多能護理床的設(shè)計(共45頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 畢業(yè)設(shè)計（論文）多功能護理床的設(shè)計院 別自動化工程系專業(yè)名稱機械工程及自動化班級學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師2012年6月10日專心-專注-專業(yè)多能護理床的設(shè)計摘 要隨著人口老齡化速度的加快，護理業(yè)服務(wù)受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，醫(yī)療和社會保險系統(tǒng)面臨前所未有的壓力，因此為老年患者服務(wù)的護理型病床的需求正不斷增加。針對這一現(xiàn)象，本文詳細論述了針對缺乏自理能力的老年人及行動不便的病人設(shè)計的多功能護理床的基本結(jié)構(gòu)和功能原理。該病床能夠幫助病人實現(xiàn)翻身、坐起、屈膝、排便及吃飯，解決了護理病人過程中的諸多不便，進而提高了我國護理業(yè)服務(wù)，有力地促進了我國的醫(yī)療保健事業(yè)的發(fā)展。本文首先基于人機工

2、程學(xué)，進行了護理床總體方案的設(shè)計，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)研結(jié)果，制定了護理床的設(shè)計原則，功能要求及設(shè)計指標(biāo)；完成了護理床本體的總體方案設(shè)計。然后，采用自上而下的方法完成了護理床結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計并給出了全套的設(shè)計圖。主要包括總體框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件等功能模塊。其中，排便部件極大地體現(xiàn)了對老年人的關(guān)懷。關(guān)鍵詞：醫(yī)療設(shè)備，護理床，機構(gòu)設(shè)計The design of multi-functional care bed Author：Li Zhiyao Tutor：Zhao YuqianAbstractWith the speed of population ageing,care services

3、 industry has been in the face of challenges.Medical and social insurance system is facing unprecedented pressure. Care-beds which serve the old patients are in increasing demand.In reaction to the phenomenon,the basic structure and functional principles of multifunctional care-beds which are design

4、ed for those old patients who lack of governance of themselves and those patients who lack of the ability to control their mobility are elaborated in the essay. Much inconvenience in the course of nursing patient can be resolved by the care-beds which can help patients turn over themselves,sit up,be

5、nd knees and also spot. This in turn augments nursing service in our country and effectively promotes the development of the cause of our health care .First of all,based on ergonomics,the nursing bed was overall designed in this paper.According to the relevant standards and design specifications;com

6、pleted the overall design of the overall framework, carried a leg,carry back parts,turn over parts function module.Among them, defecate parts greatly expression of the elderly care.Finally,the bed of all parts of the design respectively.Using the method of science, rigorous thinking and effective da

7、ta obtained from all agencies of the nursing bed parts design standards and safety coefficient.Key Words: Medical equipment, Nursing bed, Mechanism design目 錄1緒論1.1研究背景隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、人民生活水平的不斷提高和醫(yī)療保健行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人口老齡化已成為世界范圍內(nèi)的重大社會問題，據(jù)調(diào)查，目前全球60歲以上的老年人口已經(jīng)達到了6億的規(guī)模，而且在很長一段時間之內(nèi)還有不斷擴大的趨勢。由于計劃生育的原因，我國人口老齡化的速度比世晃上大多數(shù)國

8、家的更加快速，已經(jīng)提前進入了人口老齡化國家的行列。據(jù)報道，中國不僅是世界上老齡化人口最多的國家，而且也是老齡化速度最快的國家之一。2000年的全國第五次人口普查資料顯示，60歲及以上老年人口己達1.3億，占全國總?cè)丝诘?0.3(65歲以上老年人口為8687萬，占7)，預(yù)計到2015年，老年人121將超2億，占全國人口的14，2025年，將增加到2.84億，比例將進一步攀升為19.3，這段時期可稱為人口老齡化的高峰期。更為突出的是，我國80歲以上老年人口已達1100萬，并以年均5.4的驚人速度遞增。人口老齡化的趨勢在很大程度上增加了老年人群患慢性病的風(fēng)險，根據(jù)資料，約791的老人至少有一種慢性病

9、，而這類人群往往也有較差的功能狀態(tài)、較高的殘疾風(fēng)險和較高的死亡率，因而將成為健康情況最差的一個群體。他們中的大部分自我照料能力差甚至無法完成自我照料，需要長期的照顧服務(wù)，對家庭、社區(qū)、政府依賴程度較大。據(jù)調(diào)查，在80歲以上男性老人中，能自我照料的只占35.7。然而，人口的老齡化程度與我國當(dāng)前的經(jīng)濟社會發(fā)展情況明顯不相匹配。世界上人口老齡化程度高的國家往往都是發(fā)達國家，這些國家有更好的醫(yī)療和社會保障系統(tǒng)，因此老齡化帶來的社會問題并不是特別明顯；而我國是在社會主義發(fā)展的初級階段、經(jīng)濟社會發(fā)展相對落后的情況下就迎來了老齡化社會，這給醫(yī)療和社會保障系統(tǒng)帶來了空前的壓力，所面臨的社會問題也尤為突出?，F(xiàn)階

