床椅分离式多功能护理床的抬背机构设计及其仿真

新型护理床的起身机构设计与运动仿真进入二十一世纪后，中国人口结构日趋老龄化。

护理床社会中的一部分功能障碍群体—老年人、残疾人和伤、病人，也越来越受到社会的关注，随之而来的是这些功能障碍群体对多功能、多样化、实用价值高的用品用具和高品质的服务以及专业指导的渴求。

人们生活水平的提高以及对减轻家人、护理人员劳动强度的渴望，加上传统使用的护理床无法满足要求，因此需要更高技术含量的智能化护理设备来满足功能障碍群体对生活自理、自立的迫切渴求。

根据需要设计出能让使用者自动坐起的床机构，对肌肉废用性萎缩，关节挛缩和僵硬的患者进行有节奏的收缩与放松活动，以改善局部血液循环，促进组织修复。

此机构操作方便，结构简单，能让患者实现生活自理。

2 机构设计与分析2.1 曲腿机构的设计与运动计算曲腿机构的机构简图，如图1 所示。

由5 个构件，6 个旋转副,如图 1 所示.2.2 抬背机构的设计与运动计算抬背机构的机构简图，如图 2 所示。

由 5 个构件，5 个转动副 1 个移动副，一个高副，一个局部自由度构成，由一个直线电机驱动，自由度为F=3×5-2×5-1-1=1。

3 机构的运动仿真通过UG/Modeling 的功能建立三维实体模型，再对三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，并在各个部件之间设立一定的连接关系，并建立了一个运动仿真模型。

首先根据杆机构特性把各个机构的三维实体部件连接成杆机构。

曲腿和抬背两个杆机构，如图 3 所示。

然后在零件连接处根据不同的运动特性定义运动副。

如图4所示，J26 和J14 设为旋转副，消除在平面上 2 个移动的自由度，电机设为滑动副消除在平面上一个移动和一个转动的自由度。

最后给原动件一定的运动规律，并对这个模型进行运动学或动力学运动分析可以验证该引动机构设计的合理性，并可以利用图形输出各个部件的位移，坐标，加速度，速度和力的变化情况，对运动机构进行必要的优化设计。

如图 3 所示，在初始位置给两个电机一定的直线速度，取机构上两个转动副J26和J14。

多参数手术床背部支承机构仿真分析1 研究背景手术床作为野战医疗机构的必备卫生装备，电动手术床为伤病员提供多功能救治平台。

其功能为支承伤病员的身体、调整手术体位、充分暴露手术野，使医护人员在方便、舒适的条件下顺利完成各种手术。

目前装备部队的野战手术床，在卫勤保障中发挥了重要作用，但在几年的使用中，也暴露一些缺点，需要升级换代。

本文提出研制一种轻便型野战手术床，具备功能齐全、操作方便、展收迅速、便于携行等特点。

2 轻便型野战手术床的结构如图1 为所提出的轻便型野战手术床的结构示意图，主要由床面板、调节用可控气弹簧、可伸缩的丝杠机构、床架支承机构等组成。

采用脚轮与马蹄脚的配合使用，提高床体的稳定性；为了减轻重量，设计了壁更薄、结构更合理的铝合金型材作为支承框架。

通过多级丝杠调节控制手术床床面的升降，使得调节范围更大，背板、坐板、腿板均采用大行程可控气弹簧支承机构，使得调节体位非常方便。

作者对手术床的稳定性、各部分的强度、刚度分别进行了计算，设计了合理的结构，本文以背部支承机构的设计为例，进行介绍。

3 支承机构设计分析野战手术床通过调节机构改变床面板不同部分的夹角，实现体位调节。

由于气动支承机构具有无级调节、可调范围大等优点，在设计中引入大行程可控气动支承手术床床面，依靠自身的伸缩改变与之相连的床面角度的变化，最终得到手术床的期待体位。

3.1 支承机构力学分析根据手术床设计标准，手术床背板相对于坐板可进行上折65°、下折18°，在这之间的任意位置，背板必须承受75kg 的均布载荷。

同时为了满足野战手术床的便携性，要求背板能下折大于84°，这就为支承机构的设计增加了难度。

图 2 为背部支承机构的力学模型，坐板支承点长为a，背板支承点长为b，背部支承点与旋转轴距离为c，背板与坐板的夹角为α，可控气弹簧的行程为x，支承长度为y，最大支承力为F，背部均布载荷p。

