一款全自动科学洗手机的创新设计研究郑晨龙黄元东李昌杰洪锦源彭轶摘要：运用机械创新设计方案，研究开发了一款新型全自动一体化科学洗手机。该洗手机中包括单片机、蜗轮蜗杆、丝锥螺母、电动机、电磁阀、同步带等配件，能为洗手者提供便捷有效、更為独立的洗手条件，基本能够解决单臂伤残人士难以独立完成洗手的问题，体现了科学环保的机械创新设计理念。关键词：创新设计；全自动一体化；洗手机；单臂DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2019.14.1260引言自动洗手机是非接触型洗手机，多用于酒店、宾馆等容易产生细菌和病毒的公共场所，以此来防止和避免病毒的交叉感染。[1]目前洗手机的结构和功能也在不断创新和完善中，使洗手机种类多样化，而这些洗手机都是为大众设计，单臂伤残人士无法独立科学洗手的问题一直没有得到妥善解决。为解决这个问题，笔者及其组员提出了一款新型全自动科学洗手机的设计思路，并且已经做成产品，可基本解决单臂伤残人士洗手难的问题，该产品低碳环保、节约资源。1全自动科学洗手机的创新过程1.1设计背景根据第六次全国人口普查我国总人口数，及第二次全国残疾人抽样调查我国残疾人占全国总人口的比例和各类残疾人占残疾人总人数的比例，推算2010年末我国残疾人总人数8502万人[2]，其中肢体残疾2472万人。1.2现有洗手机功能综合分析市面上现有的全自动洗手机，主要功能为提供洁净水，确保使用者双手清洗洁净；再经过HEPAFILTER过滤之无尘无菌空气、环保加热器加热后的高速气流将手烘干。全自动洗手机最大特点就是出水便捷快速，相较于原有的水龙头出水方式，全自动洗手机能减少手部与机器的不必要接触，又能够节约水资源，然而在实际使用过程中，发现全自动洗手机仍然存在以下问题：（1）现有全自动洗手机成本高，价格昂贵，对一般家庭而言性价比不高；（2）要洗干净手仍需要双手揉搓，不适用于单臂伤残人士；（3）体积庞大，近1.8m的高度，占用空间过大。经过对现有全自动洗手机的综合分析，在保留其出水、烘干功能的基础上，针对单臂伤残人士的情况，设计这款新型全自动洗手机，使其更适用于单臂伤残人士。1.3全自动洗手机性能要求针对目前存在的问题，为了使单臂伤残人士有更好的洗手体验，对新型全自动洗手机提出以下要求：（1）降低成本，提高性价比，价格能为一般家庭接受；（2）缩减体积，减少空间占用；（3）能使手的指缝、手背等部位得以清洗，单手独立使用或者双手使用皆可；（4）能随时复位，重新开始流程。总之，要求提供一款能够广泛推广、功能齐全、使用简单便捷、能适用于单臂伤残人士的全自动洗手机。2全自动科学洗手机的设计方案2.1全自动科学洗手机的组成（1）通过刷转机构采用电机运转通过联轴器使与蜗杆蜗轮连接的刷子旋转，可实现清洗手背、指缝等较难清理部位的功能；（2）气动给液机构和刷转机构所用电机是同一个，通过光杆连接，配合丝杠螺母使压缩块的推力作用在三个轴线夹角120度的均布活塞推杆上，三气筒气动压缩，实现定量给液，两个单向阀可控制气筒气压与外界气压一致；（3）风干机构是洗手机流程最后一步，以鼓风机启动带入的空气通过吹风机吹出来烘干手，加入同步带结构可实现扫描式吹风功能，加快风干速度。2.2全自动科学洗手机的使用原理红外传感器置于入口上方，当检测到有手伸入时，语音提示系统运行，刷转机构电机启动，洁净水流下打湿手部，刷子旋转进行初步清洗；同时丝杠螺母使压缩块推进，向气筒挤压空气，提供定量的洗手液；完成后电机反转，洁净水停止流下，等待若干时间后洗手液充分涂满整个手部，再流下洁净水进行最后清洗；随后传感器检测到手仍在机器内，则启动风干机构，对手进行风干处理。3样品与性能测试3.1控制电路及分析控制部分主要由STC89C52单片机、驱动、检测、输出等部分组成，通过单片机实现控制。红外检测部分作为控制系统的人机对话节后，负责输入手的位置。单片机时刻响应红外线的信号，控制电机的运转、电磁阀通断及吹风机的开关。红外对射开关检测到手伸入洗手位置后通过单片机启动电机以及电磁阀，带动外部机械装置实现洗手功能；当检测到手伸入吹风机位置时开启吹风机，直至手离开。在...