多功能医用护理床的结构设计及优化
多功能护理床的设计与实现
个性化定制
为满足不同患者的特殊需求，护理床的设计将更 加注重个性化定制，包括尺寸、功能和外观等。
社区服务
随着老龄化社会的加剧，多功能护理床的市场需 求将进一步扩大。未来，护理床的设计将更加注 重社区服务场景，满足家庭和养老院等地的使用 需求。
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安全性
用户在使用过程中应得到充分的安 全保障，包括防止意外滑落、确保 稳定性和防止夹伤等功能。
功能需求
自动调节
床体应具备自动调节功能，如升 降、倾斜、旋转等，以便于用户 在不同姿势下休息或进行康复训
练。
辅助功能
具备辅助起身、翻身、排便等功 能，减轻护理人员的工作负担，
提高用户的生活质量。
健康监测
集成多种传感器，实时监测用户 的生命体征（如心率、血压等） ，并将数据传输至移动设备或医
折叠式设计
床体可折叠，便于收纳和 移动，节省空间。
高度调节
床面高度可根据需求调节 ，方便患者上下床和护理 人员操作。
功能模块设计
自动翻身功能
通过电动装置实现患者自动翻身，减少护理人员 的工作负担。
按摩功能
床面可提供按摩功能，有助于促进血液循环和缓 解肌肉疲劳。
便溺护理功能
床面下方设有便溺装置，方便患者进行便溺护理 。
控制系统设计
遥控器控制
01
采用专用遥控器，方便护理人员操作，可实现一键控制和多功
能调节。语音控制源自02集成语音识别系统，可通过语音指令控制护理床的各项功能。
智能控制
03
具备与医疗设备连接的能力，可实现数据监测和远程控制等功
能。
04
多功能护理床的实现
制作过程
需求分析
多功能病床设计
多功能病床设计1.2设计目标及要求。
31.3设计原则及方法。
42多功能病床详细设计。
42.1总体框架设计。
42.2抬腿部件设计。
52.3抬背部件设计。
62.4整床升降设计。
73多功能病床控制系统设计。
83.1控制系统结构设计。
83.2控制系统功能设计。
94多功能病床建模和分析。
104.1建模过程。
104.2分析结果。
115结论。
12参考文献。
13正文一、多功能病床总体设计1.1 研究背景及意义随着我国社会人口结构老龄化趋势日趋明显，对医护护理行业有了更高的要求。
因此，设计一款多功能病床，以满足危重病人、瘫痪病人及行动不便的病人的需求，具有重要的现实意义和应用价值。
1.2 设计目标及要求本文设计的多功能病床具有帮助病人坐起、屈膝、排便、翻身等功能。
同时，该病床还要具有质量可靠性高、操作方便、安全稳定等特点。
设计过程中，需要考虑到病人的舒适度和护理人员的工作便利性。
1.3 设计原则及方法本文采用自顶向下的设计方法，先拟定病床的整体设计方案，再对主要部件进行详细设计。
在设计过程中，采用先进的计算机辅助设计软件solidworks对多功能病床进行建模和分析，确保机构运行的安全性和稳定性。
二、多功能病床详细设计2.1 总体框架设计多功能病床的总体框架采用高强度钢材制作，具有承重能力强、结构稳定等特点。
床头和床尾各自设置一个操作面板，方便病人和护理人员操作。
床面采用高密度海绵垫和透气的皮革面料，舒适度高。
2.2 抬腿部件设计抬腿部件由电机、减速器、齿轮、导杆等组成。
通过电机驱动齿轮，带动导杆上下运动，实现抬腿功能。
同时，为了保证病人的安全性，设计了电机过载保护装置。
2.3 抬背部件设计抬背部件由气动缸、导杆、减速器等组成。
通过气动缸将导杆带动，实现抬背功能。
