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多功能护理床机构设计及仿真作者：冯健包仁人来源：《中国新技术新产品》2019年第06期对护理床的抬背机构建造模型，然后利用软件MATLAB对抬背运动状态进行仿真。
通过力学理论进行力学计算，分析床板在运动状态下的角速度，角加速度及背部摩擦力对患者舒适度的影响，仿真得出的结果满足了设计需求，验证了方案可行性。
关键词：护理床；抬背机构；仿真中图分类号：TH132 文献标志码：A0 引言随着老龄人口和无法自理人士的持续增加，护理问题逐渐突出，特别近几年来由于床位的不足和护理人士的不够，使得人们对医疗护理类产品的需求也越来越大。
在我国，由于技术水平起步晚，护理床的普及率和技术水平相比发达国家还存在一定差距，目前国内市场上的护理床较多，但普遍关注功能型，舒适性的护理床还是比较少，抬背机构作为护理床的最主要功能之一，可以帮助长期卧床的老人和患者改变坐姿，以防止关节坏死及肌肉萎缩。
该公司已经研发了一种护理床，对抬背机构重新设计，提供了一种更符合人体工程学的抬背方式。
通过对抬背机构的建模及运动学仿真，提高了机构运动性能，为护理床的研发提供验证了设计的可行性，保证了机构运动的安全性及舒适性。
1 抬背机构的设计分析护理床的抬背机构简图如图1所示，该机构由多连杆和一个电动推杆驱动，为八杆单自由度平面机构。
选取滑块作为原动构件，即可确定机构运动的仿真。
该抬背机构可以弥补传统抬背方式的背压感。
抬背时，病人背部会有一定程度地上升，背板逆时针转动的同时也会向上抬起，即背板有一个左上方運动趋势，这样抵消了背部相对抬背板向下的滑移，减轻了病人背部相对于背板的摩擦力，使病人的背部更加舒适，不再具有压迫感，更符合人体工程学。
2 运动模型的建立3 运动学仿真在MATLAB软件中进行编程绘制机构的运动参数图，电动推杆根据负载不同，推进速度也不同，这里把推杆看作匀速运动，取速度V=15 mm/s，DA=368 mm，CA=54 mm，EF=550 mm，DA的运动范围在283°～352°，θ1+θ2+2°图2为杆DF的角速度图。
床椅分离式多功能护理床的抬背机构设计及其仿真张华;寇元金;刘继忠;祝顺风【摘要】A carry back mechanism of detachable multifunctional nursing bed was designed and accomplished the simulation analysis. Based on the function and overall layout requirements,a suitable scheme was selectedfor the carry back mechanism and using SOLIDWORKS software built institutions model. On the basis of mechanical principle knowledg calculated for institutions motion,then chosen the suitable way of driving,using MATLAB soft-ware simulated the motion state of mechanism,simulation results basically were achieved the expected design re-quirements,which has verified the feasibility of the design.%设计了一种床椅分离式多功能护理床的抬背机构并对其仿真分析。
基于可分离式护理床所需功能及整体布局要求，选择合适的抬背机构方案，运用SOLIDWORKS软件建立起了机构的模型。
运用机械原理知识对机构进行了运动计算，选择了合适的驱动方式，采用MATLAB软件编程对机构的运动进行了仿真，仿真结果基本达到了预期的设计要求，验证了该机构设计方案的可行性。
多功能床椅一体化助老机器人机械系统设计与实现
董绪斌;刘晓飞;周小龙;罗春阳;李建永
【期刊名称】《北华大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(23)1
