【正文】 慮到二者運(yùn)動(dòng)相同，故采用同一種構(gòu)型，翻身動(dòng)作中聯(lián)動(dòng)床板較多，因此構(gòu)型設(shè)計(jì)也較復(fù)雜。該機(jī)構(gòu)構(gòu)型新穎，用同一套機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了左右翻身兩個(gè)相似運(yùn)動(dòng)，但是 其 主要適用于橫向 3 折床面。該機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時(shí)的傳動(dòng)角為 90。 布置，使整個(gè)機(jī)構(gòu)成為一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，這樣就可以滿足整體布局要求，同時(shí)，為防止翻身機(jī)構(gòu)與抬背、抬腿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉，具體設(shè)計(jì)時(shí)需將構(gòu)件 4 演化為 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 滾輪，通過高副接觸帶動(dòng)構(gòu)件 5 的運(yùn)動(dòng) (由于人體的重力直接作用于構(gòu)件 5，因此，雖然運(yùn)動(dòng)副做了改變，但是運(yùn)動(dòng)效果仍然相同 )。該機(jī)構(gòu)也是一種新穎構(gòu)型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和裝配方便，但只能橫向布置，需要空間較大，容易產(chǎn)生干涉，因此這種構(gòu)型也不是最優(yōu)構(gòu)型。坐起和曲膝動(dòng)作如圖 “坐起狀態(tài) ”。 對(duì)護(hù)理床的總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。2 ?? （忽略轉(zhuǎn)臂自重） 電 動(dòng) 機(jī) 的 許 用 功 率： [P 許 2 ] = WP 65 2244232139。5247。那么由屈膝的抬腿時(shí)間 st 30? ，螺桿導(dǎo)程間距 mmd 5? ，可以得出電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速約： m in/6460405213 rn ????? 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 圖 左右翻身機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 零件設(shè)計(jì) 縱軸的設(shè)計(jì)與校核 求軸上的功率 P1，轉(zhuǎn)速 1n ，和轉(zhuǎn)矩 T1。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 初步選定滾動(dòng)軸承 因軸承所承受的軸向力可忽略，認(rèn)為只受徑向力，選用深溝球軸承。 橫軸的設(shè)計(jì)與校核 求軸上的功率 P P3轉(zhuǎn)速 n n2及轉(zhuǎn)矩 T T3。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向和周向定位要求將軸與轉(zhuǎn)臂套筒用螺栓固定，同時(shí)考慮到傳動(dòng)角的范圍將連桿在軸上的固定孔偏離轉(zhuǎn)臂套筒固定孔 40o。 查得 ? ? Mpa1551 ??? 。負(fù)載橫軸 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) T2=1000N，螺桿軸向力最大為 1000N。 F 為摩擦系數(shù)，取 f=。m 時(shí)即可將 1000N 負(fù)載支起。 坐起螺桿導(dǎo)程為 300mm，螺紋選 350mm，據(jù)床的整體機(jī)構(gòu)確定螺桿總長(zhǎng)度 450mm，材料選用 45 鋼。m。 56?? iuts? 。 . 486 3 MpaWMca ????? 因 ? ? M paca 701 ?? ??? .故安全。 因本機(jī)構(gòu)中連桿材料及尺寸與翻身機(jī)構(gòu)中一樣，但受力卻較前者小，故無需強(qiáng)度校核。 完成了基本參數(shù)的設(shè)計(jì)。進(jìn)行三維仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用的軟件是我個(gè)人所在實(shí)習(xí)公司所用造船軟件 TRIBON。 船體設(shè)計(jì)主要包括包括線形光順、船體平面模、船體曲面模、性能計(jì)算、零件分離、數(shù)控套料、生成切割指令等模塊。棲裝系統(tǒng)的各子系統(tǒng)如 管路 模塊、電纜模塊等均以附件庫(kù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。隨著附件信息的逐步擴(kuò)充，工作量會(huì)越來越小，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作節(jié)約了時(shí)間。