一种老人起床就寝一体式辅助机的制作方法

本发明涉及一种老人起床就寝一体式辅助机。

背景技术：

随着社会老龄化的加剧，社会上老人越来越多，老人四肢协调能力减弱，导致老人起身或睡下往往有一定困难，例如肌肉无力支撑起身动作、起身过程中脑部血压下降导致眩晕、蹲下、躺倒容易跌倒等问题，使得老人难以独自完成起床、躺下以及穿脱衣裤，一旦摔倒后果不堪设想，因此老人独自起床、躺下以及穿脱衣具有一定的危险。因此，急需相关工具辅助老人安全的完成起卧穿脱裤动作。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种可以辅助使用者起卧床、穿脱裤、安全方便的老人起卧穿脱裤一体式辅助机。

本发明所述的一种老人起床就寝一体式辅助机，其特征在于，包括：

起卧单元，包括背部抬升机构、扶手联动升降机构以及腿板下放机构，所述背部抬升机构包括底座、背板起升部以及背板，所述底座的上部设有一前高后低的安装平面，用于安装背板起升部；所述背板起升部安装于底座的安装面，并且背板起升部的起升端与背板的底部相连，用于驱动背板的后部起升；所述背板安装于背板起升部的上部起升端，用于托举使用者的背部使其同步起升；所述扶手联动升降机构包括坐板、扶手联动装置和扶手，所述坐板的后部与背板的前部铰接，坐板的两侧各设有一滑槽，用于收纳扶手；所述扶手联动装置包括滑动部和起升部，所述滑动部的顶部安装扶手，底部插入滑槽内，并与之滑动配合；所述起升部的前端固装在腿板下放机构的后部，后端向上翘起形成顶起端，用于顶起扶手使其向上翻起；所述腿板下放机构包括腿板、多级传动连杆组件、气弹簧和水平推动装置，所述腿板的后部与坐板的前部铰接；所述多级传动连杆组件的上端与腿板的底部铰接，下端与水平推动装置的推动端滑动连接，用于放下或抬升腿板；所述水平推动装置的后端与背板起升部的下部活动端铰接，前端作为推动端与多级传动连杆组件的下端铰接，用于放下腿板；所述气弹簧的水平活动端与多级传动连杆组件的下端铰接，用于自动实现腿板的撑平；

穿脱裤单元，设置在腿板下方机构的下方，包括基板、至少一对撑腰升降机构、至少一对裤腿支撑机构和位置调节机构，所述基板具有一水平的安装面，并且安装面上设有安装轨道，用于安装裤腿支撑机构；所述撑腰升降机构分别对称设置在基板的两侧，包括立架、升降装置和撑腰架，立架垂直安装于基板上，用于支撑升降装置；所述升降装置包括固定导向部和升降部，其中固定导向部安装于立架上，升降部滑动安装于固定部，升降部上安装固定裤子腰部的撑腰架，并保持两撑腰架正对，用于带动裤子的腰部升降以实现穿脱裤；所述裤腿支撑机构并排设置于两立架之间的基板上，包括裤腿夹具、推动机构和踏板机构，所述裤腿夹具包括仿裤筒卡合部和仿裤筒夹紧部，所述仿裤筒卡合部的底部安装在基板的安装轨道上，上部设有卡合部，用于卡在使用者小腿后部并与小腿贴合；所述仿裤筒夹紧部的底部安装在推动机构的活动部，上部设有可卡在卡合部的外部的夹紧支撑夹具，用于以实现裤腿的夹紧或放松；所述推动机构包括安装框架和水平推动组件，所述安装框架安装于卡合部下方的安装轨道上，用于安装水平推动组件；所述水平推动组件滑动设置于安装框架内，并且水平推动组件的前端伸出安装框架外形成施力端，用于与踏板机构配合；所述水平推动组件的侧面与夹紧支撑夹具的侧面相连，用于带动夹紧支撑夹具移动以调整夹紧支撑夹具与仿裤筒卡合部之间的距离；所述踏板机构包括踏板和楔形推动块，楔形推动块安装于水平推动组件的前端，踏板的后端铰接在安装轨道上，前端延伸至楔形推动块的正上方，通过控制踏板带动水平推动组件的运动；所述位置调整机构包括第三步进电机、第二丝杠和连接骨架，所述第三步进电机安装在背部抬升机构的底座前端，并保持第三步进电机和第二丝杠均沿推动机构的运动方向布置，且所述第三步进电机的输出轴与第二丝杠一端相连；第二丝杠上套设滑动螺母，且滑动螺母与第二丝杠螺接，使得第二丝杠在第三步进电机驱动下周向转动时，滑动螺母沿第二丝杠轴向移动；所述连接骨架的后端与滑动螺母固接，前端与撑腰升降机构的立架固接，用于同步带动基板以及撑腰升降机构沿第二丝杠轴向往复移动以调整踏板机构的位置；

以及控制单元，包括控制器和人机交互模块，所述控制器的信号输出端通过控制电路与背板起升部的信号输入端、所述撑腰升降机构的升降装置信号输入端以及所述位置调整机构的信号输入端电连接，所述控制器的信号输入端与人机交互装置的信号输出端信号或电连接，用于控制背部抬升机构、腿板下放机构、撑腰升降机构以及踏板机构的运动；所述控制电路上设有电源开关，用于控制整个辅助机的通断。