【摘要】提出一款操作简便、功能丰富的床椅一体化助老机器人,对机械系统进行设计与实现.根据老年人实际需求规划机器人总体结构及主要机构.为满足实际应用需要,对关键机构及零件进行运动学分析和有限元分析,从理论上验证设计的可行性;详细设计各模块机械结构,完成样机搭建与调试,并优化关键机构,验证该助老机器人机械系统的可靠性和实用性.研究结果可为床椅一体化助老机器人研发提供技术基础与开发平台,为实现多功能助老服务机器人集成化、实用化提供有效解决途径.【总页数】7页(P126-132)
【作者】董绪斌;刘晓飞;周小龙;罗春阳;李建永
【作者单位】北华大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.多功能一体化床椅
2.床椅一体化多功能护理床——实现卧床老人生活自理的梦想
3.新型智能床椅一体化机器人设计
4.4WD-4WS型床椅一体化机器人室内定位与点镇定控制研究
5.4WD-4WS型床椅一体化机器人室内定位与点镇定控制研究
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工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald68DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.16.068全自动多功能护理床椅的设计①张宇1 俞成涛1* 张 倩1 陈赛1 金子陵1 张铭辉1 孙月梅2(1. 江苏理工学院机械工程学院 江苏常州 213000；2.江苏理工学院数理学院 江苏常州 213000)摘 要：为了缓解护理行业巨大的工作压力以及解决市场上护理床椅的缺陷，本项目设计了一种能够适应不同需求可自动改变宽度的全自动多功能护理床椅。
本文分析了护理床椅的工作原理以及可实现的功能，运用了Solidworks对主要机构进行了机构设计。
结果表明该护理床椅各个机构运动平稳，实现了设计目标。
本护理床椅与市场上普通产品相比，其实用性更强，应用范围更广，可用于医用和家用。
关键词：护理床椅 调节宽度 稳定支撑中图分类号：TH772 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)06(a)-0068-02①基金项目：江苏省重点研发计划-社会发展面上项目( 项目名称：基于智能机器人技术的失能老人护理与康复系统的研究；项目编号：BE2018641)；江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(项目名称：床椅互变的护 理床计；项目编号：201911463002Z)。
作者简介：张宇（2000，1—），男，汉族，江苏宿迁人，本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。
通讯作者：俞成涛（1987，11—），男，汉族，安徽六安人，博士研究生，讲师，主要从事医疗器械设计研究以及磁悬浮技 术研究工作，E-mial：*************.cn。
国家统计局发布的2018年数据显示，截至2018年年底，我国60周岁及以上人口24949万人，占总人口的17.9%；其中，我国65岁及以上人口比重达到11.9%[1]。
预计2019—2059年65岁及以上老年人口将由目前的1.8亿左右增加到 2059年4亿左右的峰值[2]。
基于人体工程学的多功能护理床抬背机构的三维模型仿真设计作者：王学龙来源：《科技视界》2018年第11期【摘要】本篇文章针对护理床的抬背机构，基于人体工程学提出了三种不同的方式来实现，并对其进行比较分析，从而选择出功能最为完善，且应用性最好的机构。
在进行多功能护理床抬背机构设计时，首先对其预期功能进行了补充和完善，并在三维软件中建立了相关模型，完成了技术可行性分析，同时根据机械设计和机械原理来实现关键参数的采集和计算，利用 MATLAB来进行机构的运动仿真，确定了机构的运行方式，为进一步分析打下了坚实的基础。
