機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計多功能護(hù)理機(jī)床講解

1、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計結(jié)課論文專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班姓 名 學(xué) 號 1題 目 多功能護(hù)理床任 課 教 師 童小利起 止 日 期 2016-3-032016-5-18任 任課 課教 教師 師童小利童小利起 起止 止日 日期 期2015-220-153-2-2103152-50-125-5-2目錄摘要 21 設(shè)計意義 32 設(shè)計內(nèi)容 33 護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案 43.1功能要求及設(shè)計指標(biāo) 43.1.1功能要求 43.1.2 設(shè)計指標(biāo) 43.2護(hù)理床本體總體方案 63.2.1 總體布局 63.2.2床面設(shè)計 73.3護(hù)理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計 83.3.1抬背構(gòu)型設(shè)計 93.3.2翻身機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計

2、103.3.3抬背、腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 114 創(chuàng)新點(diǎn) 125 三維仿真設(shè)計 12抬背、曲腿功能 13抬背功能 14床墊 14床墊 15床墊 15彈簧支撐桿 16參考文獻(xiàn) 17摘要“孝為先”家用老年人多功能護(hù)理床設(shè)計，旨在解決無自理能力的老年人臥床過程 中面臨的一些問題，如翻身、大小便。同時，也為照護(hù)者提供方便、輕松、衛(wèi)生的照護(hù) 環(huán)境。論文從前期調(diào)研、 創(chuàng)意風(fēng)暴、最終方案、 模型制作等四大部分介紹該護(hù)理床設(shè)計前期調(diào)研階段從現(xiàn)有實(shí)際問題出發(fā)，通過親身體驗(yàn)、與護(hù)理床銷售人員溝通和對市 場現(xiàn)有護(hù)理床產(chǎn)品比較分析，將該設(shè)計定位在全手動操作、適用于整體收入較低農(nóng)村家 庭的家用普通護(hù)理床。在創(chuàng)意風(fēng)暴階段，根據(jù)前

3、期調(diào)研和人機(jī)工程學(xué)內(nèi)容，對產(chǎn)品的外觀和使用方式進(jìn)行 了深入的、全方位的推敲，同時，對產(chǎn)品可能應(yīng)用到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析整理，最終得到 了一套比較完美的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞： 老年人護(hù)理床，多功能，設(shè)計分析1 設(shè)計意義通過這種設(shè)計使老年人感受到來自社會的關(guān)愛和來自子女的孝意。 多功能老年人專 用護(hù)理床所傳達(dá)的更深層的意義是社會責(zé)任感，是社會對老年人的關(guān)懷，這種意義使老 年人在精神上感覺到溫暖；同時，有了這樣一款產(chǎn)品，減少了子女在照顧老人過程中出 現(xiàn)的一些不便，從而減少了一些抱怨之聲，換來的是老人身心的愉悅。這樣的一款產(chǎn)品 不只局限于年輕的子女使用，其他的有愛心的人也可以通過操作該產(chǎn)品幫助照顧老人， 讓老

4、人感受到更多的幸福和快樂。2 設(shè)計內(nèi)容常見的一些新型護(hù)理床有可手動升降的病床、遙控氣動可升降病床、電動遙控升降 病床等。結(jié)合病人的實(shí)際情況和病人的實(shí)際需要， 我們這款多功能病床主要實(shí)現(xiàn)以下四大功 能：1. 幫助病人坐起功能，使病人可以在任何自己感覺舒適的位置坐下。2. 幫助病人屈膝功能，使病人腿部處于所需的舒適位置。3. 幫助病人左右翻身功能，實(shí)現(xiàn)病人是左右翻身。4. 幫助病人用餐和看書功能，使病人在床上用餐和看書處于一個舒服的位 置，并提供放置飯菜的地方。為實(shí)現(xiàn)上述功能，設(shè)計護(hù)理床的主要任務(wù)：1、多功能護(hù)理床運(yùn)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計2、多功能護(hù)理床的機(jī)構(gòu)的設(shè)計3、多功能護(hù)理床的零件的設(shè)計4、多功能護(hù)理