所述背板起升部包括背板步进电机、丝杠螺母副、线性导轨、滑动连杆和人字形连杆，所述背板步进电机安装于底座的安装平面的前部，并且所述背板步进电机的输出端与丝杠螺母副的丝杠的前端相连，用于驱动丝杠螺母副的丝杠转动；所述丝杠螺母副包括丝杠、螺母以及支撑轴承，所述丝杠、所述光轴的两端部分别通过相应的支撑轴承架装于安装平面表面，并且丝杠的前端与背板步进电机的输出端相连，螺母套设在丝杠的外部，并与丝杠螺接，使得丝杠绕自身中心轴旋转时螺母沿丝杠轴向移动；所述线性导轨包括光轴、线性轴承和光轴支撑座组成，线性轴承可以沿光轴轴向自由移动，光轴由光轴支撑座支撑在安装平面上；所述滑动连杆与丝杠垂直，滑动连杆的两端套设在光轴上，并与光轴上带有法兰的线性轴承固连，用于实现丝杠螺母和光轴上的线性轴承同步移动；所述人字形连杆包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一连杆的底端铰接在滑动连杆上，上端通过关节接头与其余两连杆铰接；第二连杆的底端铰接在底座的前部，上端铰接在第一连杆的上端和第三连杆的底端；第三连杆的底端与其余两连杆铰接，上端通过关节轴承与背板铰接，使得第一连杆随滑动连杆移动过程中，第一连杆的上端支撑背板抬升或下降，其中丝杠螺母副的螺母移动至丝杠的后端时，背板与坐板处于同一水平面上。

所述背板包括主背板和两块侧背板，所述主背板的两侧分别铰接一块侧背板，主背板的前端与坐板的后端铰接；所述人字形连杆共两套，两套人字形连杆的下端分别对称铰接在滑动连杆的两端，并且人字形连杆的上端分别通过相应的关节轴承铰接在同侧的侧背板底部。

所述扶手联动装置为两套，滑动部包括至少一对第一滑杆，同一对所述第一滑杆正对布置，并且两第一滑杆直接留有空隙，用于供起升部通过；第一滑杆的上端安装扶手，第一滑杆的下部插入坐板的滑槽内，并与之滑动配合；所述起升部包括第一推杆和滚轮，所述第一推杆为“象牙”型结构，前端铰接在腿板的底部，后端向上翘起形成推动扶手的推动端，在第一推杆的后端安装用于减少第一推杆和扶手之间摩擦力的滚轮，其中坐板和腿板处于同一水平面时，第一推杆的推动端的滚轮与扶手不接触，腿板下放时滚轮与扶手接触并推动扶手从坐板的滑槽内升起。

所述多级传动连杆组件包括第一腿板连杆、长销轴、第二腿板连杆，其中所述第一腿板连杆的上端与腿板的底部铰接，第一腿板连杆的下端与长销轴铰接；长销轴的两端各铰接一根第二腿板连杆，第二腿板连杆的转交处与固定铰支的上端铰接，所述第二腿板连杆的下端分别与气弹簧的水平活动端、水平推动装置的前端滑动连接；所述水平推动装置的前端运动方向、气弹簧的水平活动端的运动方向相向或反向；所述水平推动装置包括第二推杆、推杆固定套筒、滑动套筒、第三推杆和接头，所述第二推杆的后端垂直，并且的外部套设滑动套筒；滑动套筒与滑动连杆铰接；所述第二推杆的前端插入推杆套筒内，二者形成滑动副，使得第二推杆沿推杆套筒轴向伸缩，且第二推杆伸缩过程中，滑动套筒沿第二推杆竖直升降；所述第三推杆的后端插入推杆固定套筒内，二者滑动连接，第三推杆的前端在第二腿板连杆的下端滑槽中水平滑动，并且第三推杆和气弹簧同轴；所述第二推杆插入推杆套筒的最大长度和第三推杆插入推杆固定套筒的最大长度之和大于推杆固定套筒的总长度，使得腿板滞后于背板运动。在背板平放时第一连杆和第三连杆呈直线，背板抬起完全时第二连杆和第三连杆呈直线，形成两种状态时分别自锁。

第一连杆为两段，下段的下端与螺母相连，上段和背板的侧背板通过关节轴承相连，第二连杆与底部静止的底座相连；其中在背板平放时第一连杆的下段和上段呈直线，背板抬起完全时第二连杆和上段呈直线，形成两种状态时分别自锁。

所述安装轨道共两套，每套所述安装轨道包括横向轨道和竖向轨道，其中所述横向轨道沿基板的长度方向布置，用于安装踏板和仿裤筒卡合部；竖向轨道沿基板的宽度方向布置，并保持横向轨道和竖向轨道彼此垂直，用于安装水平推动组件；

所述升降装置包括第一步进电机、滚珠丝杠以及滑块，所述第一步进电机安装在立架的底部，所述第一步进电机的信号输入端与所述控制器的信号输出端电连接，用于在控制器的控制下驱动滚珠丝杠转动；所述滚珠丝杠垂直安装于立架上，下端与第一步进电机的输出端相连；所述滑块上安装撑裤架，并保持两套撑裤架正对，所述滑块套设在滚珠丝杠的外部，并与之螺接，使得滑块在滚珠丝杠转动时沿滚珠丝杠轴向升降。

所述仿裤筒卡合部包括底座、连接弯杆和作为卡合部的弹性卡套，所述连接弯杆的下端通过底座固装在横向轨道上，连接弯杆的顶部安装弹性卡套，并且两套仿裤筒卡合部的弹性卡套位于同一侧；所述弹性卡套的外形为仿人体小腿的弧形套，并保持弧形套的卡入口均面向使用者的小腿后部，弹性卡套上设有多个矩形卡槽，用于与夹紧支撑夹具配合；

