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摘要：運用機械創新設計方案，研究開發了一款新型全自動一體化科學洗手機。該洗手機中包括單片機、蝸輪蝸桿、絲錐螺母、電動機、電磁閥、同步帶等配件，能為洗手者提供便捷有效、更為獨立的洗手條件，基本能夠解決單臂傷殘人士難以獨立完成洗手的問題，體現了科學環保的機械創新設計理念。

關鍵詞：創新設計;全自動一體化;洗手機;單臂

自動洗手機是非接觸型洗手機，多用于酒店、賓館等容易產生細菌和病毒的公共場所，以此來防止和避免病毒的交叉感染。[1]目前洗手機的結構和功能也在不斷創新和完善中，使洗手機種類多樣化，而這些洗手機都是為大眾設計，單臂傷殘人士無法獨立科學洗手的問題一直沒有得到妥善解決。為解決這個問題，筆者及其組員提出了一款新型全自動科學洗手機的設計思路，并且已經做成產品，可基本解決單臂傷殘人士洗手難的問題，該產品低碳環保、節約資源。

1全自動科學洗手機的創新過程

1.1設計背景。根據第六次全國人口普查我國總人口數，及第二次全國殘疾人抽樣調查我國殘疾人占全國總人口的比例和各類殘疾人占殘疾人總人數的比例，推算2010年末我國殘疾人總人數8502萬人[2]，其中肢體殘疾2472萬人。1.2現有洗手機功能綜合分析。市面上現有的全自動洗手機，主要功能為提供潔凈水，確保使用者雙手清洗潔凈；再經過HEPA FILTER過濾之無塵無菌空氣、環保加熱器加熱后的高速氣流將手烘干。全自動洗手機最大特點就是出水便捷快速，相較于原有的水龍頭出水方式，全自動洗手機能減少手部與機器的不必要接觸，又能夠節約水資源，然而在實際使用過程中，發現全自動洗手機仍然存在以下問題：（1）現有全自動洗手機成本高，價格昂貴，對一般家庭而言性價比不高；（2）要洗干凈手仍需要雙手揉搓，不適用于單臂傷殘人士；（3）體積龐大，近1.8m的高度，占用空間過大。經過對現有全自動洗手機的綜合分析，在保留其出水、烘干功能的基礎上，針對單臂傷殘人士的情況，設計這款新型全自動洗手機，使其更適用于單臂傷殘人士。1.3全自動洗手機性能要求。針對目前存在的問題，為了使單臂傷殘人士有更好的洗手體驗，對新型全自動洗手機提出以下要求：（1）降低成本，提高性價比，價格能為一般家庭接受；（2）縮減體積，減少空間占用；（3）能使手的指縫、手背等部位得以清洗，單手獨立使用或者雙手使用皆可；（4）能隨時復位，重新開始流程?？傊?，要求提供一款能夠廣泛推廣、功能齊全、使用簡單便捷、能適用于單臂傷殘人士的全自動洗手機。

2全自動科學洗手機的設計方案

2.1全自動科學洗手機的組成。（1）通過刷轉機構采用電機運轉通過聯軸器使與蝸桿蝸輪連接的刷子旋轉，可實現清洗手背、指縫等較難清理部位的功能；（2）氣動給液機構和刷轉機構所用電機是同一個，通過光桿連接，配合絲杠螺母使壓縮塊的推力作用在三個軸線夾角120度的均布活塞推桿上，三氣筒氣動壓縮，實現定量給液，兩個單向閥可控制氣筒氣壓與外界氣壓一致；（3）風干機構是洗手機流程最后一步，以鼓風機啟動帶入的空氣通過吹風機吹出來烘干手，加入同步帶結構可實現掃描式吹風功能，加快風干速度。2.2全自動科學洗手機的使用原理。紅外傳感器置于入口上方，當檢測到有手伸入時，語音提示系統運行，刷轉機構電機啟動，潔凈水流下打濕手部，刷子旋轉進行初步清洗；同時絲杠螺母使壓縮塊推進，向氣筒擠壓空氣，提供定量的洗手液；完成后電機反轉，潔凈水停止流下，等待若干時間后洗手液充分涂滿整個手部，再流下潔凈水進行最后清洗；隨后傳感器檢測到手仍在機器內，則啟動風干機構，對手進行風干處理。

3樣品與性能測試

3.1控制電路及分析。控制部分主要由STC89C52單片機、驅動、檢測、輸出等部分組成，通過單片機實現控制。紅外檢測部分作為控制系統的人機對話節后，負責輸入手的位置。單片機時刻響應紅外線的信號，控制電機的運轉、電磁閥通斷及吹風機的開關。紅外對射開關檢測到手伸入洗手位置后通過單片機啟動電機以及電磁閥，帶動外部機械裝置實現洗手功能；當檢測到手伸入吹風機位置時開啟吹風機，直至手離開。在驅動電路中，采用雙電源供電，一組5V給單片機和控制電路供電，另一組24V給電機供電，在控制部分和電機驅動部分之間用光耦隔開，避免控制部分電源功能實現障礙。3.2能量轉換效率試驗。該產品采用一個電機，額定功率為75W，轉速為300r/min；一個鼓風機，額定功率為12W；額定電壓皆為12V。而我國標準電壓為220V，這就需要一個降壓模塊將輸出電壓變為12V，以確保電機的正常運轉。由于電路轉換損耗，電阻電壓損耗，供電損耗，自身運行損耗，真正從電機經聯軸器到蝸桿蝸輪和絲杠螺母的能量約為輸入能量的91.7%。單從目前產品來說，電機轉速為300r/min，蝸桿蝸輪傳動比為1：5，即理論上刷頭轉速為60r/min，然而經多次實際測量刷頭平均轉速為55r/min，如此計算得損失能量約為8.3%。

4結論

筆者運用創造原理和創新技法等科學方法[3]研發的新型全自動一體化科學洗手機，相較于其他同類產品更加便捷，從沖洗開始到風干結束實現完全自動，單臂清洗效果良好，單臂傷殘人士能夠獨立清洗手背指縫等部位，具有良好的體驗效果。該洗手機巧妙利用了蝸桿蝸輪、絲杠螺母、傳感器、氣筒和同步帶等構件，使該產品能夠實現以下功能：（1）產品完全自動化，所有控制系統皆由傳感器傳遞信號；（2）刷頭自轉，以勻速轉刷式的模式清潔手部；（3）無需控制電機轉動角度，即可完成洗手液的定量擠出；（4）風干機構能實現掃描式送風，使手部干燥速度加快；（5）適用人群廣泛，單臂傷殘人士以及正常人士均可使用；（6）產品定量出水、出洗手液，符合低碳環保理念，能量轉換效率較高，可持續穩定工作，拆卸修理方便快速。

參考文獻：

[1]周燕,申東婭.一種新型紅外感應全自動洗手器[J].云南大學學報,2004,26(04):312-314.

[2]王磊,紀開心,鄭抑非.基于物聯網技術的“智能硬件+助殘”新模式的分析[J].知識-力量,2018(12).

[3]顏禹張,張歡韻.自行車發電及安全預警系統設計[J].電子技術,2012(12):62-64.