10、段我國高齡老年人主要由家庭照料，護理強度大，費用高昂，情況亟待改善。目前全國共有家庭34億，其中約110的家庭有需要看護的人員，各類和長期臥床的老年人和病人大量存在，使得這類人群的護理已成為一個重大的社會問題日益凸顯。伴隨老齡化社會到來的，“空巢家庭”已經(jīng)逐漸成為一個普遍的社會現(xiàn)象。所謂“空巢家庭”，是指沒有兒女或者雖有兒女，但不在身邊的純老人家庭。它的出現(xiàn)，是人們社會價值觀、就業(yè)方式、城市化等多種現(xiàn)代化因素綜合作用的結(jié)果。有資料稱，目前我國有老人家庭的“空巢"率已達264，比1987年整整高出了10個百分點，并且這一比例還在逐年加大。在可預(yù)見的10年內(nèi)，“空巢家庭"將成為

11、老人家庭的主要存在形式，比例有可能達到90甚至更高。目前我國的社會保障體系還不是很完善，社區(qū)等正式組織給予平常家庭老人的照顧還不夠，子女本應(yīng)是老人日常的主要照顧者，然而目前的“空巢"現(xiàn)象卻造成了越來越多的老年人“照顧缺位"，而且這種現(xiàn)象在農(nóng)村的同類家庭中體現(xiàn)的更加明顯。老齡化社會的提早到來、空巢家庭的日趨增多，與我國較為落后的醫(yī)療和社會保障體系構(gòu)成了一對較為尖銳的矛盾。因此，用何種社會保健方式來解決因身體虛弱臥床不起和因疾患導(dǎo)致生活不能自理的老人家庭護理問題，提高他們的生活質(zhì)量，已經(jīng)成了我國亟待解決的一個社會問題。正是由于上述問題的存在，近幾年來普通的病床得已經(jīng)無法滿足當(dāng)今

12、病人與醫(yī)院的需要。您是否曾經(jīng)也有過如此感受，家中有了老人或者不能自理人士，為他們的飲食感到煩惱，為他們的排便感到苦惱，為他們?nèi)站貌荒芑顒佣湎潞筮z癥感到心酸，這一切就在有了多功能護理床之后煙消云散了，從此你我不再彷徨與不安，世界又多了一張張微笑的臉龐。為此我國加大了對醫(yī)療護理器械的研發(fā)扶持力度，為方便偏癱病人和長期臥床的病人使用的及護理、吃飯、等功能于一體的多功能護理床就此應(yīng)運而生，為廣大生活不能自理患者帶來了又一福音?，F(xiàn)在普通家庭對于價格適中的護理床的需求正日益提高，以前是簡易的記理床，后來加上餐桌和護欄；再后來是加上了排便孔和滑行輪；現(xiàn)在是及多功能于一體的電動翻身護理床。在國外，醫(yī)療護理器

13、械高新技術(shù)含量越來越多，對新工藝、新材料的要求越來越高。醫(yī)療器械的發(fā)展趨勢可從材料和產(chǎn)品形式兩個方面來分析。從材料方面看目前手術(shù)器械產(chǎn)品材質(zhì)豐富，除廣泛采用含鉬不銹鋼外，還采用銅、鋁、特殊臺金和塑料等材料；從產(chǎn)品形式來看，手木器械采用了現(xiàn)代新技術(shù)后正突破傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，向高效能、設(shè)備性發(fā)展，但國外這種復(fù)雜的多功能的護理器械造價高昂，功能操作相對復(fù)雜，在我國現(xiàn)在的經(jīng)濟水平下很難得到大眾化的推廣應(yīng)用；在國內(nèi)，相關(guān)的醫(yī)療護理器械發(fā)展不太成熟，特別是護理病床的發(fā)展遠遠不能滿足實際的需要，功能比較單一、自動化程度不高等原因是現(xiàn)有一些多功能護理病床得不到大眾化推廣的原因之一。同時，護理床的發(fā)展方向又可從動力形式

