王清昀

(1.杭州第二中學(xué),浙江杭州 310052;2.中國少科院,北京 100089)

遙控方便桌的設(shè)計(jì)

王清昀1,2

(1.杭州第二中學(xué),浙江杭州 310052;2.中國少科院,北京 100089)

本遙控方便桌屬機(jī)械電子類，病人不能下床搬桌，通過遙控裝置方便靈活移動(dòng)與升降桌子。該項(xiàng)目已獲實(shí)用新型專利證書，專利號(hào)：ZL201220436108.1。①該桌配備紅外線遙控器控制功能，感應(yīng)器反應(yīng)快速。病人操作簡單，使用方便。②桌面電動(dòng)升降，安全可靠。根據(jù)病人醫(yī)治、看書和上網(wǎng)所需，手動(dòng)或自動(dòng)遙控桌子進(jìn)退，左右轉(zhuǎn)及桌面升降。③利用單片機(jī)根據(jù)程序使桌子有自動(dòng)行進(jìn)，病人只按遙控器中一個(gè)按鍵，桌子即自動(dòng)進(jìn)退轉(zhuǎn)彎和停止。④輕巧牢固，節(jié)約空間，方便攜帶，可疊放。桌子整體重約5kg。

紅外線遙控 自動(dòng)進(jìn)退、升降 功能設(shè)計(jì) 機(jī)械工程學(xué)

1 研究背景及意義

為解決病人既無法移動(dòng)護(hù)理桌也調(diào)節(jié)不了桌面斜度高度等困難，我確定發(fā)明方便臥床病人和獨(dú)居老人使用的遙控方便桌。臥床病人用遙控器指揮桌子迅速駛到床前，桌面插床上方，遙控調(diào)桌面斜度高度，方便在桌面上量血壓、換藥等治療、用餐、看書、上網(wǎng)等，不用可遙控桌子駛離病床。

2 工作原理及性能分析

桌子外形設(shè)計(jì)線條簡潔，整體呈ㄈ形。下方以兩根可拆卸不銹鋼管橫向支撐。支撐桌面橫向和縱向鋼管間呈直角。不銹鋼管底盤安裝一對(duì)主動(dòng)輪和萬向輪。對(duì)不銹鋼管局部切割安裝四個(gè)電機(jī)，進(jìn)行縱向鋼管及其內(nèi)外套管搭建，建立外形，加遙控接收裝置，螺桿連接。桌子通過4個(gè)電機(jī)達(dá)到進(jìn)退，左右轉(zhuǎn)，以及桌面升降，安全可靠。

該桌主要組成：機(jī)械及電機(jī)部分，電子控制部分。

2.1 機(jī)械部分

如圖2-1所示，機(jī)械主要部分見（表1）

連接關(guān)系是：兩個(gè)電機(jī)裝置16分別和兩個(gè)主動(dòng)輪1連接，兩個(gè)主動(dòng)輪1固定在底座2的后側(cè)，兩個(gè)萬向輪15固定在底座2的前端，二根外套管4分別通過兩個(gè)底座關(guān)節(jié)3與底座2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，二根外套管4的底部分別設(shè)置二只升降電機(jī)5，升降電機(jī)5通過電機(jī)套6和螺桿7連接，螺桿7的另一端和內(nèi)套管8螺紋連接，外套管4的頂部設(shè)置有滑套9，內(nèi)套管8分別通過兩個(gè)橫管關(guān)節(jié)11與橫管13轉(zhuǎn)動(dòng)連接， 兩根橫管13通過卡扣14和桌面板12滑動(dòng)連接；底座2的一邊和外套管4通過橫管底座10活動(dòng)連接，內(nèi)套管8和其同一側(cè)的橫管13通過關(guān)節(jié)活動(dòng)連接。

對(duì)于臥床的病人，可以通過遙控器的指揮，靈活而迅速地遙控駕駛桌子到病人床前，桌面板12插在病人的床上方，并且會(huì)根據(jù)病人的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)桌面板12的傾斜度或者高度，方便病人在該桌面上用餐、看書、上網(wǎng)等日常生活的進(jìn)行。病人不需要桌子時(shí)，可以通過遙控指揮桌子駛離病床。本實(shí)用新型也適用于正常人在沙發(fā)或者床上看書學(xué)習(xí)。

2.2 電子控制及驅(qū)動(dòng)部分

①本桌遙控電路采用繼承芯片是PT2248(紅外發(fā)射)PT2250(紅外接收)。PT2249A/API2250A系列是普林思頓技術(shù)公司生產(chǎn)紅外遙控接收器，采用互補(bǔ)金屬半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)，可和PT2248遙控編碼器組合使用，能接收紅外信號(hào)輸入或直接輸入，并有相關(guān)或非相關(guān)循環(huán)（觸發(fā)）輸出方式，同時(shí)還可以提供不同的應(yīng)用需要。本電路采用HP1～HP6輸出，控制三個(gè)電機(jī)和正反轉(zhuǎn)。按遙控器鍵盤（圖2-2）各按鈕，經(jīng)過（圖2-3）中PT2248編碼器編碼，D1發(fā)出相應(yīng)紅外線遙控器指令。桌子左上角紅外線接收器及PT2250解碼器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路控制各個(gè)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)，從而控制整個(gè)桌面傾斜度/升高，或桌子左右轉(zhuǎn)/進(jìn)/退。

