床椅分离式多功能护理床的抬背机构设计及其仿真
2016新编新型护理床的起身机构设计与运动仿真
新型护理床的起身机构设计与运动仿真进入二十一世纪后，中国人口结构日趋老龄化。
护理床社会中的一部分功能障碍群体—老年人、残疾人和伤、病人，也越来越受到社会的关注，随之而来的是这些功能障碍群体对多功能、多样化、实用价值高的用品用具和高品质的服务以及专业指导的渴求。
人们生活水平的提高以及对减轻家人、护理人员劳动强度的渴望，加上传统使用的护理床无法满足要求，因此需要更高技术含量的智能化护理设备来满足功能障碍群体对生活自理、自立的迫切渴求。
根据需要设计出能让使用者自动坐起的床机构，对肌肉废用性萎缩，关节挛缩和僵硬的患者进行有节奏的收缩与放松活动，以改善局部血液循环，促进组织修复。
此机构操作方便，结构简单，能让患者实现生活自理。
2 机构设计与分析2.1 曲腿机构的设计与运动计算曲腿机构的机构简图，如图1 所示。
由5 个构件，6 个旋转副,如图 1 所示.2.2 抬背机构的设计与运动计算抬背机构的机构简图，如图 2 所示。
由 5 个构件，5 个转动副 1 个移动副，一个高副，一个局部自由度构成，由一个直线电机驱动，自由度为F=3×5-2×5-1-1=1。
3 机构的运动仿真通过UG/Modeling 的功能建立三维实体模型，再对三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，并在各个部件之间设立一定的连接关系，并建立了一个运动仿真模型。
首先根据杆机构特性把各个机构的三维实体部件连接成杆机构。
曲腿和抬背两个杆机构，如图 3 所示。
然后在零件连接处根据不同的运动特性定义运动副。
如图4所示，J26 和J14 设为旋转副，消除在平面上 2 个移动的自由度，电机设为滑动副消除在平面上一个移动和一个转动的自由度。
最后给原动件一定的运动规律，并对这个模型进行运动学或动力学运动分析可以验证该引动机构设计的合理性，并可以利用图形输出各个部件的位移，坐标，加速度，速度和力的变化情况，对运动机构进行必要的优化设计。
如图 3 所示，在初始位置给两个电机一定的直线速度，取机构上两个转动副J26和J14。
面向多功能护理床的机构设计与分析
制造工艺：采用 先进的制造工艺
保证产品质量
测试方法：制定 详细的测试计划 和测试方法，确 保样机性能达到
设计要求
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实验验证
实验目的：验证多功 能护理床的性能和功
能
实验方法：按照预定 的测试方案进行测试， 收集数据并进行分析
实验设备：多功能护 理床样机、测试仪器、
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汇报人：
多功能护理床的机构设计
多功能护理床的强度分析
多功能护理床的样机试制与 实验验证
多功能护理床的稳定性分析 多功能护理床的优化设计
多功能护理床的 机构设计
章节副标题
床体结构设计
床架：采用高强度钢制成，保证床体的稳定性和耐用性 床板：采用多层复合材料制成，具有良好的透气性和舒适性 床脚：采用可调节设计，适应不同高度的地面 床尾：设有可折叠的床尾板，方便护理人员操作
抗侧翻性能分析
抗侧翻性能的重要性：保 证护理床在使用过程中的
稳定性和安全性
抗侧翻性能的设计原则： 结构合理、材料选择得当、
制造工艺精良
抗侧翻性能的测试方法： 静态加载试验、动态加载
试验、疲劳试验等
抗侧翻性能的优化措施： 加强床架结构、优化材料
分布、改进章节副标题
翻身机构：帮助患者翻身， 减轻护理人员的负担
坐起机构：辅助患者坐起， 方便进食、看书等日常活 动
腿部弯曲机构：帮助患者 弯曲腿部，进行腿部锻炼 和康复训练
辅助站立机构：辅助患者 站立，进行站立训练和康 复训练
辅助行走机构：辅助患者 行走，进行行走训练和康 复训练
多功能护理床的 稳定性分析
章节副标题
传感器等
多参数手术床背部支承机构仿真分析
多参数手术床背部支承机构仿真分析1 研究背景手术床作为野战医疗机构的必备卫生装备，电动手术床为伤病员提供多功能救治平台。
其功能为支承伤病员的身体、调整手术体位、充分暴露手术野，使医护人员在方便、舒适的条件下顺利完成各种手术。
目前装备部队的野战手术床，在卫勤保障中发挥了重要作用，但在几年的使用中，也暴露一些缺点，需要升级换代。
本文提出研制一种轻便型野战手术床，具备功能齐全、操作方便、展收迅速、便于携行等特点。
2 轻便型野战手术床的结构如图1 为所提出的轻便型野战手术床的结构示意图，主要由床面板、调节用可控气弹簧、可伸缩的丝杠机构、床架支承机构等组成。
采用脚轮与马蹄脚的配合使用，提高床体的稳定性；为了减轻重量，设计了壁更薄、结构更合理的铝合金型材作为支承框架。