14、和功能兩個方面來分析(如表1.1，圖1.1所示）。表1.1 多功能護理床的功能分類名稱優(yōu)點存在問題功能基礎(chǔ)型護理床1. 結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝簡單易于制造2.價格便宜1.功能比較簡單，不能實現(xiàn)使用者的護理要2.手動為主，操作麻煩3.造型傳統(tǒng)，舒適性差4.應(yīng)用范圍局限功能普通型護理床1. 一般為電動，用戶可簡單地操作控制2. 能完成基本的護理功能3. 增添了輔助功能接口4. 整體造型得到改進1. 市場價格偏高2. 功能啟動柔性差，銜接不連貫3. 功能一體化造成功能浪費4. 生產(chǎn)技術(shù)含量低，容易被仿制5. 文字圖像識別功能差功能高級型護理床1. 護理功能完善2. 功能調(diào)整定位準(zhǔn)確，連貫性好3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計合

15、理安全4. 造型新穎，符合人體學(xué)5. 文子、標(biāo)識容易識別1. 市場售價極其昂貴，造成功能浪費嚴(yán)重2. 整體可拆性差，運輸、安裝繁瑣圖1.1 多功能護理床的功能分類 多功能護理床所能完成的體位調(diào)整以及多功能護理床的動力類型（如圖1.2 、圖1.3、圖1.4所示）。圖1.2 多功能護理床可幫助病人實現(xiàn)的形態(tài)圖1.3 手動多功能護理床外觀圖1.4 電動多功能護理床的外觀隨著護理行業(yè)的發(fā)展以及人民的需求，也必將導(dǎo)致多功能護理床向著功能全面發(fā)展，手動必將被自動所代替。目前市場上生產(chǎn)多功能護理床的商家主要有北京的佳康時代醫(yī)療器械公司，江蘇永新醫(yī)用設(shè)備公司，江蘇欣盛醫(yī)療器械有限公司等。各個公司所開發(fā)的不同型

16、號的護理床的價格也有所不同，手動的比較便宜大約千元左右，電動的貴一些的則需要兩三千左右。同時，市場上又出現(xiàn)各種山寨醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的護理床，一場護理大業(yè)就要到來。1.2本文的研究意義為了解決我國正在面臨的護理壓力，和人民對醫(yī)療保健日益需求，我們設(shè)計了這款多功能護理床，力求成本與質(zhì)量共存，實用與高效并重。多功能護理床是針對醫(yī)院和生活不能自理的病人、殘疾人、危重病人、癱瘓病人的特殊需要而設(shè)計的，可實現(xiàn)病人翻身、坐起、屈膝及吃飯四大功能，并可實現(xiàn)病人自由調(diào)控臥姿，解決了長期以來普遍存在的病人大小便、吃飯、移動、看書、寫字、娛樂難等多方面的問題。并滿足患者生理和心理上的要求，提高康復(fù)力，大大減輕護理負擔(dān)

17、。輪椅式的設(shè)計，病人躺在床上可以調(diào)節(jié)平臥、半臥、直坐三種姿勢。還可以對腿部的角度進行調(diào)節(jié)；病人還可以在床上看書、寫字、就餐。其人性化的設(shè)計，解決了一系列護理難的問題。為我國醫(yī)療事業(yè)的蓬勃發(fā)展，為廣大人民群眾奔向小康致富之路帶來了又一曙光。為了更好地支持國家發(fā)展和諧社會，為了廣大患者能有一個更好的治療環(huán)境，正是本文的研究初衷。1.3本文的研究內(nèi)容常見的一些新型護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)合病人的實際情況和病人的實際需要，我們這款多功能病床主要實現(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

18、處于所需的舒適位置。3. 幫助病人左右翻身功能，實現(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。 為實現(xiàn)上述功能，設(shè)計護理床的主要任務(wù)：1、多功能護理床運動結(jié)構(gòu)的設(shè)計2、多功能護理床的機構(gòu)的設(shè)計3、多功能護理床的零件的設(shè)計4、多功能護理床的三維建模2護理床結(jié)構(gòu)的整體方案2.1設(shè)計原則多功能翻身護理床的設(shè)計應(yīng)該遵循一下的幾個原則：1、安全性原則 由于護理床對老年人和病人的身體進行直接的接觸與操作，而且相對于健康人來說，這類人群的身體更容易收到損傷，所以護理床在安全性方面的要求很高。無論是護理床的結(jié)構(gòu)還是控制系統(tǒng)的設(shè)計，安全性始終

19、是最優(yōu)先考慮的一個原則。比如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，不應(yīng)存在任何干涉情況，結(jié)構(gòu)的剛度和強度方面都要留有充足的余量，要考慮到各種極限情況。2、人性化、舒適性原則人性化、舒適性設(shè)計是可用性設(shè)計的延伸，護理床應(yīng)該根據(jù)人體生理學(xué)原理，更多地從人的生理結(jié)構(gòu)、心理情況、行為習(xí)慣等方面加以考慮。比如各部分結(jié)構(gòu)要與人體的尺寸匹配；設(shè)計中力求加速度最小化等等。3、功能多樣化原則護理過程中，不同使用者往往對護理床有著各種各樣不同功能的要求，除了基本的體位要求之外，還有諸如吃飯、洗漱、排便等更多的要求。4、標(biāo)準(zhǔn)化原則護理床機械零件的設(shè)計與選擇、控制系統(tǒng)的設(shè)計、零部件之間的相對位置關(guān)系和尺寸匹配，都有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。參照標(biāo)