由于 TRIBON 采用單一 數(shù)據(jù)庫(kù)管理 ，在管系原理圖設(shè)計(jì)時(shí)，管材、規(guī)格、 法蘭 、設(shè)備、閥門等符號(hào)均會(huì)與附件信息建立聯(lián)系，同時(shí)又可以與管系 3 維模型信息建立聯(lián)系。電纜放樣是在 3 維圖形環(huán)境中進(jìn)行的。回可以輸出任意區(qū)域的局部視圖，如 衛(wèi)生單元 的視圖等?；啬芴崛∮嘘P(guān)屬性數(shù)據(jù)。 圖 護(hù)理床床面三維仿真尺寸圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 護(hù)理床的床面的三維建模。通過對(duì)護(hù)理床各個(gè)單元模塊的分析、計(jì)算與建模，初步完成了對(duì)護(hù)理床的全面設(shè)計(jì)。 隨著科技的發(fā)展，各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，多功能護(hù)理床 的研究將會(huì)有廣闊的前景。39。 另外，還可以考慮對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)或者采用新模型設(shè)計(jì)形式，減少材料的使用，降低成本。 ： 根據(jù)各個(gè)單元模塊所能實(shí)現(xiàn)的功能分別對(duì)組成零件進(jìn)行計(jì)算，其中包括了電機(jī)的選擇，橫軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核，連桿的強(qiáng)度計(jì)算與校核。 圖 護(hù)理床床面連接單元建模圖 護(hù)理床各單元尺寸圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) 圖 護(hù)理床各單元尺寸圖 護(hù)理床整體三維建模圖。 該模塊主要用來設(shè)計(jì)鐵舾裝件 (基座 )、支架、扶梯等，所建立的模型存在于獨(dú)立的模型庫(kù)中，可以被其他專業(yè)作為參考模型使用。國(guó)提 供了門、窗、家具、設(shè)備、壁板、天花板、甲板敷料等的布置功能。 艙室布置系統(tǒng)主要是以計(jì)算機(jī)為工具，輔助專業(yè)人員進(jìn)行艙室布置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)出圖和輸出清單，其主要功能如下。 電纜設(shè)計(jì)系統(tǒng)可分為電纜原理圖設(shè)計(jì)和電纜放樣 2 大模塊。建庫(kù)準(zhǔn)備是船舶設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)， TRIBON 系統(tǒng)正是因?yàn)橛辛诉@些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，各子系統(tǒng)的信息才能高度的共享和統(tǒng)一。 附件的信息以記錄的形式存人部件數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且用戶可以追加記錄，以擴(kuò)充附件數(shù)量。 舾裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括部件庫(kù) (ponent)、符號(hào)庫(kù) (symbol)、設(shè)備庫(kù) (equipment)。 迄今為止，全球已有 200 多家廠商采用該系統(tǒng)進(jìn)行船舶產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造，例如在 歐洲 有 挪威 、 德國(guó) 、法國(guó) 、 丹麥 、 芬蘭 、 英國(guó) 等國(guó)家，在亞洲包括 中國(guó) 、 日本 、 韓國(guó) 、 新加坡 等國(guó)家的多個(gè)廠家安裝了該系統(tǒng)。 完成了零件的設(shè)計(jì)。 因本機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)臂所受彎矩較坐起機(jī)構(gòu)中小得多，故也無需進(jìn)行強(qiáng)度校核。 A/mm=50,B/mm=25,壁 t/mm=. 桿所受最大彎矩： mmNlTM /3 0 0 0 0 060c o sm a x ??? M p aWM zca a x ??? 材料的許用應(yīng) 力 ? ? Mpa75?? ，因?yàn)?? ?1????ca ，故安全。 圖 坐起螺桿導(dǎo)程示意圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) 連桿的設(shè)計(jì) 連桿一： 330mm，連桿二： 150mm，直徑： 28mm， 45 鋼調(diào)質(zhì)處理。查表得 ? ? Mpa551 ??? ，因此 ? ?1????ca ，故安全。 螺桿強(qiáng)度校核： 22 3???????????????? Tca WTAF? 其中 F 為軸向壓力： ? ? NdtgTF v 21602 2 ??????? ???? ?? 。 ，故符合要求。m。 d2為螺紋中徑，查找相關(guān)資料取 d2=20mm。故，軸安全。 軸的強(qiáng)度校核 因這軸所受彎矩很小，可忽略，認(rèn)為只受扭轉(zhuǎn)作用，故只考慮扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。 