多功能骨科康復病床設計報告

1、2014自動化挑戰(zhàn)賽作品設計報告作品題目名稱多功能骨科康復病床參賽學校濟南大學參賽隊伍名稱騰飛隊參賽隊員姓名張廣 王騰作品完成情況作品完整 作品部分完成 作品未制作設計題目 多功能骨科康復病床設計摘要 面對康復病床功能單一且需求量大的現(xiàn)狀，設計并制作出具有針對性的多功能康復病床已經(jīng)不再是簡單的商業(yè)需求，而是對病人享有舒適的治療環(huán)境的保障。通過對病床現(xiàn)有功能的調查以及對病人需求的分析，針對腳部、四肢、腰部、背部骨骼受傷的骨科康復病人設計了集起臥、按摩、呼叫等功能為一體的病床。該病床不僅滿足了骨科康復病人日常生活的需要，同時促進了病人身體的康復，具有豐富的實際應用價值。本報告對作品的各組成部分進行

2、了詳細的說明，并匯報了最后的制作情況。關鍵詞:康復病床；多功能；骨科目錄設計題目2設計摘要2一、引言 4二、方案設計4（一）硬件部分41.機械結構設計4 1.1起臥、屈膝功能41.2按摩功能51.3呼叫功能5 2.硬件電路設計6（二）軟件部分71.起臥、屈膝功能72.按摩功能8三、結論81.完成情況82.心得體會93.作品特點94.存在問題95.進一步改進9四、附件101.元器件清單列表10 2.源程序清單10一、引言 我國多功能骨科康復病床的應用仍然處在初級階段。目前骨科護理病床分為手動護理病床與電動護理病床：手動護理床的價格相對適中，但是需要護理人員手動操控搖手才能實現(xiàn)各種功能的使用；電動

3、護理病床操控簡單，病人自己就可以完成對病床的操控，但是價格較高。在國內，大部分骨科康復病人使用的病床，其功能只局限于物理位移，即身體各部位的抬起與放下，甚至有一些病床只是給病人提供一個休息的地方，只有少數(shù)醫(yī)院提供幫助起臥、翻身或者有坐便功能的病床。以三級甲等醫(yī)院濟南軍區(qū)總醫(yī)院的骨科病房來說，總共有200個床位，其中大部分都是手動護理病床，智能化的病床多數(shù)都在重癥監(jiān)護室和貴賓病房內。從2003年起，我國已進入了老齡化社會，年齡老化而患上關節(jié)退行性質變疾病的患者越來越多；另一方面，骨科疾病也呈現(xiàn)出年輕化的趨勢，年輕白領、學生因長年累月在電腦面前工作而導致的腰椎間盤突出患者也在陸續(xù)增多。以重慶友誼骨

4、科醫(yī)院為例，該院骨科光住院病人一年就有兩千多人，以腳部、四肢、腰部、背部骨骼受傷的居多。骨科康復對每一個病人而言都是一段痛苦而漫長的過程。骨科康復病人的病情多種多樣，病床的首要條件就是能夠滿足大多數(shù)病人的治療和康復需要。因此為病人提供集治療、康復等多種功能為一體的病床，就顯得極為重要。為了改善這種現(xiàn)狀，滿足市場需求，本參賽隊伍針對腳部、四肢、腰部、背部骨骼受傷的病人設計了這款康復病床。二、方案設計 結合護理業(yè)的實際情況和病人的實際需要，本款多功能骨科康復病床主要可以實現(xiàn)起臥、屈膝、按摩、呼叫等功能。整體采用各功能分別驅動的思路，利用西門子LOGO！控制器進行控制，最終實現(xiàn)各個組成部分分別運作。

5、以下是各功能的詳細介紹： （一）硬件部分 1.機械結構設計 1.1起臥、屈膝功能 （1）床板結構簡介：床板分為4塊，相互間用合葉鉸接（如圖1），坐起時1一起繞Y1軸翻轉；曲膝時3繞Y2 軸向上翻轉，翻轉的同時4被拖起，4板繞Y3相對于3板轉動，從而達到了曲膝的目的。 圖1 床板結構示意圖 （2）起臥功能具體原理： 床板平置時，人躺在床上和普通病床一樣，當需要坐起時由圖中左邊的電機M1正轉，驅動螺桿8旋轉，使得螺套7向右運動，帶動絲桿5向上運動，最后由絲桿驅動床板1繞J點向上旋轉，從而使人坐起；當需要躺下時M1反轉驅動螺桿8旋轉，使得螺套7向左運動，帶動絲桿5向下運動，最后由絲桿驅動床板1繞J點

6、向下旋轉，從而使人躺下。 （3） 屈膝功能具體原理：需要屈膝時，右邊的電機M2正轉，通過螺旋傳動使得絲桿12向上運動，將床板3頂起，并帶動床板4上升達到屈膝的目的；需要將腿伸直時，右邊的電機M2反轉，通過螺旋傳動使得絲桿12向下運動，床板3下降，并帶動床板4下降達到伸直的目的。 圖2、圖3分別是床板平置、坐起及屈膝動作完成之后的狀態(tài)。 圖2 坐起及曲膝原理（平躺狀態(tài)) 圖3 坐起及曲膝原理（坐起狀態(tài)） 1.2按摩功能在第二塊床板上安有幾個膠質圓柱體，通過電機轉動帶動凸輪做圓形旋轉，從而帶動螺桿上下移動，通過螺桿傳動帶動圓柱體上下運動，從而達到按摩背部的目的。 為滿足不同病人對按摩快慢的不同需求