20、準(zhǔn)設(shè)計，不僅能在最大程度上滿足使用要求，而且有利于增強互換性，降低陳本。5、輕量化原則從降低能量消耗和減小運動慣性的角度考慮，護理床應(yīng)該在保證功能和安全的情況下遵循輕量化原則。這樣不僅節(jié)約了材料、降低了成本而且減小運動慣性則非常有利于某個部件的停啟，使護理床的運輸使用成本都有很大的降低。2.2功能要求及設(shè)計指標(biāo)2.2.1功能要求根據(jù)我在各個醫(yī)院觀察的結(jié)果，類比市場上的護理床種類功用，再加上一定創(chuàng)新，確定了多功能護理床的功能范圍，主要包括體位調(diào)整類功能、吃飯看書功能。1、體位調(diào)整功能護理床首先必須滿足日常護理中的多種必要的體位位姿，實現(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

21、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理醫(yī)務(wù)人員的勞動強度。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床上坐起飲食以及看書。2.2.2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

22、向適應(yīng)，同時采取適當(dāng)?shù)某叽?，可以使被護理人員感到舒適。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)

23、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2.2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

24、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。2.3護理床本體總體方案2.3.1總體布局從整體結(jié)構(gòu)上講，多功能翻身護理床可以分為總體框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件和智能座便系統(tǒng)五大功能模塊。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)定性和強度要求；2、布局要使各個模塊的機構(gòu)運動相對簡單，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

25、，確定護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??；各個功能模塊機構(gòu)初步選用連桿結(jié)構(gòu)，以方便實現(xiàn)各床面板的運動規(guī)律，其驅(qū)動元件均布置于支撐框架下層，以保證機構(gòu)傳動角和框架強度要求；各零部件近似對稱布置于床面之下，使機器人重心始終處于機構(gòu)中間位置，以增強整體穩(wěn)定性和使用者的心理安全感。2.3.2床面設(shè)計多功能護理床床面設(shè)計的特點在于要實現(xiàn)的運動較多，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

26、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，整體床面則通過臀部下層板固定到支撐框架之上。護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】。參考市場上的護理床尺寸，根據(jù)專家給出的數(shù)據(jù)進行選擇后，最終尺寸見表2.3。表2.3 多功能護理床實現(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

27、夾角為045o 1、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080o 1、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-20o0 5、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"以護理床處于水平地面上為參考狀態(tài)。2.4護理床各功能模塊構(gòu)型設(shè)計2.4.1抬背構(gòu)型設(shè)計抬背機構(gòu)運動的實現(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 抬背機構(gòu)的3種備選構(gòu)型構(gòu)型a：該抬背機構(gòu)為螺旋一連桿組合機構(gòu)，其自由度為1，有1個原動件，具有確定的運動，可

28、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)的傳動角遠遠大于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不到的，因而放棄該構(gòu)型。構(gòu)型b：該機構(gòu)也是螺旋一連桿組合機構(gòu)，自由度為1，有1個原動件，具有確定運動，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)點是結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉，傳動精確；缺點是承受的軸向推力大，效率低，摩擦嚴(yán)重。構(gòu)型c：該機構(gòu)為螺旋一連桿組合機構(gòu)，實際

29、上可以等效為一五桿機構(gòu)，等效后的機構(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=4×3.5×2=2，該機構(gòu)需要2個原動件才能有確定運動。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,但是該機構(gòu)成本較高。綜上，構(gòu)型B為三種之中的最優(yōu)構(gòu)型，故抬被機構(gòu)最終采用該構(gòu)型。2.4.2翻身機構(gòu)構(gòu)型設(shè)計多功能護理床要實現(xiàn)左右翻身，各需要一套傳動機構(gòu)，考慮到二者運動相同，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)型進行詳細分析。圖2.5 翻身機構(gòu)的3種備選構(gòu)型構(gòu)型a：文獻提出了一種變機架的四

30、桿機構(gòu)。所謂變機架，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現(xiàn)機架轉(zhuǎn)換。該機構(gòu)構(gòu)型新穎，用同一套機構(gòu)實現(xiàn)了左右翻身兩個相似運動，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)型不是翻身機構(gòu)的最佳方案。構(gòu)型b：構(gòu)型b是一種由“正切機構(gòu)"和“雙滑塊機構(gòu)"串聯(lián)而成的單自由度六桿機構(gòu)。該機構(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，而此時也正好是機構(gòu)受力最大的時候。機構(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和機架O，因此一個II級機構(gòu)

