常做上去，然后可以选择使用右手边的操纵杆前进，也可以使用语音或控制屏使其变成床状态。操控杆的具体使用为，前后左右摇摆扶手控制轮椅的行驶方向，摆动的幅度决定速度的快慢。如要变成床状态，只需使用语音或操纵杆边的控制屏，稍加操纵，座椅腿部下方的伸缩杆开始拉伸，当伸缩至座椅腿部与水平面所夹锐角成18度时（高度正好可以让座椅在接下来的旋转过程中不磕碰到床板造成床板损坏），停止收缩，转盘开始旋转，带动座椅顺时针旋转至与床板外侧平行。然后，接下来，腿部伸缩杆收缩，当床尾的小滑轮触碰到床板的瞬间，伸缩杆电机停止工作，使小滑轮沿着床板滑行一段，当小滑轮与床板之间的力减小至近乎为0时，这时，打开伸缩杆电机，伸缩杆开始拉伸，使床逐渐变平，与此同时，置于靠背下方的伸缩杆也开始收缩，使靠背降低、变平，由此，便由轮椅变形成为一张平整、舒适的床。并且，置于床垫下方的感应模块拥有柔性压力薄膜阵列，通过床垫受压情况采集用户使用参数（睡姿、睡眠、枕姿等压力数值分布），生成独立数据库进而实现对用户姿态监测，评估判断并发送预警到看护者，对康复医疗、睡眠优化等方面有深刻意义。

四、研发团队

姚俊豪，郑州大学机械与动力工程学院2019级本科生，项目负责人；

刘德威，郑州大学机械与动力工程学院2018级本科生，负责研究报告的撰写；

刘冬旭，郑州大学电气工程学院2019级本科生，负责产品的建模与装配；

明瑞晔，郑州大学信息工程学院2018级本科生，负责硬件程序设计及调试。

五、所获成果

1、第十三届全国三维数字化创新设计大赛 全国三等奖

2 、 第十三届全国三维数字化创新设计大赛 河南赛区 特等奖