为了保证病人的安全性，设计了气动缸行程限制装置。
2.4 整床升降设计整床升降部件由电机、减速器、齿轮、导轨等组成。
通过电机驱动齿轮，带动导轨上下运动，实现整床升降功能。
多功能护理床的设计
多功能护理床一、总功能描述1、可辅助病人由仰卧位改为坐位2、可辅助实现床的加宽功能，从而3、所有动作均由手动或电动完成二、功能分析与求解1、功能分析如图所示2、功能分解将多功能护理床从结构上分为电源，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。
三、功能元求解功能一：由仰卧位改为坐位方案一:机构简图1——背部支板2——连杆3——电动推杆4——机架方案分析：机构依靠电动推杆3的相对运动是长度发生变化，由于长度的变化使得构件2发生转动,从而使背部支板1 绕铰链点转动实现支背运动。
该机构原动件为1，自由度为1，具有确定的运动。
方案二：机构简图1—-背部支板2——电动推杆3——机架方案分析：电动推杆2的长度变化直接带动背部支板1绕铰链转动,该机构原动件为1，自由度为1，具有确定的运动，并且结构简单，占用的空间小.功能四：小腿弯曲（坐立）功能方案一：机构简图:1-—小腿支撑板2-—电动推杆3——机架功能分析：当电动推杆2伸长时，直接带动小腿支撑板1绕铰链点转动。
该机构原动件为1，自由度为1，具有确定的运动，并且结构简单,占用的空间小，易于实现。
久卧的病人需要坐立,此时支背机构与曲腿机构同时或分开运动，实现病人的坐立。
而且当病人需要排便时，也可以使曲腿机构动作，更加方便病人排便。
方案二：机构简图：1—-小腿支撑板2-—滑块3—-连杆4——电动推杆5——机架功能分析：当电动推杆4伸长时，使得连杆3绕着转动副转动，从而带动滑块2和小腿支撑板发生相对运动，使得支撑板绕铰链转动，辅助病人完成去小腿及坐立的功能。
四、总功能求解1、动力装置此多功能护理床采用电机驱动或手动，电动驱动方式响应速度快，传动平稳，容易控制，并且工作状态不会受到环境的影响。
考虑到家庭用电以及床下的空间，采用交流电机和直线电动推杆.它们的机械特性以及过载能力较强，低速平稳性好，控制方便，还可以实现正反转,自动化程度高，所以采用.2、能量传递系统常用的有机械系统、液压系统、气压系统，这里采用机械系统,例如四杆或六杆机构，齿轮齿条机构,推杆的直线运动等。
多功能护理床
四、多功能护理床总功能求解及评价
4.2 多功能护理床总功能解
4.2.1助病人由仰卧位改为坐位
四、多功能护理床总功能求解及评价
4.2 多功能护理床总功能解
4.2.1助病人由仰卧位改为坐位
四、多功能护理床总功能求解及评价
4.2 多功能护理床总功能解
4.2.1助病人由仰卧位改为坐位
Байду номын сангаас
三、功能元求解
3.1 床板前后翻转方案求解
床板前后翻转机构简图
三、功能元求解
3.1 床板前后翻转方案求解
图解法床板前后翻转机构尺寸结果
三、功能元求解
3.2 床板左右翻转方案求解
床板左右翻转机构简图
三、功能元求解
3.2 床板左右翻转方案求解
三、功能元求解
3.3 床板中间开空口求解
三、功能元求解
可以向下翻转。
二、功能分析及分解
将床板划分成以下结构示意图：
二、功能分析及分解
2.2功能分解
2.2.1床板前后翻转方案
二、功能分析及分解
2.2功能分解
2.2.2床板左右翻转方案
二、功能分析及分解
2.2功能分解
2.2.3 床板中间开空口方案
二、功能分析及分解
2.2功能分解
2.2.3 后床板向下翻转方案