初步確定軸的直徑 ? ? ? ? mmn PAd 3 43 42 202 ????? ? 因計(jì)算比較保守，先選用外徑 42mm，內(nèi)徑 32mm的 45 鋼管，待后面校核。 軸的計(jì)算應(yīng)力： M p aM p aWTTca 71111 ??? 其中： )(32 42)1(16 434311 ????? ??? dW T 由前面軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 初步確定軸的直徑 ? ? ? ? mmn pAd 44101 ????? ? 選用內(nèi)徑為 27mm，外徑為 45mm的 45 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。3 ?????? ????(忽略軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及連桿質(zhì)量） 電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率： P3=[P 許 3]=42W 由以上結(jié)果知，選定額定功率為 60W 的單向電容式減速電動(dòng)機(jī)。 2）轉(zhuǎn)速 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 由圖 可知坐起螺桿導(dǎo)程 1 最短約為 300m。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 基本參數(shù)的設(shè)定 在第二章的設(shè)計(jì)指標(biāo)中已經(jīng)給出了基本參數(shù)，由于本章著眼于計(jì)算，方便我們可以直觀地獲得數(shù)據(jù)，我們?cè)僖淮谓o出護(hù)理床的基本參數(shù)值。（ 如圖 所示 ） 圖 吃飯裝置 本章 小結(jié) 本章完成了多功能護(hù)理床總體方案的設(shè)計(jì)。 床板平置時(shí)，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時(shí)由圖中左邊的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿 9 轉(zhuǎn)動(dòng)，使得螺套 7 向右運(yùn) 動(dòng)，再由連桿 6 帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂 5 旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)床板 1 繞 J 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。 構(gòu)型 c：文獻(xiàn)提出了一種螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)可拆分為由構(gòu)件 5 組成的 RPRII 級(jí)桿組、構(gòu)件 3 構(gòu)成的RRPII 級(jí)桿組、原動(dòng)件 1 和機(jī)架 O，因此一個(gè) II 級(jí)機(jī)構(gòu)。鑒于以上原因，該構(gòu)型不是翻身機(jī)構(gòu)的最佳方案。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 圖 翻身機(jī)構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型 構(gòu)型 a：文獻(xiàn)提出了一種變機(jī)架的四桿機(jī)構(gòu)。采用電動(dòng)推桿作為連桿和動(dòng)力源之一，可以獲得很大的翻轉(zhuǎn)角度 ,但是該機(jī)構(gòu)成本較高。這也就引起一個(gè)矛盾：既要求電動(dòng)推桿的行程要很大，又要求其初始狀態(tài)尺寸較小，顯然這樣的要求是達(dá)不到的，因而放棄該構(gòu)型。 抬背機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，有以下幾種構(gòu)型可供選擇。護(hù)理床所需的各個(gè)動(dòng)作都能夠通過傳動(dòng)部件帶動(dòng)相應(yīng)的床板組聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)（參見表 ）。 從以上設(shè)計(jì)角度除法，根據(jù)前文確定的設(shè)計(jì)原則，確定護(hù)理床采用床面大尺寸， 支撐框架略小的結(jié)構(gòu)，有利于空間的節(jié)約；移動(dòng)方式為前面布置兩個(gè)萬(wàn)向輪，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑較??；各個(gè)功能模塊機(jī)構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實(shí)現(xiàn)各床面板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其驅(qū)動(dòng)元件均布置于支撐框架下層，以保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角和框架強(qiáng)度要求；各零部件近似對(duì)稱布置于床面之下，使機(jī)器人重心始終處于機(jī)構(gòu)中間位置，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性和使用者的心理安全感。 