多功能护理床的结构设计及优化设计.docx

IV多功能医用护理床的构造设计及优化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别需要而设计的，能随便调整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掌握器进展操作，削减照看病、残患者的劳动强度。本文针对上述状况，提出了一种型的多功能医用护理床，承受三维数字化设计软件soliderworks对其进展建 模和装配，然后导出到CAD进展修改。利用机械分析软件ADAMS对其进展运动学及动力学分析，争论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势下的受力状况，并利用ADAMS供给的优化功能对其分别进展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展运动学优化，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。承受力学理论分别对多功能医用护理床的主要零件进展力学计算，保证了机构运动的安全性及稳定性。掌握系统承受单片机掌握，通过单片机掌握，实现各个机构的运动，安装传感器来掌握机构所转过的角度。利用单片机为主的掌握系统，到达掌握要求。关键词：多功能医用护理床，干预检验，运动学优化，动力学优化，掌握系统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名目1 绪论11.1 课题的目的及意义11.2 国内外争论状况及进展趋势11.3 本文主要争论内容错误！未定义书签。1.4 本章小结错误！未定义书签。2 护理床构造的整体方案错误！未定义书签。2.1 护理要求错误！未定义书签。2.2 护理床的总体方案构思错误！未定义书签。2.3 本章小结错误！未定义书签。3 护理床的构造设计错误！未定义书签。3.1 引言错误！未定义书签。3.2 侧翻机构错误！未定义书签。3.3 抬背机构错误！未定义书签。3.4 曲腿机构错误！未定义书签。3.5 护理床的三维建模错误！未定义书签。3.6 本章小结错误！未定义书签。4 护理床运动学优化错误！未定义书签。4.1 引言错误！未定义书签。4.2 侧翻机构的运动学分析错误！未定义书签。4.3 抬背机构的运动学分析错误！未定义书签。4.4 曲腿机构的运动学分析错误！未定义书签。4.5 本章小结错误！未定义书签。5 护理床动力学优化错误！未定义书签。5.1 引言错误！未定义书签。5.2 侧翻机构动力学分析错误！未定义书签。5.3 抬背机构动力学分析错误！未定义书签。5.4 曲腿机构动力学分析错误！未定义书签。5.5 本章小结错误！未定义书签。6 护理床的力学分析错误！未定义书签。6.1 引言错误！未定义书签。6.2 力学计算错误！未定义书签。6.3 本章小结错误！未定义书签。7 护理床掌握系统设计错误！未定义书签。7.1 引言错误！未定义书签。7.2 直流电机掌握原理错误！未定义书签。7.3 掌握系统方案错误！未定义书签。7.4 掌握系统的硬件设计错误！未定义书签。7.5 掌握系统的软件设计错误！未定义书签。7.6 本章小结错误！未定义书签。8 结论错误！未定义书签。8.1 课题结论错误！未定义书签。8.2 课题展望错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。1多功能医用护理床的构造设计及优化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别需要而设计的，能随便调整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掌握器进展操作，削减照看病、残患者的劳动强度。课题依据国家和上海市中长期进展纲要确定的争论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构造简洁、工作牢靠、使用便利的多功能护理床并进展动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。1.2 国内外争论状况及进展趋势随着社会经济的快速进展，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，欧洲兴旺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实行措施解决老年人的护理效劳问题。假设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”占全部老龄家庭总数的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供给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,也为护理人员供给了极大的便利,所以操作简洁,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争论尚处于初级阶段，产品的功能、构造、造型有待进一步的完善。国外护理床的争论以德国、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承受。