31、。部件詳細設(shè)計時，可將構(gòu)件1、2繞機架0旋轉(zhuǎn)90。布置，使整個機構(gòu)成為一個空間機構(gòu)，這樣就可以滿足整體布局要求，同時，為防止翻身機構(gòu)與抬背、抬腿機構(gòu)運動干涉，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的運動(由于人體的重力直接作用于構(gòu)件5，因此，雖然運動副做了改變，但是運動效果仍然相同)。主動件1的驅(qū)動可以采用螺旋傳動方式，此時該機構(gòu)又演化為螺旋一連桿組合機構(gòu)。構(gòu)型c：文獻提出了一種螺旋一連桿組合機構(gòu)。該機構(gòu)實際上是一種對稱結(jié)構(gòu)，單邊可等效為經(jīng)過演化的四連桿機構(gòu)，其中C、D點與滑臺可分離，因此可以分別實現(xiàn)左右翻身動作。該機構(gòu)也是一種新穎構(gòu)型，結(jié)構(gòu)簡單，制造和裝配方便，但只能橫向布置

32、，需要空間較大，容易產(chǎn)生干涉，因此這種構(gòu)型也不是最優(yōu)構(gòu)型。2.4.3抬背、腿機構(gòu)的設(shè)計抬腿機構(gòu)的構(gòu)型相對來講和抬背機構(gòu)是相同的，抬背機構(gòu)和抬腿機構(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動機驅(qū)動螺桿9 轉(zhuǎn)動，使得螺套7 向右運動，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 抬背機構(gòu)簡圖圖2.7 抬腿機構(gòu)簡圖2.4.4 床上吃飯機構(gòu)的設(shè)計吃飯裝置的設(shè)計采用了平行四邊

33、形機構(gòu)，固定在床的兩側(cè)，不需要使用時可放至與床面平行，當(dāng)吃飯或者看書時即可把機構(gòu)A拉起至90o固定好即可使用，簡單方便。（如圖2.8所示）圖2.8 吃飯裝置2.5 本章小結(jié)本章完成了多功能護理床總體方案的設(shè)計。1、 制定了該護理床設(shè)計應(yīng)該遵循個幾個原則，提出了所要達到的各項功能，明確了應(yīng)該達到的各項技術(shù)指標(biāo)。2、 對護理床的總體方案進行了設(shè)計。首先提出了護理床的總體布局，然后確定了床面結(jié)構(gòu)形式、具體尺寸，最后在分析比較基礎(chǔ)上，確定了各功能模塊的機構(gòu)構(gòu)型。3機構(gòu)設(shè)計3.1 基本參數(shù)的設(shè)定在第二章的設(shè)計指標(biāo)中已經(jīng)給出了基本參數(shù)，由于本章著眼于計算，方便我們可以直觀地獲得數(shù)據(jù)，我們再一次給出護理床的

34、基本參數(shù)值。床的基本尺寸為 長×寬×高=2000mm×1000mm×600mm左右翻身角度為 050o抬背角度為 080o大腿翻轉(zhuǎn)角度為 050o3.2 電動機的選擇3.2.1 坐起電動機1）功率取t=40s，極限角度，轉(zhuǎn)臂角速度：轉(zhuǎn)臂速度：負載，則轉(zhuǎn)臂傳遞的功率： （忽略轉(zhuǎn)臂自重）電 動 機 的 許 用 功 率：P許2 =（忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿自重）電動機實際功率：P許2 ×1.2=78W由以上結(jié)果知，選用額定功率為90W的單相電容式減速電動機。2）轉(zhuǎn)速 由圖3.1可知坐起螺桿導(dǎo)程1最短約為300m。那么由上身坐起的時間t=40s，螺桿螺紋

35、間距d=5mm，可以得出電動機的最低轉(zhuǎn)速：n=300÷5÷40×60=90r/min3.2.2 曲腿電動機的選擇1）功率：，極限角度，轉(zhuǎn)臂角速度：轉(zhuǎn)臂速度：負載T3=1000N，則轉(zhuǎn)臂所傳遞的功率：P許3=(忽略軸的轉(zhuǎn)動慣量及連桿質(zhì)量）電動機實際功率：P3=P許3×1.2=42由以上結(jié)果知，選定額定功率為60W的單向電容式減速電動機。1）轉(zhuǎn)速：由圖3.2可知屈膝螺桿導(dǎo)程1最短約為213mm。那么由屈膝的抬腿時間，螺桿導(dǎo)程間距，可以得出電動機的最低轉(zhuǎn)速約：圖3.1 左右翻身機構(gòu)簡圖3.3 零件設(shè)計3.3.1 縱軸的設(shè)計與校核1、求軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速，和轉(zhuǎn)

