【文章內(nèi)容簡介】 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 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。 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(guān)標準，同時 類比國內(nèi)外文獻中的相關(guān)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(guān)尺寸向適應，同時采取適當?shù)某叽纾梢允贡蛔o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 =2021mm1000mm500mm 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 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 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。 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）應能從 0～ 12o（或更大）可調(diào)。 3) 小腿板與水平面間夾角（圖 中 C）應能從 0～ 20o（或更大）可調(diào)。 4) 大腿板與小腿板間夾角（圖 中 D）應能調(diào)至 180o（平面）。 圖 床面各板的推薦調(diào)節(jié)范圍 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 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 指標項 具體數(shù)值 左翻身角度 0～ 45o 右翻身角度 0～ 45o 抬背角度 0～ 80o 大腿板翻轉(zhuǎn)角度 0～ 50o 注：以上各項動作均可以在設定 范圍內(nèi)的任意角度隨時停止。 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(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。 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(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 )。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 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 。 尺寸項 具體數(shù)值 背板 740 臀部板 260 大腿板 400 小腿板 600 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 表 多功能護理床實現(xiàn)功能所需的床板聯(lián)動 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～ 45o 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 0～80o 11 床板組合聯(lián)動，繞 Y1 軸翻轉(zhuǎn) 大腿板與水平面夾角 0～35o小腿板與水平面夾角為20o～ 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)。 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 ） 平躺 左 /右翻身 抬背 曲 /伸腿 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 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。 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)型設計也較復雜。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。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 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，具體設計時需將構(gòu)件 4 演化為 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 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。 背、 腿機構(gòu)的設計 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 。 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 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 圖 抬腿機構(gòu)簡圖 床上吃飯機構(gòu)的設計 吃飯裝置的設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 ） 圖 吃飯裝置 本章 小結(jié) 本章完成了多功能護理床總體方案的設計。 制定了該護理床設計應該遵循個幾個原則，提出了所要達到的各項功能，明確了應該達到的各項技術(shù)指標。 對護理床的總體方案進行了設計。首先提出了護理床的總體布局，然后確定了床面結(jié)構(gòu)形式、具體尺寸，最后在分析比較基礎上，確定了各功能模塊的機構(gòu)構(gòu)型。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 3 機構(gòu)設計 基本參數(shù)的設定 在第二章的設計指標中已經(jīng)給出了基本參數(shù)，由于本章著眼于計算，方便我們可以直觀地獲得數(shù)據(jù)，我們再一次給出護理床的基本參數(shù)值。 床的基本尺寸為 長 寬 高 =2021mm1000mm600mm 左右翻身角度為 0～ 50o 抬背角度為 0～ 80o 大腿翻轉(zhuǎn)角度為 0～ 50o 電動機的選擇 坐起電動機 1）功率 取 t=40s，極限角度 080?? ，轉(zhuǎn)臂角速度： sr ad / 2/2 ?? ?? 轉(zhuǎn)臂 速 度： smtv /0 2 4 3 9 ???? ? 負載 NT 10002 ? ，則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率： smvTP /39。2 ?? （忽略轉(zhuǎn)臂自重） 電 動 機 的 許 用 功 率： [P 許 2 ] = WP 65 2244232139。2 ?????????（忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿自重） 電動機實際功率： ?2P [P 許 2 ] =78W 由以上結(jié)果知，選用額定功率為 90W 的單相電容式減速電動機 。 2）轉(zhuǎn)速 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 由圖 可知坐起螺桿導程 1 最短約為 300m。那么由上身坐起的時間 t=40s，螺桿螺紋間距 d=5mm，可以得出電動機的最低轉(zhuǎn)速： n=300247。5247。4060=90r/min 曲腿電動機的選擇 1） 功率： st 30? ，極限角度