②遙控器原理圖（圖2-4）當(dāng)遙控器開關(guān)撥下時(shí)，通過按鍵盤升，降，右傾，左傾斜按鈕，通過編碼→紅外線發(fā)射，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板中的紅外線接收→解碼→電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路→驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的各個(gè)電機(jī)，使桌面升或降或右傾或左傾，調(diào)節(jié)桌面高度或左右傾斜度。

③紅外線接收解碼電路有2套，一套控制2個(gè)電機(jī)使桌子進(jìn)或退或左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，一套控制2個(gè)電機(jī)使桌面升或降或傾斜。每套解碼電路輸出信號(hào)到集成芯片，由集成芯片寫入的程序，輸出信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

④遙控病床小車控制板單片機(jī)程序。用單片機(jī)編程，靈活對(duì)電機(jī)控制設(shè)置變更，控制桌子進(jìn)或退或左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，控制桌面的升或降或傾斜。

表1

3 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 電機(jī)選用及數(shù)量

共4個(gè)電動(dòng)機(jī)：①控制兩個(gè)前輪的驅(qū)動(dòng)（各1個(gè)電機(jī)100rpm），②控制二個(gè)套管的上升下降（各1個(gè)電機(jī)200rpm）。

3.2 電動(dòng)功率的計(jì)算

總重量：塑料面板約0.75KG，桌腿和底盤約3.5KG，電池約0.25KG，總重約4.5KG。

驅(qū)動(dòng)前后輪的電機(jī)功率：牽引力F=m·g·μ=4.5kg·9.8N/kg 0.5=22.05N.估計(jì)桌子前進(jìn)的速度V=0.3m/s=18m/minη=0.8

塑料面板重M約為0.75kgG=m·g=0.75kg·9.8N/kg=7.35N

4 創(chuàng)新點(diǎn)及改進(jìn)之處

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

①紅外線遙控：準(zhǔn)確率百分之百，感應(yīng)快速，操作方便。②遙控手動(dòng)控制桌子進(jìn)退，左右轉(zhuǎn)，及桌面升降，安全可靠。③單片機(jī)自動(dòng)行進(jìn)程序，病人按遙控器鍵即自動(dòng)進(jìn)轉(zhuǎn)彎退和停止。④輕巧牢固、拆卸方便：桌面可承受各醫(yī)療器械和生活物品重力，桌面可拆卸，桌腿和桌子底部可折疊。整體重約5kg。⑤應(yīng)用廣泛：可作電腦桌、辦公桌、學(xué)習(xí)桌、講臺(tái)、吧桌、茶幾等。

4.2 有待提高之處

①如加裝機(jī)械手承載物，運(yùn)用單片機(jī)編程設(shè)計(jì)遞送動(dòng)作，體現(xiàn)人性化關(guān)懷。②如桌面加防滑墊，安裝有三孔和兩孔電插座及發(fā)散熱量裝置，提供上網(wǎng)。③如輪子能加鎖以防止滑動(dòng)。

5 結(jié)語

遙控方便桌是真正適合病人使用，應(yīng)用于臨床，給工作和生活帶來許多便利，反映良好。

[1]金伯利.伊拉姆（美國）．《設(shè)計(jì)幾何學(xué)》翻譯：李樂山.中國水利水電出版社,2003：9～10.

[2]丁玉蘭.《人機(jī)工程學(xué)》.北京理工大學(xué)出版社,2000：55～78.

This Tele-control Adjustable Table is mechanical electronic.Designed for bedridden patients,it can run and rise by a remote control device which is convenient and flexible.The project has been a utility model patent certificate. patent number： ZL201220436108.1.①It is equipped with infrared remote control functions： remote well, sensors react quickly. It can be operated easily.②It can suit many occasions such as surfing the Internet, read newspapers and so on. By using microcontroller which has been written programs, the patient can simply press a button, so that the table can automatically follow the scheduled route.③It is lightweight but strong and also easy to remove： Desktop can easily withstand a variety of medical devices and daily items. Desktop is removable. The legs can be folded.④It can be folded to save space. The table weighs about 5kg.It has wide range of applications such as computer tables, desks, study tables, podium,bar tables, coffee table and so on.

Infrared remote control Auto advance and retreat lift Functional design Mechanical Engineering

王清昀(1996—)，男，浙江杭州人,獲兩項(xiàng)發(fā)明專利，參加科技活動(dòng)上百次，中學(xué)階段全國省市級(jí)獲獎(jiǎng)56次，第八屆“中國青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”候選人。該發(fā)明獲第13屆明天小小科學(xué)家二等獎(jiǎng)，第28屆全國科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)，分獲第27屆省市科技創(chuàng)新大賽一、二等獎(jiǎng)。

專家推薦：王清昀同學(xué)發(fā)明方便遙控桌緣于一次到醫(yī)院探視他外公時(shí)獲得靈感，查閱不少資料并撰寫詳盡的方案。我感受到作為科學(xué)工作者應(yīng)具備的嚴(yán)謹(jǐn)和認(rèn)真：共花近兩年，修改上百次，重做四次。他有強(qiáng)烈好奇心和較強(qiáng)直覺思維能力，還具有認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、吃苦耐勞的品格。

——陳為系浙江大學(xué)教授，計(jì)算機(jī)學(xué)院CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員。