通过多级丝杠调节控制手术床床面的升降，使得调节范围更大，背板、坐板、腿板均采用大行程可控气弹簧支承机构，使得调节体位非常方便。
作者对手术床的稳定性、各部分的强度、刚度分别进行了计算，设计了合理的结构，本文以背部支承机构的设计为例，进行介绍。
3 支承机构设计分析野战手术床通过调节机构改变床面板不同部分的夹角，实现体位调节。
由于气动支承机构具有无级调节、可调范围大等优点，在设计中引入大行程可控气动支承手术床床面，依靠自身的伸缩改变与之相连的床面角度的变化，最终得到手术床的期待体位。
3.1 支承机构力学分析根据手术床设计标准，手术床背板相对于坐板可进行上折65°、下折18°，在这之间的任意位置，背板必须承受75kg 的均布载荷。
同时为了满足野战手术床的便携性，要求背板能下折大于84°，这就为支承机构的设计增加了难度。
图 2 为背部支承机构的力学模型，坐板支承点长为a，背板支承点长为b，背部支承点与旋转轴距离为c，背板与坐板的夹角为α，可控气弹簧的行程为x，支承长度为y，最大支承力为F，背部均布载荷p。
背部支承机构的运动轨迹如图 3 所示，支承机构三角形形状不断改变，标出了典型的四种状态，①为上折65°位置，②为床面水平位置，③为下折18°位置，④为床面下折84°位置。
基于人体工程学的多功能护理床抬背机构的三维模型仿真设计
抬背机构的备选构型2抬背机构的备选构型(图3驱动电路原理图(1)根据图1中的机构简图可知,该抬背机构的自度为1即该机构只有一个原动机按,具备确定的运形势。
该机构安全方便,易于实现,且具备较好的安性,传动效率较高。
(2)根据图2可知,该机构为四连杆机构,且自由为1,即该机构只有一个原动机按,具备确定的运行势。
该机构具有结构简单,行程较大等诸多特点,在轮和背板之间的连接为高副连接,但其对空间尺寸。
4。
图4护理床抬背姿态推杆控制电路设计推杆控制电路的控制模块主要是继承该款芯片功率较大,能够实现过载保3所示,使用两块芯片的连接可自称可实现电动推杆的长度变化。
控制端,推杆的运行受单片机控制。
的运动计算和仿真机构简化后,如图5所示。
中:L—推杆长度;GRùcosùtdt图5抬背机构简图参数值代入,可得到负载随时间变化所示。
中的曲线可看出,推杆在6秒时负载最时间节点为分界点,在该时间节点之增大状态。
在6秒之后,床面负载会减度会增大,为了使使用者不产生不需要知道负载和速度之间的变化量。
(a)抬背推杆速度曲线图(b)背部床面负载曲线图(下转第14页图5沉浸式数字旅游系统运行界面图6和图7则展示了该系统两种交互操作的实果。
其中图6表示单指滑动模型的操作:用户用手摸屏幕,手指向左右移动,模型也会对应向左右旋7表示双指触控缩放模型的操作:用户用两根手指屏幕,聚拢两根手指则是缩小模型,散开两根手指放大模型。
(a)开始界面(b)模型旋转后界面图6沉浸式数字旅游系统交互操作1(a)开始界面(b)模型放大后界面图7沉浸式数字旅游系统交互操作2(上接第16页)(c)抬背推杆电压曲线图从图中的曲线可看出,推杆在6秒时负载最大,因而选取该时间节点为分界点,在该时间节点之间负载。
一种多功能医用护理床设计
一种多功能医用护理床设计摘要：多功能医用护理床,是一款专门根据危重病人和偏瘫患者的特殊需求而研制的,可以任意调整病床的靠背和脚部的高度。
即使无法自理患者,医护人员也可以利用在病床沿的控制器完成作业,从而减轻了护理病、残患者时的劳动强度。
本文针对护理床的抬背机构、侧翻机构和曲腿机构进行设计，首先分析了护理床的结构和使用原理，即通过电机驱动螺杆发生转动，使螺帽向左或者向右运动，然后带动连杆拉动床板，完成抬背、翻身或者曲腿的动作。
其次，确定了各个关键零部件的的设计和检验，通过三维数字化设计程序soliderworks对其完成构建与组装,之后再输出至CAD上完成编辑。
本章将着重介绍多功能医用护理床的研究背景及对人们生活水平的提升意义，并对医护床技术的发展现状以及国内外的发展趋势做出介绍。
最后给出作者所完成的工作，以及对本文各个章节的主要内容做出总结性的介绍。
关键字:多功能医用护理床引言在人口老龄化快速增长的今天，对护理行业有了越来越严格的要求，不仅要求护理床的质量过关可靠，还需求具有多种功能。
医用护理床就是一款为此需求而设计的医疗器械。
多功能护理用床是根据病人（失能人群或半失能人群）长年卧床不起所受的痛苦，根据卧床患者长期在床上的生活需求，如更换床褥、翻身、如厕，背部透气，换尿片，洗头脚洗澡等需求，通过一些实用的解决方案和科技技术，制造出各种功能的具有护理功能的床。
1 多功能医用护理床的整体方案设计通过对多功能医用护理床的安全性、人体感知的舒适程度、功能多样化、标准化以及轻量化这五个原则的确定，以这五个原则为契机，提出护理床的总体方案构思，包括护理整体结构的构思思路，护理床各部分的组成形式，各部分的零件结构。