所述仿裤筒夹紧部包括夹紧支撑夹具和作为活动部的连接杆，所述夹紧支撑夹具的前部设有可卡在弹性卡套外部的弧形结构，并且夹紧支撑夹具的前端面设有可卡入弹性卡套矩形卡槽内的卡块，通过调整夹紧支撑夹具与弹性卡套之间的距离调整卡块的卡入深度；所述连接杆为两根，其上端分别安装夹紧支撑夹具的两端，下端分别与水平推动组件的活动部相连，通过水平推动组件的活动部的运动带动夹紧支撑夹具的运动以调整夹紧支撑夹具与弹性卡套之间的距离。

所述推动机构的安装框架安装为一矩形框，并且安装框架的前端板上设有供水平推动组件的前端贯穿的通孔；安装框架的两侧板上各设有一条沿侧板长度方向布置的滑槽；

所述水平推动组件包括推动按钮、摇杆、滚子、螺杆以及回位压簧，所述推动按钮的两侧分别对应安装一根短连杆，短连杆的外端从安装框架对应的滑槽穿出后与同侧的连接杆下端固连，推动按钮的表面设有沟槽，并且沟槽的前端位于安装框架的前端，沟槽的后端内陷，形成锁紧位；所述摇杆的第一端铰接在安装框架的前端板上，第二端安装可插入沟槽内的滚子，使得滚子在摇杆的拉动下可沿沟槽轮廓滑动，且滚子滑入沟槽的顶端或锁紧位时，实现推动按钮与安装框架之间的相对固定；所述螺杆插接在安装框架前端板的通孔处，保持螺杆沿竖向轨道方向布置，螺杆的内端与推动按钮的前端固连，外端穿出安装框架后向前延伸形成施力端，用于与踏板机构配合；所述回位压簧套设在位于安装框架前端面与推动按钮之间的螺杆上，其前端抵在安装框架前端部的内端面，后端抵在推动按钮的前端面处，用于实现推动按钮的回位。

所述楔形推动块安装在螺杆的前端，其底部滑动安装于竖向轨道上，使得楔形推动块带动螺杆沿竖向轨道轴向滑动；楔形推动块的表面设有一倾斜的推动面，并且推动面的前端高度低于推动面后端的高度；所述踏板的底部安装一滚轮，滚轮按压在楔形推动块的推动面上，通过调整滚轮按压在推动面上的压力调整楔形推动块的位置。

所述的安装轨道还包括横梁，所述横梁水平架装在同一组竖向轨道的上方，使得踏板处于水平踩踏状态下，踏板的底部刚好与横梁表面接触，以支撑在踏板的底部。

本发明的有益效果是：

1)起卧单元的设计符合人体工学且便于操作。床板分为三块——靠背、坐板、腿板，利用模块化床板、多个连杆机构，通过步进电机驱动，实现整体从背板、腿板到扶手一体化联动。老人起床时，按下“起床”按钮，背板抬升70°，腿板滞后放下110°，扶手抬升，辅助老人起床。老人就寝时，按下“放平”按钮，背板、腿板放平，扶手下降，辅助老人就寝；

2)靠背通过三连杆机构控制升降，三连杆运动中两个极限位置位于死点，以此增加靠背稳定性；坐板两旁设有扶手，腿板下放时，机构联动带动扶手上升，保护老人安全，方便起床；腿板底下连杆加装气弹簧，增加腿板运动弹性，使腿板的控制和固定更加稳定；

3)操作简单方便，其电机受一个控制界面简单的控制器控制，通过靠背部分和腿板部分的联动机构，当靠背升起时腿板会在一定时间后自动下放，设计巧妙方便；

4)穿脱裤单元符合人体工学的裤腿支撑机构和撑腰升降机构，可分别通过操控裤腿支撑机构和撑腰升降机构实现夹紧裤腿和撑开裤腰的动作。老人进入机构后，左右脚分别踩入踏板，将裤腿夹紧，然后利用撑腰升降机构的撑腰架将裤腰部分撑开，撑腰升降机构可调整高度，最后启动机构实现脱裤子；穿裤子过程与脱裤子过程相仿，再次触发裤腿支撑机构便可放松裤腿夹具，机构运动结束后，老年人走出机构即可；

5)该装置采用步进电机控制滚珠丝杠，实现了操作简单、使用稳定的目的，帮助老年人解决了穿脱裤难的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明的背板抬升机构(抬起状态)结构图。

图3本发明的背板抬升机构(放平状态)结构图。

图4本发明的扶手联动升降机构结构图。

图5本发明的腿板与第一推杆结构图。

图6本发明的腿板下放机构(放平状态)结构图。

图7本发明的腿板下放机构(下放状态)结构图。

图8是本发明的穿脱裤单元结构图。

图9是本发明的撑腰升降机构结构图。

图10是本发明的仿裤筒卡合部结构图。

图11是本发明的仿裤筒夹紧部结构图。

图12是本发明的推动机构结构图。

图13是本发明的踏板机构放松状态图。

图14是本发明的踏板机构夹紧状态图。

图15是本发明的位置调整机构结构图。

图16是本发明的推动按钮的沟槽正面图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种老人起床就寝一体式辅助机，包括：

起卧单元1，包括背部抬升机构11、扶手联动升降机构12以及腿板下放机构13，所述背部抬升机构11包括底座111、背板起升部112以及背板113，所述底座111的上部设有一前高后低的安装平面，用于安装背板起升部；所述背板起升部112安装于底座的安装面，并且背板起升部112的起升端与背板113的底部相连，用于驱动背板的后部起升；所述背板113安装于背板起升部的上部起升端，用于托举使用者的背部使其同步起升；所述扶手联动升降机构12包括坐板121、扶手联动装置122和扶手123，所述坐板121的后部与背板113的前部铰接，坐板121的两侧各设有一滑槽1211，用于收纳扶手；所述扶手联动装置122包括滑动部和起升部，所述滑动部的顶部安装扶手，底部插入滑槽内，并与之滑动配合；所述起升部的前端固装在腿板下放机构的后部，后端向上翘起形成顶起端，用于顶起扶手使其向上翻起；所述腿板下放机构13包括腿板131、多级传动连杆组件132、气弹簧133和水平推动装置134，所述腿板131的后部与坐板的前部铰接；所述多级传动连杆组件132的上端与腿板131的底部铰接，下端与水平推动装置134的推动端滑动连接，用于放下或抬升腿板；所述水平推动装置134的后端与背板起升部的下部活动端铰接，前端作为推动端与多级传动连杆组件的下端铰接，用于放下腿板；所述气弹簧133的水平活动端与多级传动连杆组件的下端铰接，用于自动实现腿板的撑平；