3.3 床板中间开空口求解
三、功能元求解
3.3 后床板向下翻转求解
后床板向下翻转机构简图
三、功能元求解
3.3 后床板向下翻转求解
四、多功能护理床总功能求解及评价
4据.11）多多功功能能护病理床床均采评用价电动机控制实现，可以根
病人的实际需要点动控制，按自己的感觉和 意
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
添加标题
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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
多功能医疗护理床的研制与应用
多功能医疗护理床的研制与应用为了护理行动不便或卧床不起的病人,综合护理床出现了许多医疗护理床具。
目前在医院最常见的一种医疗护理床具是床头部分可调高低,它便于病人起坐,但因其与便盆单独使用,所以不便于病人大小便,特别是行动不便或卧床不起的重病号使用。
在现有技术中,中国专利局公开的专利号为ZL95226837,名称为“自动翻身起卧便溺医用床”的实用新型,公开了一种采用电机转动带动翻身杠和翻身支杆,使病人便于翻身起坐的技术,但病人需要方便时必须将便盆取出,用毕后再放回,使护理人员不能离开。
公开的专利号为ZL00259647,名称为“医疗护理床”的实用新型,虽然将便盆与床合为一体,病人不需起坐即可大小便,但需摇动床头螺杆把手,需要较大力量,这便需要护理人员帮忙或该病人病情不重。
本多功能医疗护理床,尤其是涉及一种适合行动不便或卧床不起但有思维能力的病人使用的护理床。
1结构设计与原理本多功能医疗护理床,包括床体、开设在床体上的孔洞、设置在孔洞内的孔盖及设置在床体下的便盆,孔盖和便盆分别与其下方的电机II和电机III螺纹传动连接,电机II和电机I-II 分别套接在床体下的支架上,电机I通过齿轮与丝杠传动连接,在电机II、电机III和孔盖、便盆之间设置有固定在床体底端上的滑轨,在滑轨的下方分别设置有固定在电机II和电机III上部的电机架I和电机架II,在电机架I和电机架II上分别设置有与丝杠连接的导向轴I和导向轴II,它还包括控制电机I、电机II和电机III运转的电动控制装置及清洗烘干装置。
多功能医疗护理床的具体特征是:(1)电动控制装置包括开始按纽、结束按纽、限位开关I、限位开关II、限位开关III、限位开关IV、限位开关V和限位开关VI、以及开关控制电路。
(2)清洗烘干装置包括清洗烘干控制装置及依次相连的储水箱、液压泵、软管、水嘴和吹干机。
(3)开关控制电路设置在电器控制柜内。
(4)清洗烘干控制装置设置在电器控制柜内。
多功能护理床的机构设计与动力学分析
胡绍忠 洪 云
（ 新余学院，新余 338031）
摘 要 设计了一种能够实现左右侧翻、床上排便等多功能医疗护理床。并以护理床为研究对象，用 ADAMS 进行建模，分析
了翻板上的作用力、接触副的摩擦系数以及翻板的空间位置对电机转矩的影响。通过对床体主要机构的建模及动力学分析，
计算出转矩的变化曲线图，找出对转矩大小有影响的三个因素，对于选择电机及安装结构有重要的指导作用。
第 12 卷 第 36 期 2012 年 12 月 1671—1815（ 2012） 36-9937-05
生物科学
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 36 Dec． 2012 2012 Sci. Tech. Engrg.
