基于变胞机构原理的老年自助椅设计

　　由变胞机构的起源和发展历程可知，变胞机构应用在具有多个不同工作阶段的场合，并且从一个工作阶段到另一个工作阶段中，总是以改变机构的拓扑结构(由此改变机构的自由度)呈现出不同机构类型或运动性能来实现功能要求^[1] 。因此变胞机构具有多功能阶段、多拓扑结构的特性，综合平面连杆机构的构造方法，可设计一种能辅助老年人起立的自助椅。这种自助椅可帮助老年人轻松自如地从坐姿转化为站姿，且能满足老年人靠立的需求。

　　1 老年自助椅的需求分析

　　2010年第六次全国人口普查主要数据公报显示，我国65岁及以上人口占总人口的8.87%，按照联合国老龄化社会中65岁以上老人占总人口的7%以上的标准，我国已经进入老龄化社会^[2] 。老年人一个很大的障碍就是下肢行动能力减弱，最后连正常的起立都比较吃力。“以人为本”是工业设计的出发点，工业设计不仅仅是产品设计，还应是对人类生活方式的设计^[3] ，老年人这个庞大的弱势群体需要一种能帮助他们起立的工具来满足日常生活的需要。另外，很多老年人都有坐姿困乏时靠立的习惯，但目前并没有专门的适合靠立的工具来满足老年人的这种需求。

　　面对庞大的老年人用品市场，目前并没有专门辅助老年人起立的座椅，而大部分具有辅助功能的座椅都是专门为行走不便且无法站立的下肢残疾人设计的。如手动轮椅和电动轮椅，这些主要是用来帮助残疾人实现自由移动的需求。部分智能型电动轮椅，如美国的“iBOT3000独立机动系统^”[4] 具有防滑越障和自由升降的功能，其售价高达18.5万元，但也不具备辅助人起立的功能，而国内市场的相关产品更是缺乏轮椅功能创新设计和技术研发,较之国外企业品牌差距大、开发滞后。因此，开发一种具有辅助起立功能的老人自助椅具有相当巨大的市场潜力。

　　2 老年自助椅的原理分析

　　基本机构特征信息是机械系统型综合的必要信息，可依功能约束条件和设计需求,通过特征匹配与寻找^[5] ，因此把研究对象分为四部分来设计：升降装置、座位翻转装置、靠背角度的调整装置和具有控制功能的变胞构件^[6] 。以人从座椅上起立运动为依据，综合了重心升高、臀部由水平变竖直和背部角度小范围变化这3种运动，所以需要设计3种不同的装置来分实现这些功能。同时需要考虑的是，这3种运动是有时间先后顺序的，因此利用变胞机构具有多个不同工作阶段的特性来实现其运动顺序的控制，先是重心升高，到一定高度后，座位开始翻转使得臀部由水平变为竖直;座位翻转的同时，靠背也随座位运动，其运动方式类似于平行移动，但有小角度的转动。为解决3种运动时间上的先后顺序，故采用具有控制功能的变胞构件将3种装置综合到一起。按此顺序运动符合人体起立过程的位置变化，使人能够轻松自如地由坐姿转化为站姿，实现辅助人起立的功能，并且在站姿状态下能靠立在椅子上。