背部支承机构的运动轨迹如图 3 所示，支承机构三角形形状不断改变，标出了典型的四种状态，①为上折65°位置，②为床面水平位置，③为下折18°位置，④为床面下折84°位置。

抬背机构的备选构型2抬背机构的备选构型(图3驱动电路原理图(1)根据图1中的机构简图可知,该抬背机构的自度为1即该机构只有一个原动机按,具备确定的运形势。

该机构安全方便,易于实现,且具备较好的安性,传动效率较高。

(2)根据图2可知,该机构为四连杆机构,且自由为1,即该机构只有一个原动机按,具备确定的运行势。

该机构具有结构简单,行程较大等诸多特点,在轮和背板之间的连接为高副连接,但其对空间尺寸。

4。

图4护理床抬背姿态推杆控制电路设计推杆控制电路的控制模块主要是继承该款芯片功率较大,能够实现过载保3所示,使用两块芯片的连接可自称可实现电动推杆的长度变化。

控制端,推杆的运行受单片机控制。

的运动计算和仿真机构简化后,如图5所示。

中:L—推杆长度;GRùcosùtdt图5抬背机构简图参数值代入,可得到负载随时间变化所示。

中的曲线可看出,推杆在6秒时负载最时间节点为分界点,在该时间节点之增大状态。

在6秒之后,床面负载会减度会增大,为了使使用者不产生不需要知道负载和速度之间的变化量。

(a)抬背推杆速度曲线图(b)背部床面负载曲线图(下转第14页图5沉浸式数字旅游系统运行界面图6和图7则展示了该系统两种交互操作的实果。

其中图6表示单指滑动模型的操作:用户用手摸屏幕,手指向左右移动,模型也会对应向左右旋7表示双指触控缩放模型的操作:用户用两根手指屏幕,聚拢两根手指则是缩小模型,散开两根手指放大模型。

(a)开始界面(b)模型旋转后界面图6沉浸式数字旅游系统交互操作1(a)开始界面(b)模型放大后界面图7沉浸式数字旅游系统交互操作2(上接第16页)(c)抬背推杆电压曲线图从图中的曲线可看出,推杆在6秒时负载最大,因而选取该时间节点为分界点,在该时间节点之间负载。

一种多功能医用护理床设计摘要：多功能医用护理床,是一款专门根据危重病人和偏瘫患者的特殊需求而研制的,可以任意调整病床的靠背和脚部的高度。

即使无法自理患者,医护人员也可以利用在病床沿的控制器完成作业,从而减轻了护理病、残患者时的劳动强度。

本文针对护理床的抬背机构、侧翻机构和曲腿机构进行设计，首先分析了护理床的结构和使用原理，即通过电机驱动螺杆发生转动，使螺帽向左或者向右运动，然后带动连杆拉动床板，完成抬背、翻身或者曲腿的动作。

其次，确定了各个关键零部件的的设计和检验，通过三维数字化设计程序soliderworks对其完成构建与组装,之后再输出至CAD上完成编辑。

本章将着重介绍多功能医用护理床的研究背景及对人们生活水平的提升意义，并对医护床技术的发展现状以及国内外的发展趋势做出介绍。

最后给出作者所完成的工作，以及对本文各个章节的主要内容做出总结性的介绍。

关键字:多功能医用护理床引言在人口老龄化快速增长的今天，对护理行业有了越来越严格的要求，不仅要求护理床的质量过关可靠，还需求具有多种功能。

医用护理床就是一款为此需求而设计的医疗器械。

多功能护理用床是根据病人（失能人群或半失能人群）长年卧床不起所受的痛苦，根据卧床患者长期在床上的生活需求，如更换床褥、翻身、如厕，背部透气，换尿片，洗头脚洗澡等需求，通过一些实用的解决方案和科技技术，制造出各种功能的具有护理功能的床。