穿脱裤单元2，设置在腿板下方机构的下方，包括基板21、至少一对撑腰升降机构22、至少一对裤腿支撑机构23和位置调节机构24，所述基板21具有一水平的安装面，并且安装面上设有安装轨道211，用于安装裤腿支撑机构；所述撑腰升降机构22分别对称设置在基板21的两侧，包括立架221、升降装置222和撑腰架223，立架221垂直安装于基板21上，用于支撑升降装置；所述升降装置222包括固定导向部和升降部，其中固定导向部安装于立架221上，升降部滑动安装于固定部，升降部上安装固定裤子腰部的撑腰架223，并保持两撑腰架正对，用于带动裤子的腰部升降以实现穿脱裤；所述裤腿支撑机构23并排设置于两立架之间的基板21上，包括裤腿夹具231、推动机构232和踏板机构233，所述裤腿夹具231包括仿裤筒卡合部和仿裤筒夹紧部，所述仿裤筒卡合部的底部安装在基板的安装轨道上，上部设有卡合部，用于卡在使用者小腿后部并与小腿贴合；所述仿裤筒夹紧部的底部安装在推动机构的活动部，上部设有可卡在卡合部的外部的夹紧支撑夹具，用于以实现裤腿的支撑或放松；所述推动机构232包括安装框架2321和水平推动组件2322，所述安装框架安装于卡合部下方的安装轨道上，用于安装水平推动组件；所述水平推动组件2322滑动设置于安装框架内，并且水平推动组件的前端伸出安装框架外形成施力端，用于与踏板机构配合；所述水平推动组件2322的侧面与夹紧支撑夹具的底部相连，用于带动夹紧支撑夹具移动以调整夹紧支撑夹具与仿裤筒夹紧部之间的距离；所述踏板机构233包括踏板2331和楔形推动块2332，楔形推动块2332安装于水平推动组件的前端，踏板的后端铰接在安装轨道上，前端延伸至楔形推动块的正上方，通过控制踏板带动水平推动组件的运动；所述位置调整机构24包括第三步进电机241、第三丝杠242和连接骨架243，所述第三步进电机241安装在背部抬升机构11的底座111前端，并保持第三步进电机241和第三丝杠242均沿推动机构的运动方向布置，且所述第三步进电机241的输出轴与第三丝杠242一端相连；第三丝杠242上套设滑动螺母，且滑动螺母与第三丝杠242螺接，使得第三丝杠242在第三步进电机241驱动下周向转动时，滑动螺母沿第三丝杠轴向移动；所述连接骨架243的后端与滑动螺母固接，前端与撑腰升降机构的立架固接，用于同步带动基板以及撑腰升降机构沿第三丝杠轴向往复移动以调整踏板机构的位置；

以及控制单元，包括控制器和人机交互模块，所述控制器的信号输出端通过控制电路与背板起升部的信号输入端、所述撑腰升降机构的升降装置信号输入端以及所述位置调整机构的信号输入端电连接，所述控制器的信号输入端与人机交互装置的信号输出端信号或电连接，用于控制背部抬升机构、腿板下放机构、撑腰升降机构以及踏板机构的运动；所述控制电路上设有电源开关，用于控制整个辅助机的通断。

所述背板起升部112包括背板步进电机1121、丝杠螺母副1122、线性导轨1123、滑动连杆1124和人字形连杆1125，所述背板步进电机1121安装于底座111的安装平面的前部，并且所述背板步进电机1121的输出端与丝杠螺母副1122的第一丝杠11221的前端相连，用于驱动丝杠螺母副的第一丝杠11221转动；所述丝杠螺母副包括第一丝杠11221、螺母11222以及支撑轴承11223，所述第一丝杠11221、所述丝杠11221的两端部分别通过相应的支撑轴承架11223装于安装平面表面，并且第一丝杠11221的前端与背板步进电机1121的输出端相连，螺母11222套设在第一丝杠11221的外部，并与第一丝杠11221螺接，使得第一丝杠11221绕自身中心轴旋转时螺母11222沿第一丝杠轴向移动；所述线性导轨1123包括光轴11231、线性轴承11232和光轴支撑座11233组成，线性轴承11232可以沿光轴轴向自由移动，光轴11231由光轴支撑座11233支撑在安装平面上；所述滑动连杆1124与第一丝杠11221垂直，滑动丝杠1124的两端套设在光轴1123上，并与光轴11231上带有法兰的线性轴承11232固连，用于实现丝杠螺母和光轴上的线性轴承同步移动；所述人字形连杆1125包括第一连杆11251、第二连杆11252和第三连杆11253，第一连杆的底端铰接在滑动连杆上，上端通过关节接头11254与其余连杆铰接；第二连杆的底端铰接在底座的前部，上端铰接在第一连杆的上端和第三连杆11253的底端；第三连杆1253的底端与其余两连杆铰接，上端通过关节轴承1255与背板13铰接，使得第一连杆随滑动连杆移动过程中，第三连杆的上端支撑背板抬升或下降，其中丝杠螺母副的螺母移动至第一丝杠的后端时，背板与坐板处于同一水平面上。

