【文章內(nèi)容簡介】 由于護理床對老年人和病人的身體進行直接的接觸與操作，而且相對于健康人來說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護理床在安全性方面的要求很高。無論是護理床的結(jié)構(gòu)還是控制系統(tǒng)的設(shè)計，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個原則。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，不應(yīng)存在任何干涉情況，結(jié)構(gòu)的剛度和強度方面都要留有充足的余量，要考慮到各種極限情況。人性化、舒適性原則人性化、舒適性設(shè)計是可用性設(shè)計的延伸，護理床應(yīng)該根據(jù)人體生理學原理，更多地從人的生理結(jié)構(gòu)、心理情況、行為習慣等方面加以考慮。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸匹配；設(shè)計中力求加速度最小化等等。功能多樣化原則護理過程中，不同使用者往往對護理床有著各種各樣不同功能的要求，除了基本的體位要求之外，還有諸如吃飯、洗漱、排便等更多的要求。標準化原則護理床機械零件的設(shè)計與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計、零部件之間的相對位置關(guān)系和尺寸匹配，都有相關(guān)的行業(yè)標準。參照標準設(shè)計，不僅能在最大程度上滿足使用要求，而且有利于增強互換性，降低陳本。輕量化原則從降低能量消耗和減小運動慣性的角度考慮，護理床應(yīng)該在保證功能和安全的情況下遵循輕量化原則。這樣不僅節(jié)約了材料、降低了成本而且減小運動慣性則非常有利于某個部件的停啟，使護理床的運輸使用成本都有很大的降低。 功能要求及設(shè)計指標 功能要求 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 根據(jù)我在各個醫(yī)院觀察的結(jié)果，類比市場上的護理床種類功用，再加上一定創(chuàng)新，確定了多功能護理床的功能范圍，主要包括體位調(diào)整類功能、吃飯看書功能。體位調(diào)整功能護理床首先必須滿足日常護理中的多種必要的體位位姿，實現(xiàn)各體位的自動變換，對于提高使用者的自理能力，減少因長期臥床引發(fā)的并發(fā)癥，改善其健康狀態(tài)，有著積極的意義，同時可以大大減輕護理醫(yī)務(wù)人員的勞動強度。具體包括：平躺、左/右翻身、抬背、曲/伸腿.。吃飯看書功能長期臥床患者的飲食也是困擾護理人員的又一難題，本設(shè)計通過簡單可行的方法使患者能夠在床上坐起飲食以及看書。 設(shè)計指標參考《醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分：安全通用要求》 、 《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》 、 《中華人民共和國行業(yè)標準—病床》 、 《中華人民共和國國家標準—中國成年人人體尺寸》等相關(guān)標準，同時類比國內(nèi)外文獻中的相關(guān)參數(shù)，作為設(shè)計指標。外形尺寸多功能護理床主要用于病房或家庭中，因此在各個姿態(tài)時，其所占的空間范圍必須與病房和家庭房間的相關(guān)尺寸向適應(yīng)，同時采取適當?shù)某叽?，可以使被護理人員感到舒適。按照《中華人民共和國行業(yè)—標準病床》標準，多功能護理床的外形尺寸最終取為：長寬高=2022mm1000mm500mm承載指標按照《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》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。標準中提供了人體在床的各個板塊上的重量分布（如圖 所示） ，護理床的各個模塊的設(shè)計均可以此值為準。圖中，1 代表背板，2 代表臀部板，3 代表大腿板，4 代表小腿板。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 床面各板塊人體重量分布體位調(diào)整類指標體位調(diào)整類指標包括：左/右翻身角度、抬背角度、大腿板翻轉(zhuǎn)角度、小腿板翻轉(zhuǎn)角度。 《醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》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)。2) 大腿板與水平面間夾角（圖 中 B）應(yīng)能從 0～12 o（或更大）可調(diào)。3) 小腿板與水平面間夾角（圖 中 C）應(yīng)能從 0～20 o（或更大）可調(diào)。4) 大腿板與小腿板間夾角（圖 中 D）應(yīng)能調(diào)至 180o（平面） 。