护理床的根本分类状况如下1：图1-1 护理床分类状况名称功能根底型护理床表1-1护理床分类概括优点存在问题1、构造、生产工艺简洁， 1、功能比较简洁，不能易于制造。2、价格廉价。 实现使用者的护理要求。2、手动为主，操作繁琐。3、造型传统，舒适性差。4、应用范围窄。功能一般型护理床1、一般为电动，用户可简洁操作掌握。2、能完成根本的护理功能。3、1、市场售价偏高。2、功能启动柔性差，连接不连贯。3、功能一体化造成增加了关心功能接口。4、 功能铺张。4、生产技术整体造型，颜色改进，具 含量低，简洁被仿制。5、有肯定的亲和性。 功能高级型护理床1、护理功能完善。2、功文字，图像识别功能差1、市场售价昂贵。造成能调整定位准确，连贯性 功能铺张严峻，造成额外好，根本无噪音。3、构造设计合理，安全。4、造型颖，有较强的亲和力。5、文字，标志简洁识别。的经济本钱。2、整体可 拆性差，运输、组装繁琐。3、对患者康复功能的考虑较少。从近年来的进展来看，国内的进展快速，各种构造、功能等等各异的护理床层出不穷。进展方向主要向机器人模块化的自动掌握方向进展。1.2.1 构造的进展构造功能单一的护理床已经渐渐隐退。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。各个局部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简单的功能。譬如病人躺在床上排泄问题的解决, 转变靠背板的仰角或者左右的侧翻以取得舒适的姿势, 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 测量系统的进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局部。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展测量,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便利地实现对血压、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根本的肢体动作功能以外,依据临床护理的需要,还对生命体征 参数进展测量。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、数据传输等局部组成, 为了测得所需的数据,选择适宜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展采集并转换为电信号。在多功能护理床中,通过传感器采集人体血压、心率和体温信号,送入单片机处理,处理结果通过网络传入上位机, 可依据设定值,推断是否超出规定值,发出报警信号,便利医护人员准时作出相应处理。此测量系统增加了护理床的功能,提高了性能价格比,适合大中型医院、疗养院以及一般家庭使用。整个系统使用便利,操作简洁,扩展功能强,在一般护理床根底上增加了测量病人血压、心率和体温的功能,为医疗护理行业供给了的测量方法。图 1-3 血压、心率和体温测量系统1.2.3 掌握系统的进展可编程掌握器(PLC) 作为一代的工业掌握装置, 由于具有构造简洁、组合敏捷、性能优良、通用性强、简洁易用等特点, 特别是它的高牢靠性和适应性, 深受宽阔用户的欢送, 已在工业掌握中得到了广泛的应用4。现在的PLC 可治理高达5000 多点的I/O 口，并有很高的指令执行速度和高牢靠性，使它能满足多轴运动掌握系统的掌握要求。PLC对护理病床多轴运动掌握主要的优势表现为有足够容量的存储单元和大量高速运算指令，能够进展各种接口、通信、数据规律运算及简单的规律掌握。然而PLC 的高牢靠性、敏捷高速的运算指令并不能弥补其昂贵的造价和有限的扩展性。而MS51 系列单片机系统却以其低本钱、高集成、速度快、易扩展被广泛地应用于工业生产的方方面面。图 1-4 一种嵌入式掌握器掌握框图1.2.4 机器人化智能语音系统语音作为当前掌握方法中最自然的掌握命令, 随着计算机和语音处理技术的进展 ,语音识别系统的有用性不断提高。语音识别掌握技术将是今后一段时期语音技术的进展方向。将语音识别技术引入到护理床掌握，将为丧失自理力量的使用者带来极大的便利。护理床的语音掌握系统包含语音识别模块和语音回放模块，从而使护理床不但能实现语音掌握操作，而且通过语音回放模块可以为使用者供给语音反响，更有亲和力，更具人性化。语音掌握技术是现有各种掌握方式中的一种高级掌握方式,它具有掌握方式自然、便利,亲和力好,适用范围广的特点. 将语音掌握技术引入到护理床的掌握之中,将极大地便利使用者,尤其对于那些丧失或局部丧失活动、自理力量的患者而言,语音掌握可以帮助他们增加自信念,减轻对他人的依靠,增加生活的士气和信念13。(1) 语音信号的采集处理过程语音信号是一种典型非平稳信号，但常常可假定为短时平稳的，既在10 20ms内其频谱特性可近似看作不变，可承受平稳过程的分析处理方法来处理，即语音信号的时域处理方法。图 1-5 语音信号处理过程(2) 语音识别方式语音识别分为特定人识别系统和非特定人识别系统，由于使用者的语音以及地方语言存在很大差异性，我们使用可不依靠于对地方语言识别的特定人识别系统，即每一位使用者都必需在使用前建立自己专用的参考模式库，然后说话人的语音数字流与一套公用的参考模式库啮合，进展少量的训练修改，使之能自动适应用户的语音特性。