复式楼新型助老上楼装置

帅家鸿 束岩松 曾海卫 王晓凤

摘要：针对老年人上下楼不便的问题，设计了一款复式楼新型助老上楼装置，并就其内部结构和性能效果进行了分析和归纳，为该领域实际运用层面提供了发展方向。该装置操作简单，实用性强可在确保老人安全的情况下让老人得以自助上下楼。

关键词：复式楼;老年人;楼梯;上下楼

中国分类号：TH122     文献标识码：A

0引言

随着人口老龄化不断加剧，社会和家庭对于老年人的关注也越来越密切。而现如今大部分生活于复式楼的高龄老人在日常生活中往往需要雇佣保姆或看护来进行日常起居的照料，致使老人在生活自由度上受到限制，并加大了家庭的雇佣保姆的花销成本。而独自上下楼对于老人来说既危险又费力。因此，日常性的上下楼对于常年生活在复式楼层的老年人来说俨然已成为一种生活问题。

现如今国内外主要有以下几种装置辅助老人上下楼：

（1）爬楼輪椅装置。该装置主要以星轮或履带和轮椅结合的方式，帮助老年人在不同楼层间移动。该装置的优点是轮椅的构造使其具有一定的灵活性，便于移动和存放。然而由于该装置操作难度高，且需要他人辅助以保证其安全性，因此无法实现老人自助爬楼。

（2）牵引扶手装置。该装置主由滑轨和扶手组成。在价格优良的同时也能使老年人实现自助上楼。然而因为使用过程费力并且存在安全性较低的缺点，目前并未在市面上普及。

（3）座椅式爬楼机。该设备不需要人为辅助就可以独自使用，且操作简单易学。但由于装置重心偏高，在运行过程中存在倾翻的风险，所以在安全性方面暂时无法得到保证。

为了更好的解决上述问题，本文介绍了一种简单新颖的复式楼助老上楼装置。该装置可以通过传动电机带动万向节联轴器连接的凸轮转轴进行回转运动;而转轴上的偏心凸轮会随着电机的转动推动升降平台进行往复直线运动，从而协助老人达到自助上楼的目的。

1结构设计及工作原理

1.1结构设计

该装置主要由升降平台、凸台转轴、检测模块、传动电机及控制模块组成。控制模块为整个装置的核心部分，经控制单元控制传动电机通过万向节联轴器带动凸轮转轴进行回转，而凸轮转轴上设置的偏心凸轮会带动升降平台进行复升降。当凸台转轴带动第一阶楼梯踏板上安装的升降平台缓慢上升到达第二阶楼梯踏板高度同时，第二阶楼梯踏板上安装的升降平台从第四阶楼梯踏板高度下降到第二阶楼梯踏板高度，奇数阶楼梯踏板和偶数阶楼梯踏板上安装的升降平台的运动情况分别一致。为了尽可能不破坏房屋地面的同时给凸台足够运动空间，在近地端楼梯踏板上安装的升降平台采用电动推杆驱动。

此外，在每阶楼梯扶手下方设置有光电传感器，老人踏上安装在楼梯踏板上的升降平台，光电传感器识别信号（上升沿）并反馈至控制模块进而伺服电机驱动凸台转轴带动升降平台上升。若老人在行走过程中出现意外，则压力传感器会检测到压力突变因而立即切断装置电源，使装置停止运行，保障老年人的安全。

1.2工作原理

当老人到达助老上楼装置时，会遮挡扶手上的光电感应器，既而将触发信号传入反馈单元，最终再由控制单元通过电机控制凸轮转轴进行回转运动。在转轴上设有若干相角相差180度的偏心凸轮并等距排放。凸轮与升降平板下端曲面接触，在电机转动时奇偶升降板将一次交替往复进行竖直方向升降，以此帮助老人将上楼的过程转变为平地直线行走的运动，降低老年人爬楼的难度和风险。

2 升降平台设计

升降平台所采用的材料是45 钢，其密度为7.85g/cm3，弹性模量为210GPa，泊松比为0.31，具有力学性能优良的特点。

以质量 200Kg、重力加速度 g=10m/s2的情况下计算，为了保证装置在使用过程中的安全性，升降板在工作过程中至少需要承受2000N的垂直压力。而通过有限元分析结果显示，在这种情况下，升降平板受到的最大应力为 1.674MPa，最大变形量为 0.00134442mm，其数值均在允许范围之内，因此该装置安全性可以得到保障。

