多功能护理学床的设计.doc

-! 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 支背功能 侧向翻身功能 多功能护理床 排便功能 小腿弯曲（坐立）功能 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。 平面连杆机构 齿轮齿条机构 床的面板及框架 机械结构 控制系统 电源 多功能护理床 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。 3、 原动件 原动件采用电动直线推杆。 4、 执行机构 从动件与原动件组成执行机构，例如四杆机构，六杆机构，剪式升缩机构，齿轮齿条机构。需要根据不同的方案选择不同的机构。 5、 调节机构 对于电动机的转速调节可以使用伺服电机。 6、控制系统 这里用到的控制单元为单片机。 5、 确定总功能解及评价 采用形态学矩阵来确定来决定总功能方案 功能元 功能元解 1 2 系统可行方案 动力源 电动 手动 传动系统 推杆传动 丝杠传动 执行系统 机械系统 气压系统 控制系统 单片机 系统可设计机构 支背功能 四杆机构 六杆机构 侧向翻身功能 四杆机构 六杆机构 排便功能 齿轮齿条排便机构 小腿弯曲（坐立）功能 四杆机构 曲柄滑块机构 由表格所示：整个系统可行的方案有N=2*2*2*1=8种。 系统可设计的机构有N=2*2*1*2=8种。 总功能评价： 1、 为方便病人的控制动力源选择电动，并易于病人对床的电动控制。 2、 传动系统选用直线推杆，摩擦小，损失的功耗少，噪声小。 3、 执行系统采用连杆机构以及齿轮齿条机构。 6、 系统功能原理简图 7、 系统结构设计图 1——背部支撑板 2——大腿支撑板 3——小腿支撑板；线框 4——右侧侧翻机构安装位置 5——曲小腿机构安装位置 6——左侧侧翻机构安装位置 7——便口 8——支背机构安装位置 9——控制部分安装位置 10——电源部分安装位置 侧视结构简图 对于那些长期卧床不起的老年人以及病人，该群图是社会的弱者，需要全社会的关爱，尤其需要一种适合他们心理和生理特征的生活工具。电动护理床正是基于这样的状况下而产生的解决该群体的困难而且满足了他们日常生活需要同时减轻护理人员护理强度的一种新型工具。该课题的研究对于提高学生的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义，以及为今后护理床的研究做一个前期的准备工作，具有重要的社会意义。 课题的主要技术要求： (1).最大负载：150Kg；(2).背板摆动角度：0～80；(3).屈腿角度：0～45；(4).转动速度：≤5deg/sec；(5).总体尺寸：900X400X1900mm。 课题工作量要求： 完成包括总装配图、部件图、主要零件图在内的图纸不少于1.5张A0,主要零件图总图幅不少于一张A1，控制电路原理图1张A1； 设计计算说明书不少于1.5万字； 外文技术资料翻译不少于2万印刷符号。 1．本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述 多功能医用护理床是针对生活不能自理、危重和瘫痪病人特殊需要而设计的。医用护理床能调节床的背部和脚部的角度，通过线控或声控协助病人抬背或翻身等动作，可以缓解骶尾部皮肤的压力。在医院和家庭里有大量的生活不能自理、残疾、重病、瘫痪、截瘫、脑瘫等人群，这对护理他的护士还是家人来说，都是相当辛苦的一个工作，不仅给家人带来了无法言喻的辛苦，也给家人的心理蒙上了厚厚的阴影。一旦有了多功能医用护理床，即使不能自理者，卧床病人也可以利用护理床的升降背、曲腿及侧翻功能主动挺腰、抬臀，既有利于功能锻炼，又能有效预防褥疮的发生。针对市场需求设计开发一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能护理床，对于医疗事业具有重要的意义。 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。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,以前是简易的护理床,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。 辛绍杰等基于人体工学原理和现代机械设计理论，采用机器人化的多自由度结构、多轴协调控制设计多功能电动护理床。该护理床主要由床体部分、运动部分、动力部分、电源部分、控制系统和辅助解便系统组成，通过按键控制完成平躺、抬背、坐起、屈或伸腿等基本动作；通过仿真分析，优化了多功能护理床的结构，使其符合人体工学原理；通过单片机控制器技术控制各个机构功能的实现。 汪烨采用机械一体化结合思想，为缺乏自理能力的人设计研制了易于使用的多功能电动护理床。此护理床通过PLC控制各个床面板之间的协调运动，该护理床最大的亮点不仅可以通过键盘来控制，而且可以通过语音控制进行多位姿的运动。此系统的语音控制部分，在硬件上，系统的核心部件是采用Infineon公司的UniSpeech芯片，外扩一块Flash、电源、语音输入输出设备以及控制键盘。该芯片专为语音识别和语音处理应用领域设计，拥有8位高速增强型M8051核心(25MIPS)和16位定点DSP核心（100MIPS）的双核（DSP+MCU）架构，保证了语音控制的可靠性。控制是此系统程序设计的核心部分，电机控制程序一方面接收控制面板和语音指令，另一方面保证电机能准确的完成相应的动作，即使在程序复位等非正常状态下也能保证电机本身、护理床和病人的安全。 陈磊等设计了一种可用于多功能护理床上的洁便机构及其控制电路。此护理床基于电机及电动推杆驱动的要求，采用集成H桥芯片BTS7960B实现对电机正反转和转速的控制，完成控制电路的设计。采用ANSYS对主要乘力部件进行有限元分析，在满足额定受力要求的前提下，确保机构能够安全进行。洁便机构是此护理床的主体机构，该护理床可以实现便盖的启闭、尿便处理器的升起、大小便的处理、尿便处理器的下降等功能，此机构智能化程度高，操作方便，可实现患者的卫生自理。 刘伟成等通过对市场上的现有护理床集便装置的结构以及使用率进行了深入的研究分析，对现有的护理床集便装置进行了重新的结构设计。通过建立其运动模型、进行仿真研究，确定和验证了其合理性，为了满足病人的洁便需求，针对护理床结构，设计并制作了具有自动封口打包功能的多功能护理床，此护理床具有结构简单、加工方便、能够有效的实现自动封口打包、便于操作等优点。这样，病人的排泄问题就可以得以很好地解决。 姚银花等考虑到现有护理床控制功能方面的不完善，基于SoC单片机C8051F020，对护理床控制部分和遥控部分的硬件电路、软件程序及系统抗干扰的设计，研发了一个智能控制系统，实现了病人使用遥控器对医疗护理床各个部分的智能控制,体现了医疗护理的自动化、智能化。本系统具有操作简单、可靠性高、精度高、成本低等特点，很大程度上降低了护理人员的劳动强度，提高收护理人员的护理质量和自护理能力。 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，结构功能单一的护理床已经逐渐隐退。从近年来的发展来看，国内的护理床发展迅速，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。综上所述，虽然现阶段多功能护理床的功能逐渐趋于完善，但护理床人性化设计仍有美中不足的地方。论文研究了床板在各种运动状态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，采用力学理论分别对多功能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和稳定性，使患者可以随意调节床的背部和脚步的高度，进而得到最佳的舒适度。这样，会使病人充分感受到科技带给人的方便，减轻病人的痛苦，增添他们对生活的勇气和信心。