多功能护理床的机构设计与动力学分析
1 机构设计
本护理床从结构和功能上可分为： 床体，控制 柜，活动框 架，可 移 动 便 盆 等 四 部 分。 结 构 框 图 如 图 1。
控制柜中安装有主控制板、电机驱动板、变压 器、开关电 源 等，控 制 柜 通 过 接 口 与 护 理 床 床 体 相 连。床体除了固定的机械结构，还包括驱动电机和 翻板机构。活动框架安装有轮子，可脱离护理床床 体，框架内 有 水 箱、升 降 马 桶 和 热 吹 风 机。 可 移 动 便盆也安 装 有 轮 子，能 插 入 活 动 框 架 中。 此 外，控 制系统还包括线控操作器和液晶显示等。系统中 共有六台直流电机，分别完成头部升降、腿部屈伸、
多功能医用护理床的结构设计
多功能医用护理床的结构设计研究方案：多功能医用护理床的结构设计一、研究背景和目的随着人口老龄化趋势的加剧，医疗服务日益重要。
多功能医用护理床作为医疗机构中不可或缺的设备，对病人的治疗和护理起着重要作用。
目前，国内外对多功能医用护理床的研究主要集中在功能性、安全性和舒适性等方面。
然而，我们认为床的结构设计也是十分重要的，可以对提高护理效果、减少床所占用空间和方便医护人员进行操作等方面都有重要意义。
本研究旨在通过设计一种新颖的多功能医用护理床结构，提高其功能性和操作性能，以满足医疗机构对多功能医用护理床的需求，并探索床的结构对护理效果和人体舒适度的影响。
二、研究方法1. 文献综述：通过查阅相关文献和资料，了解国内外关于多功能医用护理床结构设计的研究成果和现状，为本研究提供理论基础和指导。
2. 床的结构设计：根据现状和需求，设计一种新的多功能医用护理床结构。
考虑床的功能性、安全性、操作性以及病人的舒适度等因素，通过CAD软件绘制三维模型，制作床的模型原型。
3. 功能测试：使用床的原型进行功能测试。
测试包括电动控制系统、护理床平台的升降、倾斜、旋转等操作。
通过测试，评估床的功能性和操作性能。
4. 数据采集：在配有不同结构设计的多功能医用护理床上，分别放置不同重量的人体模型，并采集与床的各个部分接触的接触压力数据。
利用传感器采集与床的结构相关的力学参数。
5. 数据分析：通过对采集到的数据进行处理和分析，评估床的结构设计对接触压力和力学参数的影响。
利用统计学方法对数据进行统计学分析，检验结构设计对接触压力和力学参数的显著影响。
三、实验设计1. 实验组与对照组：将不同结构设计的护理床分配为实验组和对照组。
对照组采用目前广泛应用的结构设计，实验组采用本研究设计的新颖床结构。
2. 受试对象：选择一定数量的健康志愿者作为受试对象。
为了获得更真实的数据，可以根据病人的体重、性别和年龄等因素来选择受试对象。
3. 测量参数：采集与床的各个部分接触的接触压力数据和与床的结构相关的力学参数。
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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 (V)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 (6)1.4 本章小结 (6)2 护理床结构的整体方案 (7)2.1 护理要求 (7)2.2 护理床的总体方案构思 (7)2.3 本章小结 (9)3 护理床的结构设计 (10)3.1 引言 (10)3.2 侧翻机构 (10)3.3 抬背机构 (11)3.4 曲腿机构 (13)3.5护理床的三维建模 (14)3.6 本章小结 (16)4 护理床运动学优化 (17)4.1 引言 (17)4.2侧翻机构的运动学分析 (17)4.3抬背机构的运动学分析 (24)4.4曲腿机构的运动学分析 (27)4.5本章小结 (29)5 护理床动力学优化 (30)5.1引言 (30)5.2侧翻机构动力学分析 (31)5.3抬背机构动力学分析 (33)5.4曲腿机构动力学分析 (35)5.5本章小结 (37)6 护理床的力学分析 (37)6.1 引言 (37)6.2 力学计算 (37)6.3 本章小结 (41)7 护理床控制系统设计 (41)7.1 引言 (41)7.2 直流电机控制原理 (41)7.3 控制系统方案 (42)7.4 控制系统的硬件设计 (44)7.5 控制系统的软件设计 (48)7.6 本章小结 (52)8 结论 (53)8.1 课题结论 (53)8.2课题展望 (53)参考文献 (54)致谢 (56)1 绪论1.1课题的目的及意义多功能医用护理床是针对生活不能自理的病人、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。