圖 床面各板的推薦調(diào)節(jié)范圍 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，參照調(diào)研所得結(jié)果，同時考慮文獻中同類研究的相關(guān)參數(shù)，確定了體位調(diào)整類具體指標（見表 ） 。表 體位調(diào)整類指標 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 指標項 具體數(shù)值左翻身角度 0～45 o右翻身角度 0～45 o抬背角度 0～80 o大腿板翻轉(zhuǎn)角度 0～50 o 注：以上各項動作均可以在設(shè)定范圍內(nèi)的任意角度隨時停止。 護理床本體總體方案 總體布局從整體結(jié)構(gòu)上講，多功能翻身護理床可以分為總體框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件和智能座便系統(tǒng)五大功能模塊。在總體布局時，有以下幾方面要求： 綜合考慮兩種狀態(tài)下的尺寸、穩(wěn)定性和強度要求；布局要使各個模塊的機構(gòu)運動相對簡單，并解決好干涉問題；分配好每個部件的尺寸，最大限度地利用床下有限的空間；要盡可能地把傳動部件隱藏給人以安全感，避免心理恐慌。從以上設(shè)計角度除法，根據(jù)前文確定的設(shè)計原則，確定護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；移動方式為前面布置兩個萬向輪，從而使得轉(zhuǎn)彎半徑較小；各個功能模塊機構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實現(xiàn)各床面板的運動規(guī)律，其驅(qū)動元件均布置于支撐框架下層，以保證機構(gòu)傳動角和框架強度要求；各零部件近似對稱布置于床面之下，使機器人重心始終處于機構(gòu)中間位置，以增強整體穩(wěn)定性和使用者的心理安全感。 床面設(shè)計多功能護理床床面設(shè)計的特點在于要實現(xiàn)的運動較多，而且每塊床板都必須能夠沿相互垂直的方向轉(zhuǎn)動，這就給床板之間的連接提出了很高的要求，結(jié)合所需實現(xiàn)的功能，本文提出采用分體式雙層床面結(jié)構(gòu)（如圖 所示)。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 床面結(jié)構(gòu)示意圖其中，床板 1～8 為下層板，11～14 為上層板：11 為背板，12 為臀部板，13 為大腿板，14 為小腿板。各床板之間通過鉸鏈相互連接，整體床面則通過臀部下層板固定到支撐框架之上。護理床所需的各個動作都能夠通過傳動部件帶動相應(yīng)的床板組聯(lián)動實現(xiàn)（參見表 ） 。表 各床板 X 向尺寸 各床板的尺寸基于 GB1000088 常用人體測量數(shù)據(jù)確定 【9】 。參考市場上的護理床尺寸，根據(jù)專家給出的數(shù)據(jù)進行選擇后，最終尺寸見表 。表 多功能護理床實現(xiàn)功能所需的床板聯(lián)動尺寸項 具體數(shù)值背板 740臀部板 260大腿板 400小腿板 600 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 功能項 相關(guān)參數(shù) 備注各床板均水平半邊床板與水平面夾角為0～45 o 7 床板組合或8 床板組合聯(lián)動，繞 X 軸翻轉(zhuǎn)背板與水平面夾角為0～80 o 11 床板組合聯(lián)動，繞 Y1 軸翻轉(zhuǎn) 大腿板與水平面夾角0～35 o 小腿板與水平面夾角為20 o～0 13 床板組合聯(lián)動，繞 Y2 軸翻轉(zhuǎn)；14 床板組合聯(lián)動，繞 Y3 軸翻轉(zhuǎn)注:上述表述中“水平 以護理床處于水平地面上為參考狀態(tài)。 護理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計 抬背構(gòu)型設(shè)計抬背機構(gòu)運動的實現(xiàn)較為簡單，有以下幾種構(gòu)型可供選擇。 （如圖 所示）圖 抬背機構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型構(gòu)型 a：該抬背機構(gòu)為螺旋一連桿組合機構(gòu)，其自由度為 1，有 1 個原動件，具有平躺左/右翻身抬背曲/伸腿 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 確定的運動，可采用電動推桿作為驅(qū)動部件，構(gòu)型簡單，制造容易，而且初始狀態(tài)的傳動角遠遠大于 40。力的有效利用程度很高，如果沒有其他限制條件，應(yīng)該首選該構(gòu)型。但是在護理床的結(jié)構(gòu)中，支撐框架的 Z 向尺寸較小，而背板又要翻轉(zhuǎn) 80。 ，這也就引起一個矛盾：既要求電動推桿的行程要很大，又要求其初始狀態(tài)尺寸較小，顯然這樣的要求是達不到的，因而放棄該構(gòu)型。