控制系统选择单片机为主控芯片，控制多台电机实现联动控制，从而能够实现多功能医用护理床的各种功能。
多功能护理床从结构上可以分为电源，控制系统部分，平面连杆机构（包括伸缩机构），齿轮齿条机构以及床的面板与框架。
一种多功能家用机械的设计与仿真分析
１ 整 体 方 案 设 计
本 机 械 以划 船 健 身 功 能 为 核 心 ． 连 杆 机 构 、 柄 四 手 实 现 划 船 运 动 的 模 拟 ， 缸 提 供 运 动 阻 力 ； 用 优 化 的 气 利 盘 压 杆 、 杆 底 座 两 种 机 构 ， 现 收 缩 、 伸 、 曲 的 变 连 实 拉 弯 化 ， 到 机 构 间 自由 变 换 的 目的 。 使 用 时 以平 板 方 式 达 不
近 似 为 一 扁 长 椭 圆 。可 对 划 船 轨 迹 进 行 拟 合 和 优 化 设
１ｉ
是 综 合 ２、 ３种 功 能 的 变 化 家 具 。 本 文 论 述 的 机 械 能 够 同时 满 足家 用 、 乐 和健 身需 求 ， 结 构 简单 ， 换方 娱 且 变 便 ， 有 良好 的 实 用 价 值 。 具
社 ． ０ ０ ２０．
４ 结 束 语
该 康 复 床 突 出机 械 结 构创 新 和 智 能 化控 制 创 新 ．
孙 训 方 ， 孝 淑 ， 来 泰 ． 料 力 学 （ 三 版 ）Ｍ］ 京 ： 方 关 材 第 ［ ． 北 高
等 教 育 出版 社 ．９ ５ １９ ．
独 特 的机械 结 构 创新 设 计 解 决 了为 病 人 翻身 的难 题 ，
上 尚 有 不 足 ， 进 华 ［设 计 的 机 械 则 以 自 动 化 为 特 色 。 孙 就 国 内 外 家 用 机 械 研 发 与 使 用 现 状 而 言 ， 发 展 最 多 的
划 船健 身机 作 为主体 机械 ， 以模拟 划船 运动 ， 可 进
行 健身 娱乐 。 计 中 ， 虑到 划船运 动 分为人 水 、 水 、 设 考 划 出 水 、 桨 ４个 过 程 ， 迹 为 一 倾 斜 的 扁 长 椭 圆 ， 中 回 轨 其 划水 为推 程 ， 力大 ； 桨为 回程 ， 力 小 ， 其在 入水 阻 回 阻 且 和 出 水 的 瞬 间 具 有 一 快 一 慢 的 时 间 特 性 ， 因 此 采 用 四 连 杆 机 构 作 为 原 动 机 构 。其 上 铰 点 附 加 杆 的 输 出 轨 迹
多功能护理床的结构设计及优化设计
摘要多功能医用护理床是一种针对危重病人和瘫痪病人的特殊需要而设计的，能随意调节床的背部和脚部的角度。
即使不能自理者，护理人员也可通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。
本文针对上述情况，提出了一种新型的多功能医用护理床，采用三维数字化设计软件soliderworks对其进行建模和装配，然后导出到CAD进行修改。
利用机械分析软件ADAMS对其进行运动学及动力学分析，研究了床板在各种运动状况下的角加速度对患者舒适度的影响及线性推杆在各姿态下的受力状况，并利用ADAMS提供的优化功能对其分别进行了运动学和动力学优化；以角加速度最大值的最小化作为优化目标函数进行运动学优化，以线性推杆受力的最大值最小化作为动力学优化目标函数，得到满足设计要求的机构参数。
采用力学理论分别对多功能医用护理床的主要零件进行力学计算，保证了机构运动的安全性及稳定性。
控制系统采用单片机控制，通过单片机控制，实现各个机构的运动，安装传感器来控制机构所转过的角度。
利用单片机为主的控制系统，达到控制要求。
关键词：多功能医用护理床，干涉检验，运动学优化，动力学优化，控制系统ABSTRACTMultifunction Nursing-bed is designed for those critically ill patients and the special needs of paralyzed patients designed bed is able to adjust the angle of the back and feet. Even if we can not take care of themselves, the nursing staff can also be operated bedside controller to reduce the care of sick and disabled patients with the labor intensity. In this paper, the above situation, a new type of multi-functional medical care beds, the use of digital three-dimensional