所述背板113包括主背板1131和两块侧背板1132，所述主背板1131的两侧分别铰接一块侧背板1132，主背板1131的前端与坐板的后端铰接；所述人字形连杆共两套，两套人字形连杆的下端分别对称铰接在滑动连杆的两端，并且人字形连杆的上端分别通过相应的关节轴承铰接在同侧的侧背板底部。

所述扶手联动装置122为两套，滑动部包括至少一对第一滑杆1221，同一对所述第一滑杆正对布置，并且两第一滑杆直接留有空隙，用于供起升部通过；第一滑杆的上端安装扶手1222，第一滑杆的下部插入坐板的滑槽内，并与之滑动配合；所述起升部包括第一推杆1223和滚轮1224，所述第一推杆1223为“象牙”型结构，前端铰接在腿板的底部，后端向上翘起形成推动扶手的推动端，在第一推杆的后端安装用于减少第一推杆和扶手之间摩擦力的滚轮，其中坐板和腿板处于同一水平面时，第一推杆的推动端的滚轮与扶手不接触，腿板下放时滚轮与扶手接触并推动扶手从坐板的滑槽内升起。

所述多级传动连杆组件132包括第一腿板连杆1321、长销轴1322、第二腿板连杆1323，其中所述第一腿板连杆1321的上端与腿板的底部铰接，第一腿板连杆1321的下端与长销轴1322铰接；长销轴1322的两端各铰接一根第二腿板连杆1323，第二腿板连杆1323的下转角处与固定铰支1325铰接，所述第二腿板连杆1323的下端分别与气弹簧133的水平活动端、水平推动装置的前端滑动连接；所述水平推动装置的前端运动方向、气弹簧133的水平活动端的运动方向相向或反向；所述水平推动装置134包括第二推杆1341、推杆固定套筒1342、滑动套筒1343、第三推杆1344和接头1345，所述第二推杆1341的后端垂直，并且外部套设滑动套筒1343；滑动套筒1343与滑动连杆1124铰接；所述第二推杆1341的前端插入推杆套筒1342内，二者形成滑动副，使得第二推杆1341沿推杆套筒1342轴向伸缩，且第二推杆1341伸缩过程中，滑动套筒1343沿第二推杆竖直升降；所述第三推杆1344的后端插入推杆固定套筒1342内，二者滑动连接，第三推杆1344的前端在第二腿板连杆1323的下端滑槽中水平滑动，并且第三推杆1344和气弹簧同轴；所述第二推杆1341插入推杆固定套筒1342的最大长度和第三推杆插入推杆固定套筒的最大长度之和大于推杆套筒的总长度，使得腿板131滞后于背板运动。在背板113平放时第一连杆和第三连杆呈直线，背板抬起完全时第二连杆和第三连杆呈直线，形成两种状态时分别自锁。

第一连杆11251为两段，下段的下端与螺母相连，上段和背板的侧背板通过关节轴承相连，第二连杆与底部静止的底座相连；其中在背板平放时第一连杆的下段和上段呈直线，背板抬起完全时第二连杆和上段呈直线，形成两种状态时分别自锁。

所述安装轨道211共两套，每套所述安装轨道包括横向轨道2111和竖向轨道2112，其中所述横向轨道2111沿基板21的长度方向布置，用于安装踏板和仿裤筒卡合部；竖向轨道2112沿基板的宽度方向布置，并保持横向轨道和竖向轨道彼此垂直，用于安装水平推动组件；

所述升降装置222包括第一步进电机2221、滚珠丝杠2222以及滑块2223，所述第一步进电机2221安装在立架的底部，所述第一步进电机2221的信号输入端与所述控制器的信号输出端电连接，用于在控制器的控制下驱动滚珠丝杠转动；所述滚珠丝杠2222垂直安装于立架上，下端与第一步进电机2221的输出端相连；所述滑块2223上安装撑裤架，并保持两套撑裤架正对，所述滑块2223套设在滚珠丝杠的外部，并与之螺接，使得滑块2223在滚珠丝杠2222转动时沿滚珠丝杠轴向升降。

所述仿裤筒卡合部包括底架2311、连接弯杆2312和作为卡合部的弹性卡套2313，所述连接弯杆2312的下端通过底架固装在横向轨道上，连接弯杆的顶部安装弹性卡套，并且两套仿裤筒卡合部的弹性卡套位于同一侧；所述弹性卡套的外形为仿人体小腿的弧形套，并保持弧形套的卡入口均面向使用者的小腿后部，弹性卡套上设有多个矩形卡槽，用于与夹紧支撑夹具配合；

所述仿裤筒夹紧部包括夹紧支撑夹具2314和作为活动部的连接杆2315，所述夹紧支撑夹具2314的前部设有可卡在弹性卡套外部的弧形结构，并且夹紧支撑夹具的前端面设有可卡入弹性卡套矩形卡槽内的卡块2316，通过调整夹紧支撑夹具与弹性卡套之间的距离调整卡块的卡入深度；所述连接杆2315为两根，其上端分别安装夹紧支撑夹具的两端，下端分别与水平推动组件的活动部相连，通过水平推动组件的活动部的运动带动夹紧支撑夹具的运动以调整夹紧支撑夹具与弹性卡套之间的距离。