课题根据国家和上海市中长期发展纲要确定的研究方向和企业的具体需要，设计一种用于医院重症病人用的多功能床，解决病人身体和生理方面的需要（抬背、翻身等），也减轻护理人员的劳动强度。
针对市场需求开发设计一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能护理床并进行动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。
1.2 国内外研究状况及发展趋势随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，思想的进步，城市人口正逐步进入老龄化,人口老龄化已成为世界范围内的社会问题。
据统计，欧洲发达国家和日本的老年人独居率已高达40%，如此之高的比例迫使社会采取措施解决老年人的护理服务问题。
如果完全依靠家庭人工照料，与西方国家子女与老年人分居、家庭规模小型化的观念有抵触之处。
我国60 岁及其以上老年人口已达1.32 亿, 占全国总人口的10%, 并以年均3.32%的速度持续增长。
其中“空巢家庭”占所有老龄家庭总数的25.8%,在一些大城市中该比例更大，解决因身体虚弱卧床不起或因疾患导致生活不能自理的老年人的家庭照料与看护问题是人口老龄化国家所面临的共同问题[1]。
为此, 国家也大力加强了对护理机器人的研发扶持力度。
为偏瘫病人或长期使用病床的病人提供一个集护理和排泄等各功能于一体的多功能护理床。
现在家庭需求护理床的潜力日益增加,以前是简易的记理床,后来加上护栏,餐桌;再后来加上大便孔,轮子;现在产生了很多集多功能为一体的多功能,电动护理床,极大的提高了患者的康复护理水平,也为护理人员提供了极大的方便,所以操作简单,功能强大的护理产品越来越受到追捧。
护理床在国内的设计研究尚处于初级阶段，产品的功能、结构、造型有待进一步的完善。
国外护理床的研究以德国、日本为代表，各种护理功能正在逐步完善，成熟。
但因其价格昂贵（一般售价在20 万人民币以上），很难为一般的消费者所接受。
护理床的基本分类情况如下[1]：图1-1 护理床分类状况表1-1护理床分类概括从近年来的发展来看，国内的发展迅速，各种结构、功能等等各异的护理床层出不穷。
发展方向主要向机器人模块化的自动控制方向发展。
1.2.1 结构的发展结构功能单一的护理床已经逐渐隐退。
如今护理床床体本身的构件要实现多种功能, 包括平躺、仰起、曲腿、左侧翻、右侧翻、、洁便门开关装置及冲洗马桶和冲洗身体的装置, 另外还有烘干和抽风的设备。
各个部分可以独立的运行来完成相应的动作, 同时将单个功能组合起实现复杂的功能。
譬如病人躺在床上排泄问题的解决, 改变靠背板的仰角或者左右的侧翻以取得舒适的姿态, 护理人员对洁便池的清洗等[2]。
如今多功能医用护理床的各种类型：图1-2 多功能医用护理床的各种类型多功能护理床实现的各种动作：侧翻抬背和曲腿另一种侧翻1.2.2 测量系统的发展临床上被称为生命体征参数的血压、心率和体温是衡量人体机能状况的重要指标,这些参数的测量是日常护理的重要组成部分。
传统的方式是由医护人员以通用的测量装置对各参数逐一进行测量,这无疑给医护人员增加了很大工作量。
在多功能护理床中,利用单片机系统能很方便地实现对血压、心率和体温等的采集、处理,并将采集数据传送给医护人员,提高了护理工作的品质和效率。
多功能护理床除了完成基本的肢体动作功能以外,根据临床护理的需要,还对生命体征参数进行测量。
为实现此目的所搭建的系统硬件主要由参数转换传感元件、处理电路、单片机、液晶显示器、数据传输等部分组成, 为了测得所需的数据,选择合适的传感器是至关重要的。
人体的血压、心率和体温分别由压力传感器、脉搏传感器和温度传感器进行采集并转换为电信号。