5、床的三維建模3 護(hù)理床結(jié)構(gòu)的整體方案3.1 功能要求及設(shè)計指標(biāo)3.1.1 功能要求根據(jù)我在各個醫(yī)院觀察的結(jié)果，類比市場上的護(hù)理床種類功用，再加上一定創(chuàng)新， 確定了多功能護(hù)理床的功能范圍，主要包括體位調(diào)整類功能、吃飯看書功能。1、體位調(diào)整功能 護(hù)理床首先必須滿足日常護(hù)理中的多種必要的體位位姿，實(shí)現(xiàn)各體位的自動變換， 對于提高使用者的自理能力，減少因長期臥床引發(fā)的并發(fā)癥，改善其健康狀態(tài)，有著積 極的意義，同時可以大大減輕護(hù)理醫(yī)務(wù)人員的勞動強(qiáng)度。具體包括：平躺、左 /右翻身、 抬背、曲 /伸腿.。2、吃飯看書功能 長期臥床患者的飲食也是困擾護(hù)理人員的又一難題， 本設(shè)計通過簡單可行的方法使 患者能夠在

6、床上坐起飲食以及看書。3.1.2 設(shè)計指標(biāo)參考醫(yī)用電氣設(shè)備 第一部分：安全通用要求 、醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分： 醫(yī)用電動床安全專用要求 、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 病床 、中華人民共和 國國家標(biāo)準(zhǔn) 中國成年人人體尺寸等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時類比國內(nèi)外文獻(xiàn)中的相關(guān)參數(shù)， 作為設(shè)計指標(biāo)。1、外形尺寸 多功能護(hù)理床主要用于病房或家庭中，因此在各個姿態(tài)時，其所占的空間范圍必須 與病房和家庭房間的相關(guān)尺寸向適應(yīng)，同時采取適當(dāng)?shù)某叽?，可以使被護(hù)理人員感到舒 適。按照中華人民共和國行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)病床 標(biāo)準(zhǔn)，多功能護(hù)理床的外形尺寸最終取為： 長寬高=2000mm 1000mm 500mm2、承載指標(biāo)按照醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部

7、分：醫(yī)用電動床安全專用要求規(guī)定，床的安全工作 載荷必須至少承受 1700N 的載荷，這 1700N 包括 1350N患者重量、 200N 床墊和 150N 附件。標(biāo)準(zhǔn)中提供了人體在床的各個板塊上的重量分布（如圖 2.1 所示），護(hù)理床的各個 模塊的設(shè)計均可以此值為準(zhǔn)。圖中， 1代表背板， 2代表臀部板， 3代表大腿板， 4代表 小腿板。圖 2.1 床面各板塊人體重量分布3、體位調(diào)整類指標(biāo)體位調(diào)整類指標(biāo)包括：左 /右翻身角度、 抬背角度、大腿板翻轉(zhuǎn)角度、小腿板翻轉(zhuǎn)角 度。醫(yī)用電氣設(shè)備 第二部分：醫(yī)用電動床安全專用要求給出了背板、大腿板、小 腿板的調(diào)節(jié)范圍建議值：1） 背板與水平面間夾角（圖 2.

8、2中 A）應(yīng)能從 080o（或更大）可調(diào)2） 大腿板與水平面間夾角（圖2.2中 B）應(yīng)能從 012o（或更大）可調(diào)3） 小腿板與水平面間夾角（圖2.2中 C）應(yīng)能從 020o（或更大）可調(diào)4） 大腿板與小腿板間夾角（圖2.2中 D）應(yīng)能調(diào)至 180o（平面）圖 2.2 床面各板的推薦調(diào)節(jié)范圍根據(jù)上述數(shù)據(jù)，參照調(diào)研所得結(jié)果，同時考慮文獻(xiàn)中同類研究的相關(guān)參數(shù)，確定了 體位調(diào)整類具體指標(biāo)（見表 2.1）。表 2.1 體位調(diào)整類指標(biāo)指標(biāo)項具體數(shù)值左翻身角度045o右翻身角度045o抬背角度080o大腿板翻轉(zhuǎn)角度050o注：以上各項動作均可以在設(shè)定范圍內(nèi)的任意角度隨時停止。3.2 護(hù)理床本體總體方案3.

9、2.1 總體布局從整體結(jié)構(gòu)上講，多功能翻身護(hù)理床可以分為總體框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件四大功能模塊。在總體布局時，有以下幾方面要求：1、 綜合考慮兩種狀態(tài)下的尺寸、穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求；2、布局要使各個模塊的機(jī)構(gòu)運(yùn)動相對簡單，并解決好干涉問題；3、分配好每個部件的尺寸，最大限度地利用床下有限的空間；4、要盡可能地把傳動部件隱藏給人以安全感，避免心理恐慌。 從以上設(shè)計角度除法，根據(jù)前文確定的設(shè)計原則，確定護(hù)理床采用床面大尺寸，支 撐框架略小的結(jié)構(gòu)，有利于空間的節(jié)約；移動方式為前面布置兩個萬向輪，從而使得轉(zhuǎn) 彎半徑較小；各個功能模塊機(jī)構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實(shí)現(xiàn)各床面板的運(yùn)動規(guī)律， 其驅(qū)動元