【关键词】人体工程学；多功能；护理床；抬背机构；仿真中图分类号： TS664.01 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0015-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.11.005【Abstract】Targeting the back-lifting mechanism of nursing beds， in this paper， the author proposed three different methods on the basis of ergonomics and analyzed the methods through comparison， thus selecting the mechanism with the most complete functions and the best practicability. Upon design of the back-lifting mechanism of a multifunctional nursing bed， the author first supplemented and improved its intended functions， and established relevant models in the 3D software to complete technical feasibility analysis； in the meantime， the author realized the collection and calculation of key parameters in accordance with mechanical design and principles of machinery. Using MATLAB for motion simulation of the mechanism， the author further determined the operation mode of the mechanism， laying down a solid foundation for the next analysis.【Key words】Ergonomics； Multifunctional； Nursing Bed； Back-lifting Mechanism；Simulation0 引言随着社会经济的不断发展和人民生活水平的显著提高，我国平均寿命较十年前已有了明显的增长，但生活成本以及教育成本的不断提升使得人口出生率呈现逐年下降的态势，低出生率和严重的人口老龄化现象是我国当前所面临的主要社会问题之一。
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald135DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.03.135半自动一体化床椅的研发冯健(新松机器人自动化股份有限公司 辽宁沈阳 110169)摘 要：针对我国老龄化的发展和失能人群的增加，对专业护理人员数量要求也日益增加，为了减轻护理人员强度，我公司已经研发了床椅一体化机器人产品，为了能更好地实现产品的系列化，又研发了一款可靠性高，成本低，安全性好半自动床椅一体化。
该床椅可实现抬背、抬腿、手动分离、床椅转换等功能，床椅结构简单，使用方便，能够解决患者在护理过程中产生的大部分问题，从而促进了国内护理行业和医疗行业的发展。
关键词：护理 研发 床椅一体中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)01(c)-0135-021 背景近几年，应用于中老年及残障人士等护理的服务机器人发展迅速，随着老龄人口的持续增长，无法完全自理老人或者疾病造成的残障人士越来越多，他们存在不同程度的能力丧失，虽然现已有一些护理床帮助患者在床上完成一些活动，但是不能离开床。
用户急需一种多功能半自动床椅以更好地降低护理者的劳动强度，提高用户自理能力和活动能力，增强生活自信，因此需要更高技术含量的护理床来满足功能障碍群体对生活自理、自立的迫切渴求。
当前必须加以足够的重视并立即采取行动，才能够解决功能障碍群体的自主护理。