所述推动机构232的安装框架安装为一矩形框，并且安装框架的前端板上设有供水平推动组件的前端贯穿的通孔；安装框架的两侧板上各设有一条沿侧板长度方向布置的滑槽；

所述水平推动组件2322包括推动按钮23221、摇杆23222、滚子23223、螺杆23224以及回位压簧23225，所述推动按钮的两侧分别对应安装一根短连杆，短连杆的外端从安装框架对应的滑槽穿出后与同侧的连接杆下端固连，推动按钮的表面设有沟槽，并且沟槽的前端位于安装框架的前端，沟槽的后端内陷，形成锁紧位；所述摇杆的第一端铰接在安装框架的前端板上，第二端安装可插入沟槽内的滚子，使得滚子在摇杆的拉动下可沿沟槽轮廓滑动，且滚子滑入沟槽的顶端或锁紧位时，实现推动按钮与安装框架之间的相对固定；所述螺杆插接在安装框架前端板的通孔处，保持螺杆沿竖向轨道方向布置，螺杆的内端与推动按钮的前端固连，外端穿出安装框架后向前延伸形成施力端，用于与踏板机构配合；所述回位压簧套设在位于安装框架前端面与推动按钮之间的螺杆上，其前端抵在安装框架前端部的内端面，后端抵在推动按钮的前端面处，用于实现推动按钮的回位。

所述楔形推动块2332安装在螺杆的前端，其底部滑动安装于竖向轨道上，使得楔形推动块带动螺杆沿竖向轨道轴向滑动；楔形推动块的表面设有一倾斜的推动面，并且推动面的前端高度低于推动面后端的高度；所述踏板2331的底部安装一滚轮2333，滚轮2333按压在楔形推动块的推动面上，通过调整滚轮按压在推动面上的压力调整楔形推动块的位置。

所述的安装轨道211还包括横梁2113，所述横梁水平架装在同一组竖向轨道的上方，使得踏板处于水平踩踏状态下，踏板的底部刚好与横梁表面接触，以支撑在踏板的底部。

实施例2本发明所述的一种老人起床就寝一体式辅助机，包括起卧单元1、穿脱裤单元2和控制单元，所述起卧单元1包括背部抬升机构11、扶手联动升降机构12以及腿板下放机构13，所述穿脱裤单元设置在腿板下方机构的下方，包括基板、至少一对撑腰升降机构、至少一对裤腿支撑机构和位置调节机构，所述控制单元包括控制器和人机交互模块；

背板抬升机构：如图2所示，背板，包括主背板、侧背板，采用“三段式”设计，各块板间采用铰链连接。其中侧方的两块侧背板能首先翻起45度，再抬起主背板，起到保护老人的作用，在抬升机构启动时，背板会首先抬起，让老人到安全位置，避免在抬升或下降过程中老人摔出床外，如图3。

背板抬升的动力来源是背板步进电机，用电机通过驱动丝杠上的螺母运动，滑动连杆用螺栓组将螺母相连，螺母从而带动两侧光轴上的螺母同步运动，螺母带动人字形连杆推动背板起升，人字形连杆的第一连杆为两段，下段的下端与螺母相连，上段和背板的侧背板通过关节轴承相连，第二连杆与底部静止的底座相连。其中在背板平放(如图3)(即床平躺状态)时第一连杆的下段和上段呈直线，背板抬起完全时第二连杆和上段呈直线，形成两种状态时分别自锁，可靠性较高。底座的安装平面巧妙地设计成斜坡，让背板抬升机构置于床背板正下方。避免因机构太长，占用床外部空间，给安装和使用带来不便。

扶手联动升降机构：如图4所示，床的坐板两侧分别开一块矩形槽，余下的矩形材料作为助老床的自动升降的扶手，扶手和坐板通过多根第一滑杆连接，第一滑杆能够在坐板轨道内滑动。在腿板下方设计安装两根“象牙”型的第一推杆(具体结构见图5)，使得第一推杆和扶手处在同一竖直平面内，第一推杆上安装滚轮，以减少推杆与扶手相对运动时的摩擦。当腿板下放至一定位置时，“象牙”型的第一推杆上的滚轮与扶手接触，当腿板继续下放时，“象牙”推杆上的滚轮顶起扶手，实现了在老人需要下床时，扶手通过腿板的下放，联动上升。在老人上床完毕，需要放平床板时，腿板趋于放平，“象牙”型的第一推杆上的滚轮松开扶手，扶手通过自重回到坐板的矩形槽内，实现扶手自动下降的功能。

腿板下放机构：如图6所示，腿板下放机构主要由第一腿板连杆、第二腿板连杆、长销轴、固定铰支、气弹簧和水平推动装置组成，其中气弹簧被压紧，给接头持续向左的作用力，从而通过连杆将腿板撑平。当有水平推动装置推动接头向右时，继续压缩气弹簧，腿板被下放，当驱动力移去时，接头在气弹簧作用下又向左运动，带动腿板上升放平。水平推动装置在两侧由背板步进电机同时对称驱动，由于两边驱动对称，这里介绍一侧，另一侧同理。水平推动装置主要由第二推杆、推杆固定套筒、滑动套筒、第三推杆和接头组成，其中第三推杆与接头螺纹连接，第二推杆外部设有滑动套筒，滑动套筒与滑动连杆铰接。为了避免老人在背板抬升时冲出床前，本装置在背板上升至一定角度时，腿板才开始下放。在装置设计上，给予第二推杆一段空行程，即当丝杠带动推杆上升一段距离后，第二推杆才与第三推杆接触，推动接头，同时压缩气弹簧，带动腿板下放，如图7。