10、件均布置于支撐框架下層，以保證機(jī)構(gòu)傳動角和框架強(qiáng)度要求；各零部件近似 對稱布置于床面之下，使機(jī)器人重心始終處于機(jī)構(gòu)中間位置，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性和使用 者的心理安全感。3.2.2 床面設(shè)計多功能護(hù)理床床面設(shè)計的特點(diǎn)在于要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動較多， 而且每塊床板都必須能夠沿 相互垂直的方向轉(zhuǎn)動， 這就給床板之間的連接提出了很高的要求， 結(jié)合所需實(shí)現(xiàn)的功能， 本文提出采用分體式雙層床面結(jié)構(gòu)（如圖 2.3 所示）。圖 2.3 床面結(jié)構(gòu)示意圖其中，床板 18為下層板， 1114為上層板： 1、2、11為背板， 3、4、12為臀部 板， 5、6、13 為大腿板， 7、 8、 14 為小腿板。各床板之間通過鉸鏈相互連接

11、，整體床面則通過臀部下層板固定到支撐框架之上。 護(hù)理床所需的各個動作都能夠通過傳動部件 帶動相應(yīng)的床板組聯(lián)動實(shí)現(xiàn)（參見表 2.2）。表 2.2 各床板 X 向尺寸尺寸項具體數(shù)值背板740臀部板260大腿板400小腿板600各床板的尺寸基于 GB10000-88 常用人體測量數(shù)據(jù)確定 【9】。參考市場上的護(hù)理床尺 寸，根據(jù)專家給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇后，最終尺寸見表 2.3。表 2.3 多功能護(hù)理床實(shí)現(xiàn)功能所需的床板聯(lián)動功能項相關(guān)參數(shù)備注平躺各床板均水平左/右翻身半邊床板與水平面夾角為 0 45o1、 3、5、7 床板組 合或 2、4、6、8 床板組合 聯(lián)動，繞 X 軸翻轉(zhuǎn)抬背背板與水平面夾角為080

12、o1、 2、11 床板組合 聯(lián)動，繞 Y1 軸翻轉(zhuǎn)曲/伸腿大腿板與水平面夾 角 035o 小腿板與水平面 夾角為 -20o 05、 6、13 床板組合 聯(lián)動，繞 Y2 軸翻轉(zhuǎn)；7、8、14 床板組合聯(lián) 動，繞 Y3 軸翻轉(zhuǎn)注:上述表述中 “水平 以護(hù)理床處于水平地面上為參考狀態(tài)。3.3 護(hù)理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計3.3.1 抬背構(gòu)型設(shè)計抬背機(jī)構(gòu)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)較為簡單，有以下幾種構(gòu)型可供選擇。（如圖2.4 所示）圖 2.4 抬背機(jī)構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型構(gòu)型 a：該抬背機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，其自由度為1，有 1 個原動件，具有 確定的運(yùn)動，可采用電動推桿作為驅(qū)動部件，構(gòu)型簡單，制造容易，而且初始狀態(tài)的

13、傳 動角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 40。力的有效利用程度很高，如果沒有其他限制條件，應(yīng)該首選該構(gòu)型。 但是在護(hù)理床的結(jié)構(gòu)中，支撐框架的 Z 向尺寸較小，而背板又要翻轉(zhuǎn) 80。，這也就引起一個矛盾：既要求電動推桿的行程要很大，又要求其初始狀態(tài)尺寸較小，顯然這樣的 要求是達(dá)不到的，因而放棄該構(gòu)型。構(gòu)型 b：該機(jī)構(gòu)也是螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，自由度為 1，有 1 個原動件，具有確定 運(yùn)動，結(jié)構(gòu)較為簡單，抬背角度大，滾輪與背板之間為高副聯(lián)接。該構(gòu)型為螺旋傳動， 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單， 加工容易，成本低廉， 傳動精確；缺點(diǎn)是承受的軸向推力大， 效率低， 摩擦嚴(yán)重。構(gòu)型 c：該機(jī)構(gòu)為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)，實(shí)際上可以等效為一五桿機(jī)構(gòu)，