目前，养老服务缺口主要体现在两个方面：养老机构床位不足；专业护理人士数量不够，并且养老服务专业度不高。
国内外养老机构的床位数能满足老人需求的床位数均不超过10%，甚至更低。
每位护理者需照料的老人多达十几人，因此必然会造成服务质量的不足及服务效率的低下。
所以，在增加养老服务的同时也要探索寻求能够辅助并保障老人安全舒适的、利用高科技的养老模式。
国外此类的护理床价格相对昂贵，操作也比较繁琐，国内现有产品功能结构比较简单，很难适应市场需求，为了提高国内护理业服务行业，减少护理过程中产生的诸多不便，设计了一款新型半自动一体化的床椅，该床椅可帮助患者实现起身、屈膝以及移动等日常功能，患者可以通过手柄控制，调整座姿。
多功能护理床与轮椅对接研究作者：叶榕伟区文伟陈裕鹏孙康成来源：《机电信息》2020年第02期摘要：根据目前多功能护理床的抬背、抬腿以及整体抬升等机构存在的一些问题，进行了改进优化，同时提出了一种多功能护理床与轮椅对接的方法，消除了医护人员在护理过程中的诸多不便，促进了我国医疗保健事业的发展。
关键词：多功能护理床;床椅对接;结构设计1 研制背景及意义随着人们生活水平的提高和医疗保健行业的发展进步，人口老龄化已成为世界范围内的社会问题，高龄老人自我照顾能力减弱，对家庭、社区、政府的依赖程度加大，老年人对多功能、多样化的护理床的需求不断增加。
我国现有的护理床基本上能实现翻身、起坐、屈膝以及吃饭等主要功能，还有一种功能是可以由护理床转变为轮椅移动行走，但是这项技术还不成熟，在机械结构以及功能上仍有很大的改进优化空间。
大多数人选择购买外国进口的多功能护理床，价格昂贵，操作功能较复杂，很难得到大众化的推广应用。
因此，亟需研究一种实用价值更高的多功能护理床。
2 研究内容2.1 多功能护理床该多功能护理床主要由抬背机构、升降机构、抬腿机构、移动机构和床架整体构成，总体示意图如图1所示。
现有的护理床抬背、抬腿以及整体抬升等机构使用时仍有一些问题，例如，抬升局部受力不均匀，易侧翻，机构占用空间位置大等。
因此，整体抬升机构改用双推杆对立呈双八字型机构，且向内收缩，不但减少了占用空间，同时提升了抬升时的平稳度，抬升完成后不会产生左右水平上的位移偏差。
在抬背机构上采用双电机两侧同时抬升，解决了局部受力不均匀的问题。
抬腿机构采用双电机推杆两侧抬升，且用三根木条支撑杆支撑脚板，解决了局部受力不均匀的问题。
多功能护理床工作原理：当用户平躺在床上时，可通过遥控器控制电机推杆，实现从平躺状态转换成坐姿状态，同时通过遥控器控制电机推杆，实现腿部从平放状态转换成屈膝状态，最后可通过遥控器控制电机推杆实现整体上升，达到适宜高度。
2.2 轮椅该轮椅由普通轮椅改进而来，匹配于多功能护理床进行设计，其总体示意图如图2所示。
关于床椅一体化护理床抬背机构运动分
析与滑移补偿探讨
摘要：伴随着科技的进步和发展，人们对智能多功能护理床的要求也越来越高，在追求其舒适性的基础上，更加看重其实用性。
基于此，人们设计并研发了
一种多功能的床椅一体化护理床。
为了对此机构进行简化，避免其受到抬背机构
和床椅机构的影响，对传统的电动推杆进行了改进。
本文借助人机工程仿真软件，对床椅一体化护理床抬背机构的运动情况及滑移补偿情况进行了分析，具体内容
如下。
关键词:护理床；抬背机构；滑移机构；人机工程学
近年来，智能设备被越来越多的运用到医疗行业和服务领域中来，其中智能
护理为人们带来便利的同时，也进一步改善着其生活质量。
智能化装备在护理过
程中的有效应用，可极大的减轻护理人员的工作量，缓解其心理压力，降低社会
及家庭的负担，且有助于病人的生活自理。
当前，护理床的功能愈加完善，为了
进一步提升其舒适度，本文对多功能护理床展开了创新研究，并详细分析了抬背
机构和滑移补偿机构的重要作用。
1.抬背机构运动分析
1.1转角式抬背机构分析
在对多功能护理床的抬背动作进行模拟时，可采用西门子人机工程仿真软件
进行，抬背时，人体髋关节的旋转中心，并不重合于护理床机构的旋转中心，从
而导致其压力重心出现了滑移。
在抬背过程中，其转矩跟随人体抬背角度的一起
改变。
如图1，对运动模型进行简化分析，T为驱动抬背的总转矩，将其分为T
1
和T
2，其分别为驱动背板和驱动人体上半身运动的转矩，r
1
和r
2
分别为背板重心
