摘要：根據(jù)人體工學(xué)及機械原理，筆者設(shè)計了一款多自由度護理床，床面采用折疊面板的形式，可通過按鍵進行控制，完成抬背、屈腿、起坐等諸多動作，同時還有輔助解便的功能。為了實現(xiàn)某種特定的姿態(tài)需要設(shè)計一套與之相應(yīng)的機構(gòu)來進行位姿支撐，但是這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法只適用于單個位姿的設(shè)計，在由多位姿需求時利用這種設(shè)計方式將會造成體積過大，且不同機構(gòu)之間會出現(xiàn)運動干涉現(xiàn)象。本文在設(shè)計中利用了多機構(gòu)協(xié)調(diào)的技術(shù)，可實現(xiàn)柔性化運動和支撐，因而受此啟發(fā)可將護理床床面進行細(xì)分為八個獨立的控制面板，通過面板的配合運動，可實現(xiàn)想要獲得的多種位姿，滿足了用戶需求。本次所設(shè)計的電動多功能護理床基于人力工學(xué)和機械原理進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時在ADAMS軟件中進行仿真，利用原始數(shù)據(jù)構(gòu)建了虛擬樣機模型，經(jīng)過運動學(xué)優(yōu)化后，利用基于單片機技術(shù)，進行了控制模塊的設(shè)計。該護理床和實現(xiàn)患者的多種姿位變化需求。研制的樣機驗證了護理床的可行性。

關(guān)鍵詞：多功能；ADAMS；人體工學(xué)；護理床

從實際的市場調(diào)研能夠看出，大部分護理床都?xì)w屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，雖然說能夠基本滿足患者的實際需求，但是價格定位較高，不符合經(jīng)濟性原則；選取價格較低的產(chǎn)品在功能上又有所缺陷，并且使用起來較為繁瑣，不符合實用性的要求。根據(jù)上述現(xiàn)象對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行有效改進和升級，使其滿足大多數(shù)患者的實際需求。

1、總體設(shè)計方案

本次所設(shè)計的多功能護理床框圖結(jié)構(gòu)如下圖所示。除了固定的框架之外，還包含連桿機構(gòu)、解便系統(tǒng)、面板以及輔助控制系統(tǒng)等。整臺護理床通過通過電機踐行驅(qū)動，可完成翻身、屈腿、解便和馬桶移動等動作。

1.1護理床的工作環(huán)境

護理床可用于家庭或醫(yī)院等有功能障礙患者的照料的諸多場景，考慮上上述護理床的應(yīng)用對象均為行動障礙的患病者，且使用環(huán)境對于噪聲的限制，本文所設(shè)計的護理床驅(qū)動機構(gòu)選擇電機驅(qū)動，同時采取一些降噪手段，如應(yīng)用隔音材料等方式來實現(xiàn)。

1.2護理床的位姿要求

護理床的應(yīng)用需要滿足病人的康復(fù)需求，因而需要進行位姿勢的調(diào)整，防止長期臥床引起的并發(fā)癥。對于一些高度行動不便的患者，在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮坐姿或臥姿排便。

1.3構(gòu)思的提出

為了實現(xiàn)某種特定的姿態(tài)需要設(shè)計一套與之相應(yīng)的機構(gòu)來進行位姿支撐，但是這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法只適用于單個位姿的設(shè)計，在由多位姿需求時利用這種設(shè)計方式將會造成體積過大，且不同機構(gòu)之間會出現(xiàn)運動干涉現(xiàn)象。本文在設(shè)計中利用了多機構(gòu)協(xié)調(diào)的技術(shù)，可實現(xiàn)柔性化運動和支撐，因而受此啟發(fā)可將護理床床面進行細(xì)分為八個獨立的控制面板如下圖2所示。通過面板的配合運動，可實現(xiàn)想要獲得的多種位姿，基本能夠滿足用戶需求。

1.4護理床控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由控制器、驅(qū)動機構(gòu)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)等部分組成，其結(jié)構(gòu)組成如下圖3所示。