1 多功能医用护理床的整体方案设计通过对多功能医用护理床的安全性、人体感知的舒适程度、功能多样化、标准化以及轻量化这五个原则的确定，以这五个原则为契机，提出护理床的总体方案构思，包括护理整体结构的构思思路，护理床各部分的组成形式，各部分的零件结构。

控制系统选择单片机为主控芯片，控制多台电机实现联动控制，从而能够实现多功能医用护理床的各种功能。

多功能护理床从结构上可以分为电源，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。

摘要多功能医用护理床是一种针对危重病人和瘫痪病人的特殊需要而设计的，能随意调节床的背部和脚部的角度。

即使不能自理者，护理人员也可通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。

本文针对上述情况，提出了一种新型的多功能医用护理床，采用三维数字化设计软件soliderworks对其进行建模和装配，然后导出到CAD进行修改。

利用机械分析软件ADAMS对其进行运动学及动力学分析，研究了床板在各种运动状况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，并利用ADAMS提供的优化功能对其分别进行了运动学和动力学优化；以角加速度最大值的最小化作为优化目标函数进行运动学优化，以线性推杆受力的最大值最小化作为动力学优化目标函数，得到满足设计要求的机构参数。

采用力学理论分别对多功能医用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及稳定性。

控制系统采用单片机控制，通过单片机控制，实现各个机构的运动，安装传感器来控制机构所转过的角度。

利用单片机为主的控制系统，达到控制要求。

关键词：多功能医用护理床，干涉检验，运动学优化，动力学优化，控制系统ABSTRACTMultifunction Nursing-bed is designed for those critically ill patients and the special needs of paralyzed patients designed bed is able to adjust the angle of the back and feet. Even if we can not take care of themselves, the nursing staff can also be operated bedside controller to reduce the care of sick and disabled patients with the labor intensity. In this paper, the above situation, a new type of multi-functional medical care beds, the use of digital three-dimensional design software for modeling and soliderworks its assembly, then export to CAD and correct it. the mechanical analysis software ADAMS kinematics and dynamics of its analysis, research of the bed board in the under a wide variety of sports on the angular acceleration of the impact of patient comfort and linear putter in the posture of the force, and provided the use of optimization ADAMS conducted its kinematic and dynamic optimization; to angular acceleration The minimum value of objective function as for kinematic optimization, linear putting maximum stress as a dynamic optimization to minimize the objective function. Have to meet the design requirements of the body parameters. Finite calibration methods of mechanics of materials, respectively, of multi-bed medical care for the mechanical parts of the main check to ensure the safety of the movement and stability. Control system adopts microcomputer control, through MCU control, to achieve the movement of various agencies, to install sensors to control the body turn angle. Use of microcomputer-based control system to control demand.Key words:Multifunction Nursing-bed, interfere check, kinematics optimization, dynamics optimization, control system目录1 绪论 (1)1.1课题的目的及意义 (1)1.2 国内外研究状况及发展趋势 (1)1.3 本文主要研究内容........................................................ 错误！未定义书签。

设计与分析"Sheji yu Fenxi新型多功能护理床的结构设计何磊韩庆珏陈燕郭子毅杨司琪(中南林业科技大学机电工程学院，湖南长沙410004)摘要:我国是老龄化大国，当前对护理床的需求量不断增加。

基于对现使用护理床的调研分析，为扩大护理床使用群体和改善使用者的体验，提出新型多功能护理床的概念，在现有护理床的基础上，首先对结构进行创新设计，随后对关键构件进行有限元分析，推动了护理床业，为业化护理床提供了新思路。