design software for modeling and soliderworks its assembly, then export to CAD and correct it. the mechanical analysis software ADAMS kinematics and dynamics of its analysis, research of the bed board in the under a wide variety of sports on the angular acceleration of the impact of patient comfort and linear putter in the posture of the force, and provided the use of optimization ADAMS conducted its kinematic and dynamic optimization; to angular acceleration The minimum value of objective function as for kinematic optimization, linear putting maximum stress as a dynamic optimization to minimize the objective function. Have to meet the design requirements of the body parameters. Finite calibration methods of mechanics of materials, respectively, of multi-bed medical care for the mechanical parts of the main check to ensure the safety of the movement and stability. Control system adopts microcomputer control, through MCU control, to achieve the movement of various agencies, to install sensors to control the body turn angle. Use of microcomputer-based control system to control demand.Key words:Multifunction Nursing-bed, interfere check, kinematics optimization, dynamics optimization, control system目录1 绪论 (1)1.1课题的目的及意义 (1)1.2 国内外研究状况及发展趋势 (1)1.3 本文主要研究内容........................................................ 错误！未定义书签。
多功能护理床的结构设计
1.1 护理床相关要求 （1）能够实现病人所需的各个体位要求，如背起、屈膝、侧
翻等位姿。 （2） 活动床板的撑起角度范围应参照有关医疗护理方面
的相关要求[3]。 1.2 护理床的组成
除 固 有 机械 结 构 外 ，床 架 整 体 框 架 还 包 括 各 种 电 机 安 装 模块。整个多功能护理床内有四个直流直线电动电机，分别执 行背起、屈膝、左右侧翻等动作。 1.3 护理床的基本参数 1.3.1 整体尺寸确定
关键词：老龄化；多功能护理床；结构优化
0 引言
与 国 外 各种 功 能 完 善 的 智 能 护 理 床 产 品 相 比 ，我 国 护 理 床多数停留在手动操作、功能单一的技术水平[1]。如何实现康 复床的人性化、智能化和集成化发展，成为当下研究的热点问 题，对应的研究成果也成为市场极力追逐的目标[2]。
3 关键零部件校核
整 个 床 的 重 量 都 压 在 床 底 架 的 长 杆 上 ，底 架 长 杆 设 计 尺 寸的长度设置为1 440 mm，在床底架长杆上设置了两个支撑 点，假设床体的重量为400 kg，病人的重量为150 kg，总重量为 550 kg，受力如图5所示。
［参考文献］ [1] 郑静.长期 卧床 病 人的 家庭 护理[J].科 学生 活 ，2014（10）：
（哈尔滨理工大学荣成学院，山东 威海 264300）
摘 要：我国作为一个人口众多的国家，社会正逐渐进入老龄化，如何更好地照顾老人及残障人士已经成为亟待解决的问题。现针 对多功能护理床的结构进行优化设计，提出了一套新型多功能护理床的总体设计方案，介绍了护理床整体结构以及床框架和平面连杆 机构等各个零部件的详细设计，最终实现了预期设计技术要求。