構(gòu)型 b：該機構(gòu)也是螺旋一連桿組合機構(gòu)，自由度為 1，有 1 個原動件，具有確定運動，結(jié)構(gòu)較為簡單，抬背角度大，滾輪與背板之間為高副聯(lián)接。該構(gòu)型為螺旋傳動，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉，傳動精確；缺點是承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴重。構(gòu)型 c：該機構(gòu)為螺旋一連桿組合機構(gòu)，實際上可以等效為一五桿機構(gòu)，等效后的機構(gòu)具有 4 個活動構(gòu)件，3 個轉(zhuǎn)動副，2 個移動副，因此自由度 F=42=2，該機構(gòu)需要 2 個原動件才能有確定運動。采用電動推桿作為連桿和動力源之一，可以獲得很大的翻轉(zhuǎn)角度,但是該機構(gòu)成本較高。綜上，構(gòu)型 B 為三種之中的最優(yōu)構(gòu)型，故抬被機構(gòu)最終采用該構(gòu)型。 翻身機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計多功能護理床要實現(xiàn)左右翻身，各需要一套傳動機構(gòu)，考慮到二者運動相同，故采用同一種構(gòu)型，翻身動作中聯(lián)動床板較多，因此構(gòu)型設(shè)計也較復(fù)雜。圖 中列出了幾種原理和功能上符合的構(gòu)型，下文將對各構(gòu)型進行詳細分析。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 翻身機構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型構(gòu)型 a：文獻提出了一種變機架的四桿機構(gòu)。所謂變機架，就是在 D1 和 D2 處分別安置一電磁鐵，通過電磁鐵的交替吸合來實現(xiàn)機架轉(zhuǎn)換。該機構(gòu)構(gòu)型新穎，用同一套機構(gòu)實現(xiàn)了左右翻身兩個相似運動，但是其主要適用于橫向 3 折床面。另外，采用電磁鐵吸合方式來固定床面的一端，其可靠程度仍需要特別考慮。鑒于以上原因，該構(gòu)型不是翻身機構(gòu)的最佳方案。構(gòu)型 b：構(gòu)型 b 是一種由“正切機構(gòu)和“雙滑塊機構(gòu)串聯(lián)而成的單自由度六桿機構(gòu)。該機構(gòu)在初始狀態(tài)時的傳動角為 90。 ，力的有效利用程度非常高，而此時也正好是機構(gòu)受力最大的時候。機構(gòu)可拆分為由構(gòu)件 5 組成的 RPRII 級桿組、構(gòu)件 3 構(gòu)成的RRPII 級桿組、原動件 1 和機架 O，因此一個 II 級機構(gòu)。部件詳細設(shè)計時，可將構(gòu)件2 繞機架 0 旋轉(zhuǎn) 90。 布置，使整個機構(gòu)成為一個空間機構(gòu)，這樣就可以滿足整體布局要求，同時，為防止翻身機構(gòu)與抬背、抬腿機構(gòu)運動干涉，具體設(shè)計時需將構(gòu)件 4演化為滾輪，通過高副接觸帶動構(gòu)件 5 的運動(由于人體的重力直接作用于構(gòu)件 5，因此，雖然運動副做了改變，但是運動效果仍然相同)。主動件 1 的驅(qū)動可以采用螺旋傳動方式，此時該機構(gòu)又演化為螺旋一連桿組合機構(gòu)。構(gòu)型 c：文獻提出了一種螺旋一連桿組合機構(gòu)。該機構(gòu)實際上是一種對稱結(jié)構(gòu)，單邊可等效為經(jīng)過演化的四連桿機構(gòu)，其中 C、D 點與滑臺可分離，因此可以分別實現(xiàn)左右翻身動作。該機構(gòu)也是一種新穎構(gòu)型，結(jié)構(gòu)簡單，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。 抬背、腿機構(gòu)的設(shè)計抬腿機構(gòu)的構(gòu)型相對來講和抬背機構(gòu)是相同的，抬背機構(gòu)和抬腿機構(gòu)總體的簡圖如圖 ，圖 所示。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，當需要坐起時由圖中左邊的電動機驅(qū)動螺桿 9 轉(zhuǎn)動，使得螺套 7 向右運動，再由連桿 6 帶動轉(zhuǎn)臂 5 旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動床板 1 繞 J 點旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。需要曲膝時，同樣右邊的電動工作，通過螺旋傳動使得轉(zhuǎn)臂 12 旋轉(zhuǎn)，將床板 3 頂起，達到曲膝的目的。坐起和曲膝動作如圖“坐起狀態(tài)”。圖 抬背機構(gòu)簡圖圖 抬腿機構(gòu)簡圖 床上吃飯機構(gòu)的設(shè)計吃飯裝置的設(shè)計采用了平行四邊形機構(gòu)，固定在床的兩側(cè)，不需要使用時可放至與床面平行，當吃飯或者看書時即可把機構(gòu) A 拉起至 90o 固定好即可使用，簡單方便。（如圖 所示） 完美 WORD 格式