14、等效后的機(jī)構(gòu)具有 4 個活動構(gòu)件， 3 個轉(zhuǎn)動副， 2 個移動副，因此自由度 F=43.5 2=2，該機(jī)構(gòu)需要 2 個原動件才能有確定運(yùn)動。采用電動推桿作為連桿和動力源之一，可以獲得很大 的翻轉(zhuǎn)角度 ,但是該機(jī)構(gòu)成本較高。綜上，構(gòu)型 B 為二種之中的最優(yōu)構(gòu)型，故抬被機(jī)構(gòu)最終采用該構(gòu)型3.3.2 翻身機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計 多功能護(hù)理床要實(shí)現(xiàn)左右翻身，各需要一套傳動機(jī)構(gòu)，考慮到二者運(yùn)動相同，故采用同一種構(gòu)型，翻身動作中聯(lián)動床板較多，因此構(gòu)型設(shè)計也較復(fù)雜。圖 2.5 中列出了幾 種原理和功能上符合的構(gòu)型，下文將對各構(gòu)型進(jìn)行詳細(xì)分析。圖 2.5 翻身機(jī)構(gòu)的 3 種備選構(gòu)型構(gòu)型 a：文獻(xiàn)提出了一種變機(jī)架的四桿機(jī)

15、構(gòu)。所謂變機(jī)架，就是在 D1 和D2 處分別 安置一電磁鐵，通過電磁鐵的交替吸合來實(shí)現(xiàn)機(jī)架轉(zhuǎn)換。該機(jī)構(gòu)構(gòu)型新穎，用同一套機(jī) 構(gòu)實(shí)現(xiàn)了左右翻身兩個相似運(yùn)動，但是其主要適用于橫向 3 折床面。另外，采用電磁鐵 吸合方式來固定床面的一端，其可靠程度仍需要特別考慮。鑒于以上原因，該構(gòu)型不是 翻身機(jī)構(gòu)的最佳方案。構(gòu)型 b：構(gòu)型 b 是一種由 “正切機(jī)構(gòu) 和“雙滑塊機(jī)構(gòu) 串聯(lián)而成的單自由度六桿機(jī)構(gòu)。 該機(jī)構(gòu)在初始狀態(tài)時的傳動角為 90。，力的有效利用程度非常高，而此時也正好是機(jī)構(gòu) 受力最大的時候。機(jī)構(gòu)可拆分為由構(gòu)件 4、5 組成的 RPRII 級桿組、構(gòu)件 2、3 構(gòu)成的 RRPII 級桿組、原動件 1

16、和機(jī)架 O，因此一個 II 級機(jī)構(gòu)。部件詳細(xì)設(shè)計時，可將構(gòu)件 1、 2 繞機(jī)架 0 旋轉(zhuǎn) 90 。布置，使整個機(jī)構(gòu)成為一個空間機(jī)構(gòu)，這樣就可以滿足整體布局要10求，同時，為防止翻身機(jī)構(gòu)與抬背、抬腿機(jī)構(gòu)運(yùn)動干涉，具體設(shè)計時需將構(gòu)件4 演化為滾輪，通過高副接觸帶動構(gòu)件 5 的運(yùn)動 （由于人體的重力直接作用于構(gòu)件 5，因此，主動 件 1 的驅(qū)動可以采用螺旋傳動方式，此時該機(jī)構(gòu)又演化為螺旋一連桿組合機(jī)構(gòu)。3.3.3抬背、腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 抬腿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型相對來講和抬背機(jī)構(gòu)是相同的， 抬背機(jī)構(gòu)和抬腿機(jī)構(gòu)總體的簡圖如 圖 2.6，圖 2.7 所示。床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，當(dāng)需要坐起時由圖中左邊的電

17、動機(jī)驅(qū)動 螺桿 9 轉(zhuǎn)動，使得螺套 7 向右運(yùn)動，再由連桿 6 帶動轉(zhuǎn)臂 5 旋轉(zhuǎn)，最后由轉(zhuǎn)臂驅(qū)動床 板 1 繞 J 點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，從而使人坐起。需要曲膝時，同樣右邊的電動工作，通過螺旋傳動 使得轉(zhuǎn)臂 12 旋轉(zhuǎn)，將床板 3 頂起，達(dá)到曲膝的目的。 坐起和曲膝動作如圖 “坐起狀態(tài) ”。圖 2.6 抬背機(jī)構(gòu)簡圖圖 2.7 抬腿機(jī)構(gòu)簡圖114 創(chuàng)新點(diǎn)1）、采用分模塊原理實(shí)現(xiàn)進(jìn)餐、翻身等功能；2）、采用螺旋傳動控制，操作簡單；3）、進(jìn)餐模塊中，餐具設(shè)計巧妙，集各種餐具的功能于一體；4）、可完全折疊，攜帶方便。5 三維仿真設(shè)計抬背、曲腿功能12抬背功能13身功能A4床墊床墊15彈簧支撐桿16參考文獻(xiàn)1 孫桓，陳作模 .機(jī)械原理（第六版） .高等教育出版社 .20