【文章內容簡介】 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。無論是護理床的結構還是控制系統(tǒng)的設計，安全性始終是最優(yōu)先考慮的一個原則。比如，在結構設計方面，不應存在任何干涉情況，結構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、舒適性設計是可用性設計的延伸，護理床應該根據(jù)人體生理學原理，更多地從人的生理結構、心理情況、行為習慣等方面加以考慮。比如各部分結構要與人體的尺寸匹配；設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計與選擇、控制系統(tǒng)的設計、零部件之間的相對位置關系和尺寸匹配，都有相關的行業(yè)標準。參照標準設計，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，主要包括體位調整類功能、吃飯看書功能。體位調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。 設計指標參考《醫(yī)用電氣設備 第一部分：安全通用要求》 、 《醫(yī)用電氣設備 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》等相關標準，同時類比國內外文獻中的相關參數(shù)，作為設計指標。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尺寸向適應，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整類指標體位調整類指標包括：左/右翻身角度、抬背角度、大腿板翻轉角度、小腿板翻轉角度。 《醫(yī)用電氣設備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求》給出了背板、大腿板、小腿板的調節(jié)范圍建議值：1) 背板與水平面間夾角（圖 中 A）應能從 0～ 80o（或更大）可調。2) 大腿板與水平面間夾角（圖 中 B）應能從 0～12 o（或更大）可調。3) 小腿板與水平面間夾角（圖 中 C）應能從 0～20 o（或更大）可調。4) 大腿板與小腿板間夾角（圖 中 D）應能調至 180o（平面） 。圖 床面各板的推薦調節(jié)范圍 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，參照調研所得結果，同時考慮文獻中同類研究的相關參數(shù)，確定了體位調整類具體指標（見表 ） 。表 體位調整類指標 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大腿板翻轉角度 0～50 o 注：以上各項動作均可以在設定范圍內的任意角度隨時停止。 護理床本體總體方案 總體布局從整體結構上講，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。從以上設計角度除法，根據(jù)前文確定的設計原則，確定護理床采用床面大尺寸，支撐框架略小的結構，有利于空間的節(jié)約；移動方式為前面布置兩個萬向輪，從而使得轉彎半徑較??；各個功能模塊機構初步選用連桿結構，以方便實現(xiàn)各床面板的運動規(guī)律，其驅動元件均布置于支撐框架下層，以保證機構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。 床面設計多功能護理床床面設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動，這就給床板之間的連接提出了很高的要求，結合所需實現(xiàn)的功能，本文提出采用分體式雙層床面結構（如圖 所示)。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 床面結構示意圖其中，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 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；14 床板組合聯(lián)動，繞 Y3 軸翻轉注: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型設計 抬背構型設計抬背機構運動的實現(xiàn)較為簡單，有以下幾種構型可供選擇。 （如圖 所示）圖 抬背機構的 3 種備選構型構型 a：該抬背機構為螺旋一連桿組合機構，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動部件，構型簡單，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，應該首選該構型。但是在護理床的結構中，支撐框架的 Z 向尺寸較小，而背板又要翻轉 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，因而放棄該構型。構型 b：該機構也是螺旋一連桿組合機構，自由度為 1，有 1 個原動件，具有確定運動，結構較為簡單，抬背角度大，滾輪與背板之間為高副聯(lián)接。該構型為螺旋傳動，優(yōu)點是結構簡單，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。構型 c：該機構為螺旋一連桿組合機構，實際上可以等效為一五桿機構，等效后的機構具有 4 個活動構件，3 個轉動副，2 個移動副，因此自由度 F=42=2，該機構需要 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角度,但是該機構成本較高。綜上，構型 B 為三種之中的最優(yōu)構型，故抬被機構最終采用該構型。 翻身機構構型設計多功能護理床要實現(xiàn)左右翻身，各需要一套傳動機構，考慮到二者運動相同，故采用同一種構型，翻身動作中聯(lián)動床板較多，因此構型設計也較復雜。圖 中列出了幾種原理和功能上符合的構型，下文將對各構型進行詳細分析。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 翻身機構的 3 種備選構型構型 a：文獻提出了一種變機架的四桿機構。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)機架轉換。該機構構型新穎，用同一套機構實現(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，該構型不是翻身機構的最佳方案。構型 b：構型 b 是一種由“正切機構和“雙滑塊機構串聯(lián)而成的單自由度六桿機構。該機構在初始狀態(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受力最大的時候。機構可拆分為由構件 5 組成的 RPRII 級桿組、構件 3 構成的RRPII 級桿組、原動件 1 和機架 O，因此一個 II 級機構。部件詳細設計時，可將構件2 繞機架 0 旋轉 90。 布置，使整個機構成為一個空間機構，這樣就可以滿足整體布局要求，同時，為防止翻身機構與抬背、抬腿機構運動干涉，具體設計時需將構件 4演化為滾輪，通過高副接觸帶動構件 5 的運動(由于人體的重力直接作用于構件 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 的驅動可以采用螺旋傳動方式，此時該機構又演化為螺旋一連桿組合機構。構型 c：文獻提出了一種螺旋一連桿組合機構。該機構實際上是一種對稱結構，單邊可等效為經(jīng)過演化的四連桿機構，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。該機構也是一種新穎構型，結構簡單，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，因此這種構型也不是最優(yōu)構型。 抬背、腿機構的設計抬腿機構的構型相對來講和抬背機構是相同的，抬背機構和抬腿機構總體的簡圖如圖 ，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動螺桿 9 轉動，使得螺套 7 向右運動，再由連桿 6 帶動轉臂 5 旋轉，最后由轉臂驅動床板 1 繞 J 點旋轉，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臂 12 旋轉，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 抬背機構簡圖圖 抬腿機構簡圖 床上吃飯機構的設計吃飯裝置的設計采用了平行四邊形機構，固定在床的兩側，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 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