版社，2008.
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Ｃａ ｒ ｒ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
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目前社会老龄化加剧 ， 对老人尤其是卧病在床或
行动不 便 的老 人 的 照顾 成 了社 会关 注 的焦 点 问 题之
一
卧床身体不太好 ， 不小心就容易造成骨折等身体伤 害。该可分离式护理床方便病患、 老人的移动 ， 避免 了病人 因长期卧床 引起心理和生理上的负担 ， 同时 不影响护理床本身的抬背、 翻身、 曲腿等护理功能。 鉴 于床椅 分 离式 护 理床 机 构 要 求 比较 集 中 ， 本 文介 绍一 种轻 巧 、 方便 又集 中的抬 背机构 。
Ｚ Ｈ ＡＮ Ｇ Ｈｕ ａ ， Ｋ Ｏ Ｕ Ｙ ｕ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｊ ｉ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｚ ＨＵ Ｓ ｈ ｕ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ
（ Ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ａ ｎ ｄ ｗ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｋ ｅ ｙ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｓｉ ｒ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ３ ３ ０ ０ ３ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ７卷第 ２期
２ ０ １ ５年 ６月
南 昌大 学学报 （ 工科版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）
Ｖｏ １ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． ２
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ５
文章编 号 ： １ ０ ０ ６— ０ ４ ５ ６ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２— ０ １ ３ ７— ０ ５
床 椅 分 离 式 多 功 能 护 理 床 的 抬 背 机 构 设 计 及 其仿 真
张华 ， 寇元金 ， 刘继 忠 ， 祝 顺风
（ 南 昌大 学机 器人及 焊接 自动化重点 实验 室 ， 江 西 南昌 ３ ３ ０ ０ ３ １ ） 摘要 ： 设计 了一种床椅分 离式多功能护理 床的抬 背机构并对其仿真分 析。基于可分 离式护理 床所需功能 及整 体布局要求 ， 选择合适 的抬背机构方案 ， 运用 Ｓ Ｏ Ｌ Ｉ Ｄ ＷＯ Ｒ Ｋ Ｓ软件建立起 了机 构 的模 型。运用机械 原理知识对 机构 进行 了运动计算 ， 选择 了合适 的驱动方式 ， 采用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件 编程对机构 的运动进行 了仿 真 ， 仿真结果基本 达到 了 预期 的设计要 求 ， 验证 了该 机构设计方 案的可行 性 。 关键 词 ： 床椅分 离 ； 护理床 ； 抬背机构 ； ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ； 仿 真
ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｋ ｎ ｏ ｗ ｌ ｅ ｄ ｇ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ｏ ｓ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｗ ａ ｙ ｏ ｆ ｄ ｉ ｒ ｖ ｉ ｎ ｇ ， ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＭＡＴ Ｌ ＡＢ ｓ ｏ ｆ ｔ －
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