距离旋转轴旋转中心的长度及人体上半身重心距离髋骨旋转中心的长度，抬背速度为ω。
图1抬背结构简图
1.2背部滑移分析
在发生背板翻转动作时，背部改变平躺姿态为坐姿，人体背部与背板表面会
发生相对滑移，方向为自下至上，相反，当背板改变坐姿为平躺时，人体背部与
背板表面的相对位移方向则会是自上而下。
这种情况对于身体健康的人，则可在
自身腰腹力量的作用下进行调整，而对于年老体弱残者，由于缺乏较强的腰腹力量，很难自行改变，且滑移情况会打乱其睡衣或床单的整洁性，从而使局部压迫
感加重，在无护工帮助的情况下，将对病人的休息质量产生干扰。
因此，为进一步了解滑移的影响，本文分析了滑移量的变化情况。
为确保数
据真实可信，根据人体工程学，创建了抬背仿真运动模型，并参考我国成年人人
体主要尺寸，对抬背动作进行了描述和修正。
最终得出，仿真曲线与实测值基本
一致。
2.背板滑移补偿方案
2.1旋转中心重合法
之所以出现相对滑移，是因为人体与床背板具有不相重合的旋转中心，因此，为了消除相对滑移，需采取措施，使二者的旋转中心重合。
为确保背板与人体背
部相对静止，且不妨碍其抬背动作，需改进抬背机构，改变铰链连接方式，确保
在完成抬背运动的过程中，背板与人体背部以人体髋骨为旋转中心。
为此，需采
取以下两种措施，一是将旋转机构改变，执行抬背动作时，改变以往围绕背板与
座板的铰链处进行旋转的方式，将髋骨中心作为旋转轴。
二是使背板保持原来的
铰接旋转方式，采取浮动式方案，设计背板的上表面和背部接触部分，当抬背时，
浮动背板可跟随人体背部的运动情况，随之在一定范围内进行旋转，顺应人体位
姿的变化情况，为确保背板与人体背部处于相对静止，需借助弹性装置，将背板
上表面活动板与抬背机构进行连接。
当进行抬背活动时，浮动背板可在弹簧的弹
性变化范围内，随着人体背部的旋转情况，实时调整自身位姿，从而与人体保持
相对静止。
为完善该方案，需有效控制弹簧弹性模量，避免其过大或过小。
2.2主动补偿法
主动补偿法又称有动力补偿法，即将一层滑动背部添加到原来的背板上，借
助伺服电机
的力矩，对滑动背板进行控制，使其与人体背部的运动情况相一致，避免人
体出现相对位移。
具体操作为将行程为150mm的丝杠滑轨机构，加入到背板与滑
动背板之间，对抬背的角度数据进行收集，并将其作为滑动机构的输入信号，处
理后，转换丝杠滑轨的运动状态，使其转变为滑动背板的直线滑移运动。
在实施
该方案时，需针对抬背运动和背板滑移运动，采取两个独立的动力控制系统，其
难点为两组运动很难保持同步，需严格设计控制系统及信号采集情况，而且间断
抬背和反复启停现象会严重影响该过程，从而无法掌控其补偿精度。
2.3被动补偿法
被动补偿又称为无动力补偿法，类似于主动补偿法，其采用的滑移补偿方式
同样是借助一块固定板和滑动背板，不同点则是该方法不需伺服控制系统，可根
据抬背旋转情况，遵循背板滑移运动规律，设置出一套相应的凸轮传动机构。
为
确保滑移运动与抬背运动同时进行，可根据抬背旋转角度的变化，对滑移距离进
行控制。
该方案在实施时，可通过抬背的旋转运动与直线运动的相互转换来进行，且不受系统反复启停的影响。
3.结语
综上，改进和创新抬背机构，具有较大的现实意义和理想价值，可改善传统
机构在功能复合过程中的弊端，且可作为依据，供未来设计和改进护理床进行参考。
此外，结合对背板滑移的探讨及设计的补偿方案，可极大的提升用户的舒适
程度。
而且西门子JACK人机工程仿真软件的运用，进一步彰显了其设计的人性化。
此外，根据人机工程学创建机构运动模型，进而展开对抬背机构的运动分析，可作为参考依据，为该方案提供支持，进而推动对护理床的开发研究进程。
参考文献
[1]王学龙. 基于人体工程学的多功能护理床抬背机构的三维模型仿真设计[J]. 科技视界, 2018(11):15-16.
[2]秦帅华, 赵新华, 杨玉维,等. 多功能护理床起背机构创新设计及运动分
析[J]. 天津理工大学学报, 2018, 034(002):1-5,11.
[3]胡木华, 刘静华, 陈殿生,等. 床椅一体化多功能护理床——实现卧床老
人生活自理的梦想[J]. 机器人技术与应用, 2017(02):46-50.
作者简介：宋明玺（1999-02-19），男，汉族，籍贯：青海省海东市互助县，学历：本科在读。