裤腿支撑机构共一对，并排设置于两立架之间的基板上，包括裤腿夹具、推动机构和踏板机构，所述裤腿夹具包括仿裤筒卡合部和仿裤筒夹紧部，所述仿裤筒卡合部采用5mm厚的abs塑料制作成仿裤筒部分，如图3所示，其形状为月牙形，与人体小腿部分贴合且和地面成一定角度，符合人体工学的设计。此构件为弹性构件，在材料的选择上要满足很多条件，因为仿裤筒卡合部是与人体小腿部分直接接触，且是需要受力的构件，所以选用强度、塑性和安全性都较好的abs塑料，由于该构件的形状较为复杂和特殊，所以选用3d打印制作模型。仿裤筒卡合部设计严格遵循人体工学的本质，卡合部的直径设计比正常老人小腿大1-2cm，从而保证老人小腿能正常贴合，并使其塞入小腿与裤腿之间。卡合部与地面之间成一定的夹角，使老人的使用过程变得更加轻松快捷。

用相同材料制作仿裤筒夹紧部，同样采用3d打印技术制作，如图5所示，其形状与仿裤筒卡合部贴合，考虑到受力和成本因素，将仿裤筒夹紧部设计为空心，以减少其质量，便于其他机构的联动。

裤腿夹具直接连接在推动机构的推动按钮上，随着推动按钮的运动而运动。由于推动机构设有回位压簧，因此会有“回弹”现象，所以仿裤筒夹紧部上有两个卡块，在夹紧时卡块会填补仿裤筒卡合部的矩形卡槽，回弹后，卡块仍有一小部分填补在仿裤筒卡合部的矩形卡槽，使裤腿的夹紧效果更好。

推动机构：该机构设计可以通过控制推动次数不同，实现自锁开关功能，非常符合加紧裤腿的需求。如图12所示，该机构包括安装框架和水平推动组件，所述水平推动组件包括推动按钮、摇杆、滚子、螺杆以及回位压簧；摇杆与滚子相连，可在推动按钮内的沟槽滑动，安装框架限制推动按钮的自由度，使其只能沿一条轴运动。考虑到推动按钮需要摩擦系数小、抗压强度大等因素，采用铸铁，通过焊接，线切割，攻螺纹孔等步骤，对材料进行加工。该机构中推动按钮的两侧和前方有螺纹孔，安装框架两侧有开滑槽，通过螺纹连接，将螺杆与推动按钮、螺杆与仿裤筒夹紧部的连接杆固定，从而实现联动过程。推动按钮内的沟槽经过计算，如图8，沟槽为近似心形，顶点分别顺次标记为abcd,并且定义沟槽的顶点a所在的位置为沟槽的前端，且沟槽的顶点光滑过度形成圆角；沟槽的顶点b与顶点d之间的边为沟槽的底边，并且沟槽的底边向中心凹陷形成的顶点c为锁紧位；踏板未踩下时，滚子位于顶点a处，随着踏板的踩下，推动按钮在螺杆的拉动下向前滑动，此时滚珠顺着沟槽边沿从顶点a运动到顶点b，同时踏板处于水平状态，此时作用力消失时，由于回位压簧收缩，将推动按钮向反方向拉动(即上文中“回弹”现象)，滚子卡在沟槽内凹陷处c，实现自锁功能；再次推动推动按钮时，滚子沿沟槽运动，达到顶点d，作用力消失时，由于回位压簧收缩拉动推动按钮，使滚子回到沟槽内的顶点a，整个过程利用沟槽形状的巧妙设计，实现自锁开关功能。这个设计十分便于老人使用，只需踩动脚踏板，触发裤腿支撑机构，便可实现夹紧和放松裤腿的过程。

踏板机构：充分利用裤腿支撑机构的运动特点，另结合铰链、踏板、滚轮、楔形推动块、滑轨等部件，巧妙转化了力与运动方向。具体实现方法如下：在踏板下方安装滚轮，滚轮贴合楔形推动块，楔形推动块连接推动按钮装在水平的竖向轨道中，推动按钮与连接杆之间通过螺杆连接，实现联动。当使用者踩下踏板时，转动的踏板利用滚轮推动位于水平导轨上的楔形推动块，给推动按钮一个作用力，直至推动按钮到达自锁位置，完成踩下踏板自锁动作，如图13所示。当使用者再次踩下踏板时，推动按钮松开，利用裤腿支撑机构的弹簧力，带动竖向导轨上的楔形推动块回到初始位置，同时楔形推动块带动踏板下方滚轮，使得踏板回到初始位置，完成再次踩下踏板回弹松开动作，如图14所示。

撑腰升降机构：该设备的穿脱裤子过程中需要一个可以稳定上升或下降的传动机构，滚珠丝杠具有这方面优点，它不仅可以稳定的上升，而且具有高精度、可逆性、高效率、易操作等优点，通过调查得出老人身高腿长等数据，并结合整体机构尺寸，最终确定滚珠丝杠的有效行程600mm，选用扭矩为2.3n·m的57步进电机作为驱动装置，进而带动撑腰架的运动，代替老人弯腰动作，如图9所示，滑块可在滚珠丝杠上垂直运动，并带动撑腰架稳定运动。可通过调节步进电机的转速和转向，控制滑块的运动速度和运动方向，从而实现脱裤子和穿裤子的过程。

立架：该装置需要轻便且强度高的材料作为立架，铝型材在耐腐蚀性、强度、质量、价格等方面都符合要求，所以采用铝型材进行构架装搭。根据调查得到的数据，得出在绝大多数老年人中，提裤子的高度为800mm，由于夹紧裤腿机构与地面之间已有150mm的高度，所以将设备构架的尺寸分别确定为：高1000mm，长1200mm，宽400mm，这样既可以满足绝大多数老年人使用，也可以减少占地面积和减轻设备总质量，总装如图8。

位置调整机构：如图15所示，第三步进电机为57步进电机，驱动第三丝杠，在滑动螺母上方安装滑块附加板，以连接型材，在附加板上安装连接骨架，均为4040型材，同时型材与穿脱裤单元的撑腰升降机构连接，带动穿脱裤单元水平运动。