7、，該裝置帶有電機調速器，可實現(xiàn)圓柱體的高低速運動，從而該病人享受舒適的按摩過程。 圖4 按摩結構示意圖 1.3呼叫功能當病人需要醫(yī)生或者護士幫助的時候可以通過呼叫裝置來需求幫助。其工作原理如下： （1）當某個病床發(fā)出求助信號（按下床上設置的呼叫按鈕）后，護士站的蜂鳴器發(fā)出短促音，與呼叫信號對應的指示燈閃爍（閃爍頻率自定）。 （2）當醫(yī)護人員聽到呼叫后，可按下呼叫響應按鈕，蜂鳴器停止工作，呼叫指示燈在20S后停止顯示。 2.硬件電路設計 圖5 系統(tǒng)接線圖 表1輸入輸出接口分配表輸入輸出序號功能序號功能I 0.1M1正轉開始Q1M1正轉I 0.2M1反轉開始Q2M1反轉I 0.3M2正轉開始Q3M

8、2正轉I 0.4M2反轉開始Q5M3轉動I 0.5限位開關Q6蜂鳴器I 0.6M3 轉動Q7指示燈I 0.7M3 停止I 0.8呼叫開關I 0.9呼叫停止 （二）軟件部分 1.起臥、屈膝功能 當使用起臥功能時，先選擇坐起還是躺下，坐起時M1正轉，絲桿向上運動，床板1上升。躺下時執(zhí)行相反命令。然后判斷是否到達指定位置，若到達指定位置，電機停止工作；反之，則繼續(xù)工作。 當使用屈膝功能時，先選擇屈膝還是伸直，坐起時M2正轉，絲桿向上運動，床板3、4上升。躺下時執(zhí)行相反命令。然后判斷是否到達指定位置，若到達指定位置，電機停止工作；反之，則繼續(xù)工作。 圖6 起臥功能流程圖 圖7 屈膝功能流程圖 2.按摩

9、功能當使用按摩功能時，按下開關，M3轉動，帶動凸輪轉動，從而使絲桿上下運動，接著判斷速度是否合適，若速度合適則判斷是否停止按摩，若停止按摩，按下按鈕，電機停止轉動，若不停止，則不執(zhí)行操作，使其繼續(xù)工作；當速度不合適時，轉動旋鈕，調節(jié)速度，直到按摩速度適合，然后繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟。 圖8 按摩功能流程圖三、結論 1.完成情況 多功能骨科康復病床已基本實現(xiàn)全部功能。 2.心得體會 這是本參賽隊伍第一次設計并制作作品，從開始的茫然、制作過程中的摸索，到最后作品的完成，是充滿新奇和挑戰(zhàn)。在本次參賽作品的制作過程中，本參賽隊伍學會了LOGO！控制器的編程，設計、研究并組裝了機械結構，討論、整改了很多次方

10、案，也向老師、學長和學姐詢問了很多問題。雖然有些方面做得不夠好，但是當功能一個個實現(xiàn)時心情也是很激動的，感覺付出的努力終于得到了回報。相信這次的經(jīng)歷對以后的學習、比賽會有很大的幫助，希望本參賽隊伍能夠繼續(xù)合作，制作出更多更好地作品。最后，對幫助過我們的老師、學長和學姐表示感謝。 3.作品特點 （1）具有普遍適用性：該病床集起臥功能、按摩功能、呼叫功能等功能為一體，滿足了骨科康復病人更多的需求，適合大多數(shù)骨科康復病人使用。 （2）使用便捷： 該病床提供的起臥功能采用了電動式起臥的方式，不需要護理人員的幫助病人就可以在該功能的幫助下完成起臥動作。 （3）可以進行針對性的康復訓練： 該病床提供了按摩

11、功能，可以對腰部、背部受傷的病人針對受傷部位進行按摩，促進血液循環(huán)，幫助病人更快的康復。 4. 存在問題由于時間較緊并且經(jīng)驗不足，本參賽隊伍做出的作品還是存在一些缺陷的。比如按摩裝置的凸輪直徑不好控制，在凸輪做圓形旋轉時，連接在一個凸輪上的圓柱體上下運動不均勻。 5.進一步改進（1）為使病人擁有一個相對輕松的治療環(huán)境，可以增加音樂播放功能：該音樂播放裝置安裝在床的側面，帶有開關按鈕和歌曲切換按鈕，另外還帶有一個耳機插口和USB接口。該裝置可以與手機、電腦的連接，進而將歌曲導入或導出該裝置。病人想放松心情時就可以打開該裝置。（2）為使病人擁有一個更好的康復環(huán)境，可以增加輔助按摩功能：在床頭上方懸掛拉力環(huán)，幫助病人進行手臂力量的恢復，促進上肢的血液循環(huán)，防止肌肉萎縮。（3）起臥功能、呼叫功能等除了可以通過安裝在病床上的裝置進行