3控制模块设计

控制模块主要包含硬件连接和软件编程两部分。其中，硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板。而软件部分则采用Arduino IDE进行编程。只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，便可实现对装置各个部分的控制。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，因此需要采用光电传感器采样老人上楼信号。板子上的微控制器可以通过 Arduino 的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino 的编程可以通过Arduino编程语言 （基于 Wiring）和Arduino开发环境（基于 Processing）来实现。

4 优势与运用

4.1优势

本装置相较于其他同类型设备主有以下几种优势：

（1）本装置不需要人工协助即可实现自动爬楼的功能。相较于市面上大多半自动辅助爬楼机更加轻松便捷，能满足独居老人正常生活需求。

（2）该设备能在不破坏房屋现有结构的情况下安装使用。由于助老爬楼装置保留了台梯式结构，仅通过升降板的往返运动即可实现爬楼抬升的功能。因此不需要像升降梯一样对房屋楼梯结构进行改动。

（3）本产品安全性高。目前市面上现有的助老上楼器普遍存在乘坐时重心偏低，存在发生倾翻的风险。本产品有效规避了乘坐稳定性低的缺点，采用垂直升降的方式避免了平移易倾翻的风险。并且在每层升降板下都安装有压力传感器。一但感应到老人没站稳即可触发急停装置，保证老年人的安全。

（4）本产品操作便捷，通过光电感应和压力传感自动调控升降器的运行。在确保安全的同时极大的降低了操作难度，让老年人得以简单便捷的实现自助爬楼。

（5）相較于市场现有的助老上楼装置，该产品运行时更稳定。现有自动上楼装置主要采用滑轨移动的方式进行平移抬升，然而运行颠簸同样也是该类装置的一大弊病。本产品通过凸台与升降台下端曲面接触，使升降过程更加平稳，避免了抬升时的颠簸问题。

4.2 运用

目前市面上现存的助老上楼器大多需要他人协助访客完成安全上楼的过程。不但操作复杂，还费时费力。而不需要他人干预即可自助使用的自动化上楼机不仅价格昂贵，还存在倾翻风险。不但如此，在原有复试楼层安装还可能破坏房屋现有结构，极为不便。而我们的新型助老上楼机完美规避掉了这些弊病。通过传动电机与万向节联轴器的配合，使转轴和上面的凸轮共同转动，达到让升降板往返升降的目的，从而帮助老人自助上楼。该装置操作便捷，采用自动感应的方式，让老年人可以独自便捷，安全带进行楼层间的移动。面对复试楼层的用户或者家有独居老人的家庭具有较强的市场竞争力，适合大面积推广。

5 缺陷与改进

经过物理实验发现，该装置尚存在以下几种问题有待改善：

（1）该装置过于灵敏，只要感应到遮挡物就会自行启动。所以应当适当降低装置灵敏度，并与升降板上压力传感器相配合;即当压力传感器和光电传感器同时接触到信号时才启动装置，防止误触发生。

（2）该装置两降板间与踏板之间存在较大间隙，在升降的过程中可能会被卡住，造成危险。可以通过在间隙下添加挡板的方式解决，防止儿童或老人上下楼梯时被夹。

6结论

针对复式楼独居老人上楼困难的问题，并结合目前市场上助老上楼设备所存在的缺陷，本文讨论并分析了一种新型助老上楼装置。该装置通过扶手内安装的光电传感器感应遮挡物，再将所得信号反馈到电机及相关控制单元内，最后通过驱动凸台轴及上面的凸轮配合升降板完成往复升降运动，以达到自助上楼的目的。该装置既保留了升降过程的安全性，又能满足老年人或残障人士独自上楼的需求。操作简单，安装方便，十分适合在当前市场推广。本文通过对助老上楼装置的性能结构进行的分析，对比得出了该装置相较其他装置的优势，同时也指出来目前尚且存在的不足之处和改进方向。为之后其他助老上楼设备的设计提供了有效参考。

参考文献

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