圖 床面各板的推薦調(diào)節(jié)范圍 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，參照調(diào)研所得結(jié)果，同時(shí)考慮文獻(xiàn)中同類研究的相關(guān)參數(shù)，確定了體位調(diào)整類具體指標(biāo)（見表 ）?！夺t(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動(dòng)床安全專用要求》給出了背板、大腿板、小腿板的調(diào)節(jié)范圍建議值： 1) 背板與水平面間夾角（圖 中 A）應(yīng)能從 0～ 80o（或更大）可調(diào)。 按照《中華人民共和國(guó)行業(yè) —標(biāo)準(zhǔn)病床》標(biāo)準(zhǔn)，多功能護(hù)理床的外形尺寸最終取為： 長(zhǎng) 寬 高 =2021mm1000mm500mm 承載指標(biāo) 按照《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動(dòng)床安全專用要求》規(guī)定，床的安全工作載荷必須至少承受 1700N 的載荷，這 1700N 包括 1350N 患者重量、 200N 床墊和 150N附件。具體包括：平躺、左 /右翻身、抬背、曲 /伸腿 .。 輕量化原則 從降低能量消耗和減小運(yùn)動(dòng)慣性的角度考慮，護(hù)理床應(yīng)該在保證功能和安全的情況下遵循輕量化原則。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸匹配；設(shè)計(jì)中力求加速度最小化等等。 為實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計(jì)護(hù)理床的主要任務(wù)： 多功能護(hù)理床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 多功能護(hù)理床的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 多功能護(hù)理床的零件的設(shè)計(jì) 多功能護(hù)理床的三維建模 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 2 護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案 多功能翻身護(hù)理床的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循一下的幾個(gè)原則： 安全性原則 由于護(hù)理床對(duì)老年人和病人的身體進(jìn)行直接的接觸與操作，而且相對(duì)于健康人來說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護(hù)理床在安全性方面的要求很高。 結(jié)合病人的實(shí)際情況和病人的實(shí)際需要，我們這款多功能病床主要實(shí)現(xiàn)以下 四 大功能： ，使病人可以在任何自己感覺 舒適的位置坐下。其人性化的設(shè)計(jì)，解決了一系列護(hù)理難的問題。 多功能護(hù)理床是 針對(duì)醫(yī)院和生活不能自理的病人、殘疾人、危重病人、癱瘓病人的特殊需要而設(shè)計(jì)的， 可實(shí)現(xiàn)病人翻身、坐起、屈膝及吃飯四大功能，并可實(shí)現(xiàn)病人自由調(diào)控臥姿， 解決了長(zhǎng)期以來普遍存在的病人大小便、吃飯、移動(dòng)、看書、寫字、娛樂難等多方面的問題。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)多功能護(hù)理床的商家主要有北京的佳康時(shí)代醫(yī)療器械公司，江蘇永新醫(yī)用設(shè)備公司，江蘇欣盛醫(yī)療器械有限公司等。從材料方面看．目前手術(shù)器械產(chǎn)品材質(zhì)豐富，除廣泛采用含鉬不銹鋼外，還采用銅、鋁、特殊臺(tái)金和塑料等材料；從產(chǎn)品形式來看，手木器械采用了現(xiàn)代新技術(shù)后正突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向高效能、設(shè)備性發(fā)展，但國(guó)外這種復(fù)雜的多功能的護(hù)理器械造價(jià)高昂，功能操作相對(duì)復(fù)雜，在我國(guó)現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)水平下很難得到大眾化的推廣應(yīng)用；在國(guó)內(nèi)，相關(guān)的醫(yī)療護(hù)理器械發(fā) 展不太成熟，特別是護(hù)理病床的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的需要，功能比較單一、自動(dòng)化程度不高等原因是現(xiàn)有一些多功能護(hù)理病床得不到大眾化推