2、護理床機械機構(gòu)設(shè)計

護理床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計包含床體設(shè)計、運動機構(gòu)設(shè)計以及動力部分、電源模塊、解便系統(tǒng)設(shè)計。

2.1側(cè)翻機構(gòu)

側(cè)翻機構(gòu)主要實現(xiàn)患者在床上的翻身需求，采用四連桿機構(gòu)實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)簡圖如下圖4所示。電動推桿會推動側(cè)翻構(gòu)件繞著床架轉(zhuǎn)動，并通過滾子作用使其背部側(cè)板繞著鉸接點發(fā)生轉(zhuǎn)動，側(cè)翻示意圖如下圖5所示。

根據(jù)結(jié)構(gòu)簡圖和機械原理相關(guān)知識確定構(gòu)建尺寸和鉸接點位置，將這些數(shù)據(jù)定義為初始變量，完成側(cè)翻機構(gòu)的設(shè)計，同時選定如上圖6中所示的五個關(guān)鍵點在ADAMS軟件中進行側(cè)翻機構(gòu)建模，如上圖7所示。

2.2抬背機構(gòu)

抬背機構(gòu)又一個搖桿滑塊機構(gòu)構(gòu)成，通過電機轉(zhuǎn)的動帶動推桿來實現(xiàn)抬背動作。在設(shè)計時在其中加入了一個擺桿，因而在抬背時患者臀部會略微下降，克服了傳統(tǒng)抬背機構(gòu)可能造成的滑移現(xiàn)象。抬背機構(gòu)運動簡圖如下圖8所示：

2.3屈腿機構(gòu)

屈腿機構(gòu)的工作原理為連桿機構(gòu)，采用推桿運動來實現(xiàn)屈腿動作，其結(jié)構(gòu)簡圖和屈腿示意圖如下圖9圖10所示：

3、輔助解便系統(tǒng)

輔助解便系統(tǒng)可幫助行動不便的患者或老人在床上完成解便，輔助解便系統(tǒng)組成框圖如下圖11所示。患者可通過按鍵來控制便桶移動至臀部下放，當(dāng)病人完成解便之后，便桶會回到初始位置，并自行傾倒和進行便桶清理。臀部排便完成后通過直流電機控制臀部清洗噴頭進行臀部清洗，清洗水來源于水箱，水箱中配有加熱裝置，經(jīng)水泵控制后輸出溫水清潔病人臀部。烘干模塊所產(chǎn)生的暖風(fēng)可實現(xiàn)對臀部的吹干，防止病人患上其他疾病。吹風(fēng)機吹過的臭氣可經(jīng)過過濾裝置再排放至空氣之中。輔助解便系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖12所示。

4、護理床的控制系統(tǒng)

功能護理床的控制系統(tǒng)由控制器，通訊模塊、驅(qū)動模塊和按鍵模塊等部分組成。為了便于控制，在床體各部位中胺基裝了傳感器，在控制系統(tǒng)最終確定之前需要完成護理床的結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)和動力學(xué)設(shè)計，以此避免對患者造成傷害。在床體的控制上，可采用鍵盤指令的方式來實現(xiàn)，通過按鈕輸入來控制護理床的運動。護理床的控制器采用以 AVR 單片機為核心的控制方案，其印刷電路板PCB，如圖13所示。

5、樣機制作

完成系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸設(shè)計后完成了如下圖14所示的多功能護理床的之制作，樣機試樣表明其性能符合設(shè)計要求。

6、結(jié) 語

本次所設(shè)計的電動多功能護理床基于人力工學(xué)和機械原理進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時在ADAMS軟件中進行仿真，利用原始數(shù)據(jù)構(gòu)建了虛擬樣機模型，經(jīng)過運動學(xué)優(yōu)化后，利用基于單片機技術(shù)，進行了控制模塊的設(shè)計。該護理床和實現(xiàn)患者的多種姿位變化需求。研制的樣機驗證了護理床的可行性。

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