36、矩T1。P1=P1電機螺桿2軸承=60×0.4×0.992=24W(忽略連桿自重）=經(jīng)整體規(guī)劃將軸設(shè)計為空心光軸。2、初步確定軸的直徑選用內(nèi)徑為27mm，外徑為45mm的45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸向和周向定位要求，將軸與轉(zhuǎn)臂套筒用螺栓聯(lián)在一起，具體位置由床整體結(jié)構(gòu)來確定。4、初步選定滾動軸承因軸承所承受的軸向力可忽略，認為只受徑向力，選用深溝球軸承。5、軸的強度校核 只校核軸的危險截面，因該軸所受彎矩可忽略，下面只按扭轉(zhuǎn)強度校核。軸的計算應(yīng)力：其中：由前面軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查得，因此<，故安全。3.3.2 橫軸的設(shè)計與校核1、求軸上的功率P2、

37、P3轉(zhuǎn)速n1、n2及轉(zhuǎn)矩T2、T3。P2 = P2電機ç螺桿ç2軸承 = = 47W （忽略連桿重量） P3 = P3電機ç螺桿ç2軸承 = = 24W將軸設(shè)計為空心光軸。初步確定軸的直徑因計算比較保守，先選用外徑42mm，內(nèi)徑32mm的45鋼管，待后面校核。同以上選擇一樣。1、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸向和周向定位要求將軸與轉(zhuǎn)臂套筒用螺栓固定，同時考慮到傳動角的范圍將連桿在軸上的固定孔偏離轉(zhuǎn)臂套筒固定孔40o。2、 初步選定滾動軸承因軸承所受軸向力可忽略，認為只受徑向力，選用角接觸球軸承即可。3、 軸的強度校核因這軸所受彎矩很小，可忽略，認為只受扭轉(zhuǎn)作用，故

38、只考慮扭轉(zhuǎn)強度校核。軸的計算應(yīng)力 由以上計算確定軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。查得。因此。故，軸安全。橫軸圖3.2 橫軸簡圖3.3.3 螺桿的設(shè)計與校核1、螺桿的確定因三根螺桿中使病人坐起的機構(gòu)中螺桿受力最大，故先設(shè)計該機構(gòu)中的螺桿。負載T2=1000N，螺桿軸向力最大為1000N。根據(jù)螺旋傳動的設(shè)計計算公式：其中Q為軸向載荷1000N，螺紋伸角為，當(dāng)量摩擦角。d2為螺紋中徑，查找相關(guān)資料取d2=20mm。dm為支撐面平均直徑，dm=d2=20mm。F為摩擦系數(shù)，取f=0.1。因此計算得T=28N·m。由此得出螺紋最小扭矩為28N·m時即可將1000N負載支起。而電動機提供

39、給螺桿的轉(zhuǎn)矩為，故符合要求。2、 螺紋長度的確定由前面電動機選擇過程中求電動機轉(zhuǎn)速時算出的數(shù)據(jù)：翻身螺桿導(dǎo)程為3000mm，螺紋選350mm，據(jù)床的整體機構(gòu)確定螺桿總長度500mm，材料選用45鋼。坐起螺桿導(dǎo)程為300mm，螺紋選350mm，據(jù)床的整體機構(gòu)確定螺桿總長度450mm，材料選用45鋼。屈膝螺桿導(dǎo)程為213mm，螺紋選250mm，據(jù)床的整體機構(gòu)確定螺桿總長度450mm，材料選用45鋼。3、 螺桿強度校核：其中F為軸向壓力：。A為螺紋段的危險截面面積：（d1為螺紋小徑）WT為螺桿螺紋抗扭截面系數(shù)：T為螺桿所受扭矩：T=38N·m。經(jīng)計算得。查表得，因此，故安全。4、 螺桿穩(wěn)定

40、性校核因坐起螺桿和曲腿螺桿柔度故不必進行穩(wěn)定性校核，只校核翻身機構(gòu)中的螺桿。故認為螺桿穩(wěn)定。圖3.3 坐起螺桿導(dǎo)程示意圖3.3.4坐起機構(gòu)中零件的設(shè)計與校核1、 連桿的設(shè)計A.初步確定連桿材料連桿一：330mm，連桿二：150mm，直徑：28mm，45鋼調(diào)質(zhì)處理。B.連桿強度校核同上，只校核連桿二：連桿所受的軸向力可忽略。 因.故安全。2、 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計A.轉(zhuǎn)臂選材據(jù)橫軸一的位置及床整體結(jié)構(gòu)，確定轉(zhuǎn)臂長度為570mm，材料為結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心型鋼，標(biāo)準(zhǔn)GB/T6728-1986。A/mm=50,B/mm=25,壁t/mm=1.2.B.轉(zhuǎn)臂強度校核桿所受最大彎矩：材料的許用應(yīng)力，因為，故安全。3.