关键词：多功能护理床;运动学分析;有分析0引言近些年来，医院、养老院和家庭等对护理床需求增加，特是我国行护理，护理对护理床的需求量进一步提。

司设的护理床现大部分功能，，。

美国METROCARE司和DEVICELINK司设的护理床能完成部分功能，在运动笨重、功能。

基于我国老龄化，分析了多功能护理床的行我国研进对进研功能用的护理床有的前。

技，前的能化、有结；，老的为前提，安为，在机有的提。

无论是在老院院还是使用，该护理床都能让被护理人员感到，也减少了护理员的工量，使双情愉悦，更有利于被护理人恢复健康。

1新型多功能护理床的总体设计方案根据中华人民共和国国标准《可调式康复训练床》(GB/T26340—2010)中对具体尺寸的建议，该护理床的总体尺寸为：长"宽#高=2100mm X1350mm X500mm。

该新型多功能护理床要求满足起背、翻身和曲腿功能，所床板分成12块独运动的模块，如图1所示。

图1中(1)号模块为背部板，长&宽'高=800mm X600mm X15mm，最大起背角为85。

；(2)号模块为臀板，长*宽+高=600mm X 600mm-20mm，最大旋转角度为30。

；(3)号模块为大腿板，长.宽/高=380mm X600mm X10mm，相对臀部板的最大旋转角度为30。

；(4)号模块为小腿版，长2宽3高=270mm X 600mm X10mm，相对大腿板的最大旋转角度为20。

一种新型多功能轮椅床的设计及仿真的开题报告一、研究背景及意义随着现代医学的进步和老龄化社会的临近，越来越多的人需要长期卧床休息或者依赖轮椅出行。

然而传统的医疗床和轮椅存在一些缺陷，如固定程度不高、功能单一等等。

因此，本研究旨在设计一种新型多功能轮椅床，既能够解决现有轮椅床存在的问题，又便于患者的出行和医护人员的操作，具有很高的实用价值和应用前景。

二、研究内容与目标1. 设计一种新型多功能轮椅床的结构，包含可折叠轮椅、升降架、可调节靠背、头枕和床面等多个部分，能够满足患者长时间依赖床位休息和出行的需要。

2. 利用Solidworks软件进行轮椅床的三维建模，进行力学仿真和运动分析，优化设计方案。

3. 建立轮椅床的有限元模型，进行静态和动态的力学分析，评估其安全性和稳定性。

4. 模拟患者使用轮椅床的场景，调整设计参数，验证轮椅床的功能性和实用性。

5. 最终得到一种性价比高、满足患者需求、方便医护人员操作的多功能轮椅床。

三、研究方法1. 文献调研：了解现有轮椅床的市场情况、设计原理、优缺点等信息，为设计提供参考和借鉴。

2. 设计方案：根据调研和设计目标，制定多种不同的设计方案，包括结构、材料、装置等方面，并进行初步评估和筛选。

3. CAD建模：利用Solidworks软件进行三维建模和运动仿真，优化设计方案。

4. 有限元分析：基于ANSYS软件建立半实体有限元模型，进行静态和动态的力学仿真分析，评估轮椅床的机械性能和稳定性。

5. 场景模拟：模拟患者使用轮椅床的各种场景，调整设计参数和构造，验证其功能性和实用性。

四、预期成果1. 研究得到一种新型的多功能轮椅床，满足患者依赖床位休息和出行的需要，优化了传统床和轮椅的单一功能和固定程度的问题。

2. 通过力学仿真和有限元分析，评估轮椅床的机械性能和稳定性，提高了安全性和稳定性，符合使用需求。

3. 通过场景模拟，验证轮椅床的功能性和实用性，并为临床实际应用提供技术支持和参考。

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。

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。

【下载本文档，可以自由复制内容或自由编辑修改内容，更多精彩文章，期待你的好评和关注，我将一如既往为您服务】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、功能分析如图所示多功能护理床支背功能侧向翻身功能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。

三、功能元求解功能一：由仰卧位改为坐位 方案一：机构简图排便功能小腿弯曲（坐立）功能 多功能护理床电源控制系统机械结构床的面板及框架平面连杆机构齿轮齿条机构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。