在腿板下方安放穿脱裤单元，当背板开始上升时，穿脱裤单元在第三丝杠的作用下开始向外运动，在腿板下方前，穿脱裤单元移动到位，随后腿板开始下方，穿脱裤单元缓慢收回至使用者脚部位置并自锁，随后使用者可进行穿裤动作。当使用者需脱裤并上床就寝时，在使用者完成脱裤动作并按下平躺按钮后，与上述动作相反进行一系列动作：穿脱裤机构向外移动的同时背板腿板缓慢放平，在腿板放平后，穿脱裤机构按照预定程序收回至腿板下方，节省空间。为了减小与地面相对运动时产生的摩擦，穿脱裤整体机构底板下方安装滚轮，变滑动摩擦为滚动摩擦。考虑到该发明居家使用的环境，安装滚轮还能保护地面。

控制单元：该辅助机的控制单元主要分为控制器和人机交互模块组成。该控制器有三个驱动部分——背板下方的背板步进电机、升降装置的第一步进电机和位置调整机构的第三步进电机。三个驱动部分都为步进电机，可实现脉冲转动，可以比直流电机能具有更加精准的控制性能。电源开关型号为s-350-48，输入电压为220v交流电压，输出电压为48v直流电压，额定输出电流为7a，输出功率为350w，搭配此电源开关可将外接电源直接与家庭通用220v交流电相连，实现辅助老人穿脱裤的正常运行，不需额外匹配电源，为实际使用提供了方便。

具体的，背板下方驱动电机为86步进电机，以及hbs86h驱动器还有开关电源组成。该电机型号为86hse12n，可实现负载最高1000r/min的转速(可调节)，输出力矩可达12n·m，出轴方式为二项四线，搭配hbs86h驱动器，能够实现较大负载的抬升运动，能可靠实现辅助老人从平躺到靠背抬升至70°位置的运动过程。控制系统则采用多普康tc55三轴控制器控制，可稳定操控辅助床，实现承载较重时也能使靠背抬升过程的有效平稳运行。

穿脱裤单元的驱动电机采用两个57步进电机，以及tb6600驱动器还有开关电源组成。该电机型号为57hsz1.2n，可实现最高300r/min的转速(调节)，输出力矩可达1.2n·m，出轴方式为单出轴，搭配hbs57驱动器，可满足辅助老年人穿脱裤子运动实现。控制系统则采用多普康tc55三轴控制器控制，可对两个个步进电机同时进行控制，实现“裤腰夹”同步运行，保证穿脱裤子过程的有效平稳运行。

位置调整机构的第三步进电机采用一个57步进电机，以及tb6600驱动器还有开关电源组成。该电机型号为j-5718hb2401，保持转矩达1.3n·m，搭配hbs57驱动器，足够驱动丝杠滑块推动整个穿脱裤机构。控制系统则采用多普康tc55三轴控制器控制，通过线性插补，可稳定地实现辅助床与穿脱裤机构的运动配合。

控制器用便捷有效的控制器完成对电机的控制，可调节电机转速达合理值，控制可视化，便于后期进行调试。多普康三轴控制器：自动执行可实现实际运行、空运行、单段执行、终止程序、启动和暂停功能。手动执行可实现手动高、低速、点动操作、回程序零、回机械零等操作。最高可三轴同时进行控制，节省空间，实现辅助老人起卧床、穿脱裤子过程顺畅，控制方便。

其中辅助机的工作功能及性能分析

(1)主要功能：实现整体辅助老人上下床功能；实现辅助穿裤子功能；实现辅助脱裤子功能；实现自动0-70度起背功能；具有一定的保护作用；实现腿板联动下方功能；实现扶手联动升降功能；实现穿脱裤机构自动移出收回功能。

(2)性能分析

表1起卧单元的丝杠参数

表2穿脱裤单元的第二丝杠参数

表3穿脱裤单元的第三丝杠参数

实施例3利用实施例2所述的一种辅助老人穿脱裤的装置进行脱裤的步骤为：

(1)启动装置：插电源，给装置供电；

(2)夹紧裤腿：此步骤为核心步骤，在脱裤子之前需将脚后跟贴紧裤腿支撑机构中的仿裤筒卡合部，然后顺势向下将仿裤筒夹紧部塞入小腿与裤腿之间，在脚顺势下放的过程中，同时踩踏脚踏板，以触发推动机构，推动机构联动仿裤筒夹紧部以调整仿裤筒卡合部和仿裤筒夹紧部之间的距离，使仿裤筒卡合部和仿裤筒夹紧部为夹紧状态，由于裤腿支撑机构和踩踏板初始状态都与地面有一定的夹角，可以保证此过程动作顺畅；

(3)撑开裤腰：在夹紧裤腿后，利用撑腰升降机构将两个撑腰架同时调节到合适的高度，然后将裤腰套在撑腰架上，以此撑开裤腰并固定裤腰和撑腰架之间的相对位置关系，确保脱裤可以顺利的脱下；。

(4)启动步进电机：在完成上述三个动作后，启动步进电机，通过丝杠机构带动撑腰架的垂直位移实现裤腰的下放，下放完成后老人便可抬起腿，将脚从裤腿中拔出。

实施例4利用实施例2所述的一种辅助老人穿脱裤的装置进行穿裤子，过程如下：

穿裤子过程与脱裤子过程基本相仿，由于脱裤子之后裤子便固定在机构上，所以只需将脚伸入裤腿中，站立后启动步进电机，利用滚珠丝杠带动撑腰架，将裤腰从撑腰架取出，然后老人再次踩踏脚踏板，触发裤腿支撑机构，联动裤腿夹具，使其状态转变为放松状态，此时老人便可从装置中自由走出。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。