41、3.5 曲腿機構(gòu)中零件設(shè)計與校核1、連桿的設(shè)計A.連桿的設(shè)計連桿一：300mm，連桿二：150mm，直徑25mm，45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。B.連桿強度校核因本機構(gòu)中連桿材料及尺寸與翻身機構(gòu)中一樣，但受力卻較前者小，故無需強度校核。2、 轉(zhuǎn)臂設(shè)計A.轉(zhuǎn)臂選材根據(jù)橫軸二內(nèi)位置及床的整體結(jié)構(gòu)，確定轉(zhuǎn)臂長為370mm，材料與前面一樣。B.轉(zhuǎn)臂強度校核因本機構(gòu)中轉(zhuǎn)臂所受彎矩較坐起機構(gòu)中小得多，故也無需進行強度校核。3.4 本章小結(jié)本章承接上文的總體設(shè)計方案，以科學(xué)的方法和數(shù)據(jù)，完成了護理床的詳細設(shè)計。1、完成了基本參數(shù)的設(shè)計。2、完成了各部件的設(shè)計。3、完成了零件的設(shè)計。4 三維仿真設(shè)計4.1設(shè)計仿真應(yīng)用軟件

42、概況上文已經(jīng)給出了關(guān)于多功能護理床造型設(shè)計以及零件尺寸。進行三維仿真設(shè)計應(yīng)用的軟件是我個人所在實習(xí)公司所用造船軟件TRIBON。TRIBON是由KCS(Kockums ComputerSystem AB)公司研發(fā)的一款輔助船舶設(shè)計和建造的計算機軟件集成系統(tǒng)，集CAD/CAM/MIS于一體，在造船業(yè)中有著廣泛的用戶。 迄今為止，全球已有200多家廠商采用該系統(tǒng)進行船舶產(chǎn)品的設(shè)計和制造，例如在有、等國家，在亞洲包括、等國家的多個廠家安裝了該系統(tǒng)。 TRIBON一共分為六個設(shè)計模塊，其中包括，船體設(shè)計模塊、舾裝設(shè)計模塊、管系設(shè)計模塊、電纜設(shè)計模塊、艙室設(shè)計模塊和鐵舾裝（Structure）設(shè)計模塊。

43、船體設(shè)計主要包括包括線形光順、船體平面模、船體曲面模、性能計算、零件分離、數(shù)控套料、生成切割指令等模塊。它實現(xiàn)了船體CAD/CAM的集成。 舾裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括部件庫(component)、符號庫(symbol)、設(shè)備庫(equipment)。該模塊用于存儲整個炯裝系統(tǒng)的部件信息，并負責(zé)建立、修改和維護這些數(shù)據(jù)信息。棲裝系統(tǒng)的各子系統(tǒng)如模塊、電纜模塊等均以附件庫為設(shè)計基礎(chǔ)。附件庫對胭裝各專業(yè)所需附件集中統(tǒng)一管理歸類。 附件的信息以記錄的形式存人部件數(shù)據(jù)庫中，并且用戶可以追加記錄，以擴充附件數(shù)量。TRIBON系統(tǒng)的附件庫采用的是單一數(shù)據(jù)庫(single data-bank)，對于不同的項目(pr

44、oject)，相同的附件僅需建立1次，因此初始時的建庫工作量很大。隨著附件信息的逐步擴充，工作量會越來越小，為后續(xù)的設(shè)計工作節(jié)約了時間。附件庫的建立可以邊設(shè)計邊建立。建庫準(zhǔn)備是船舶設(shè)計的基礎(chǔ)，TRIBON系統(tǒng)正是因為有了這些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫，各子系統(tǒng)的信息才能高度的共享和統(tǒng)一。 管系設(shè)計包括管系原理設(shè)計(General Dia-grams)、管路建模(Pipe Modelling)、生產(chǎn)信息提取( Outfitting Lists)等模塊。由于TRIBON采用單一，在管系原理圖設(shè)計時，管材、規(guī)格、設(shè)備、閥門等符號均會與附件信息建立聯(lián)系，同時又可以與管系3維模型信息建立聯(lián)系。因此，在管系3維放樣設(shè)計

45、時，可以利用管系原理圖，檢驗設(shè)計是否前后一致，或有無缺漏。電纜設(shè)計系統(tǒng)可分為電纜原理圖設(shè)計和電纜放樣2大模塊。原理圖設(shè)計類似于管系原理圖設(shè)計，系統(tǒng)能自動導(dǎo)出電纜布放原理圖和有關(guān)清單。電纜放樣是在3維圖形環(huán)境中進行的。通過調(diào)入相關(guān)的船體分段、管路和其他專業(yè)設(shè)備、電氣設(shè)備及支架布置等，構(gòu)成電纜路徑、托架和貫通，具有檢查電纜路徑的連接情況、電纜敷設(shè)、電纜路徑、真實貫通的填充率等功能。 艙室布置系統(tǒng)主要是以計算機為工具，輔助專業(yè)人員進行艙室布置設(shè)計，實現(xiàn)計算機出圖和輸出清單，其主要功能如下。國可以直接將船體結(jié)構(gòu)作為艙室布置的甲板。回可以輸出任意區(qū)域的局部視圖，如的視圖等。國可以以房間(room)為單位

46、進行任意拷貝、刪除、修改。國提供了門、窗、家具、設(shè)備、壁板、天花板、甲板敷料等的布置功能。國能計算出重量、重心等參數(shù)。回能提取有關(guān)屬性數(shù)據(jù)。回能方便地為其他專業(yè)提供背景圖形。 該模塊主要用來設(shè)計鐵舾裝件(基座)、支架、扶梯等，所建立的模型存在于獨立的模型庫中，可以被其他專業(yè)作為參考模型使用。 4.2 三維仿真視圖首先需要根據(jù)床面尺寸建立護理床基本床面單元視圖。 圖4.1 護理床床面三維仿真尺寸圖護理床的床面的三維建模。圖4.2 護理床床面的三維建模圖護理床的床面連接單元建模圖。 圖4.3 護理床床面連接單元建模圖護理床各單元尺寸圖圖4.4 護理床各單元尺寸圖護理床整體三維建模圖。圖4.5 護理

47、床整體三維建模圖結(jié) 論針對社會對高級醫(yī)護裝備的迫切需求，本文設(shè)計了多功能護理床。通過對護理床各個單元模塊的分析、計算與建模，初步完成了對護理床的全面設(shè)計。護理床共可以實現(xiàn)四大功能，由四大功能模塊所構(gòu)成，論文在參考查閱大量的相關(guān)專業(yè)文獻的基礎(chǔ)上，對多功能護理床進行了認真和深入的研究，主要完成了如下工作:1. 多功能護理床的整體設(shè)計方案：整體方案主要涉及到護理床能實現(xiàn)幫助病人坐起、翻身、吃飯、屈膝四大功能，并根據(jù)中華人民共和國醫(yī)用電器相關(guān)條例設(shè)計出多功能護理床的各單元模塊外形尺寸、承載能力，各模塊所能完成的功能特性設(shè)計以及護理床的整體布局。2. 多功能護理床各單元模塊的相關(guān)計算：根據(jù)各個單元模塊所

48、能實現(xiàn)的功能分別對組成零件進行計算，其中包括了電機的選擇，橫軸的強度計算與校核，連桿的強度計算與校核。3. 多功能護理床的三維建模設(shè)計：通過TRIBON制圖軟件與大學(xué)四年的CAD應(yīng)用經(jīng)驗，繪制了護理床零件以及整體的三維視圖。隨著科技的發(fā)展，各種新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，多功能護理床的研究將會有廣闊的前景。在如何提高構(gòu)件造型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，可以進行護理床構(gòu)型的進一步研究，探索更好的策略，或者結(jié)合控制系統(tǒng)方面考慮，進一步完善護理床對病人的護理能力。另外，還可以考慮對現(xiàn)有機構(gòu)進行優(yōu)化改進或者采用新模型設(shè)計形式，減少材料的使用，降低成本。參考文獻1 孫桓，陳作模.機械原理（第六版）.高等教育出版社.2001

49、.5.2 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社. 2002.93 范欽珊，殷雅俊. 材料力學(xué).北京，清華大學(xué)出版社.20044 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計. 高等教育出版社.2001.4 第7版5 李杞儀，趙韓主編. 機械原理. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.86 吳宗澤.機械零件設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社.2004.17 王昆等.機械設(shè)計課程設(shè)計.高等教育出版社.1995.128 王文斌等.機械設(shè)計手冊. 第3版.北京，機械工業(yè)出版社.2004.89 朱冬梅，胥北瀾.畫法幾何及機械制圖.第5版.高等教育出版社.2000.1210 白建軍，張華，劉繼忠輪椅床智能座便器的設(shè)計【J】機械設(shè)計與研究，

50、 2010，26(1)：121-12411 吳劍機器人化多功能護理床的研究與開發(fā)【D】華南理工大學(xué)，2003附 錄附錄AMachine design theory The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the

51、 size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design

52、 is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal

53、 is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the

54、design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of productMust regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportun

55、ity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly.A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certai