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多功能病床设计1.2设计目标及要求。
31.3设计原则及方法。
42多功能病床详细设计。
42.1总体框架设计。
42.2抬腿部件设计。
52.3抬背部件设计。
62.4整床升降设计。
73多功能病床控制系统设计。
83.1控制系统结构设计。
83.2控制系统功能设计。
94多功能病床建模和分析。
104.1建模过程。
104.2分析结果。
115结论。
12参考文献。
13正文一、多功能病床总体设计1.1 研究背景及意义随着我国社会人口结构老龄化趋势日趋明显，对医护护理行业有了更高的要求。
因此，设计一款多功能病床，以满足危重病人、瘫痪病人及行动不便的病人的需求，具有重要的现实意义和应用价值。
1.2 设计目标及要求本文设计的多功能病床具有帮助病人坐起、屈膝、排便、翻身等功能。
同时，该病床还要具有质量可靠性高、操作方便、安全稳定等特点。
设计过程中，需要考虑到病人的舒适度和护理人员的工作便利性。
1.3 设计原则及方法本文采用自顶向下的设计方法，先拟定病床的整体设计方案，再对主要部件进行详细设计。
在设计过程中，采用先进的计算机辅助设计软件solidworks对多功能病床进行建模和分析，确保机构运行的安全性和稳定性。
二、多功能病床详细设计2.1 总体框架设计多功能病床的总体框架采用高强度钢材制作，具有承重能力强、结构稳定等特点。
床头和床尾各自设置一个操作面板，方便病人和护理人员操作。
床面采用高密度海绵垫和透气的皮革面料，舒适度高。
2.2 抬腿部件设计抬腿部件由电机、减速器、齿轮、导杆等组成。
通过电机驱动齿轮，带动导杆上下运动，实现抬腿功能。
同时，为了保证病人的安全性，设计了电机过载保护装置。
2.3 抬背部件设计抬背部件由气动缸、导杆、减速器等组成。
通过气动缸将导杆带动，实现抬背功能。
为了保证病人的安全性，设计了气动缸行程限制装置。
2.4 整床升降设计整床升降部件由电机、减速器、齿轮、导轨等组成。
通过电机驱动齿轮，带动导轨上下运动，实现整床升降功能。
多功能医用护理床的结构设计研究方案：多功能医用护理床的结构设计一、研究背景和目的随着人口老龄化趋势的加剧，医疗服务日益重要。
多功能医用护理床作为医疗机构中不可或缺的设备，对病人的治疗和护理起着重要作用。
目前，国内外对多功能医用护理床的研究主要集中在功能性、安全性和舒适性等方面。
然而，我们认为床的结构设计也是十分重要的，可以对提高护理效果、减少床所占用空间和方便医护人员进行操作等方面都有重要意义。
本研究旨在通过设计一种新颖的多功能医用护理床结构，提高其功能性和操作性能，以满足医疗机构对多功能医用护理床的需求，并探索床的结构对护理效果和人体舒适度的影响。
二、研究方法1. 文献综述：通过查阅相关文献和资料，了解国内外关于多功能医用护理床结构设计的研究成果和现状，为本研究提供理论基础和指导。
2. 床的结构设计：根据现状和需求，设计一种新的多功能医用护理床结构。
考虑床的功能性、安全性、操作性以及病人的舒适度等因素，通过CAD软件绘制三维模型，制作床的模型原型。
3. 功能测试：使用床的原型进行功能测试。
测试包括电动控制系统、护理床平台的升降、倾斜、旋转等操作。
通过测试，评估床的功能性和操作性能。
4. 数据采集：在配有不同结构设计的多功能医用护理床上，分别放置不同重量的人体模型，并采集与床的各个部分接触的接触压力数据。
利用传感器采集与床的结构相关的力学参数。
5. 数据分析：通过对采集到的数据进行处理和分析，评估床的结构设计对接触压力和力学参数的影响。
利用统计学方法对数据进行统计学分析，检验结构设计对接触压力和力学参数的显著影响。
三、实验设计1. 实验组与对照组：将不同结构设计的护理床分配为实验组和对照组。
对照组采用目前广泛应用的结构设计，实验组采用本研究设计的新颖床结构。
2. 受试对象：选择一定数量的健康志愿者作为受试对象。
为了获得更真实的数据，可以根据病人的体重、性别和年龄等因素来选择受试对象。
3. 测量参数：采集与床的各个部分接触的接触压力数据和与床的结构相关的力学参数。
毕业设计（论文）多功能护理床的设计院别自动化工程系专业名称机械工程及自动化班级学号学生姓名指导教师2012年6月10日多能护理床的设计摘要随着人口老龄化速度的加快，护理业服务受到了严峻的挑战，医疗和社会保险系统面临前所未有的压力，因此为老年患者服务的护理型病床的需求正不断增加。
针对这一现象，本文详细论述了针对缺乏自理能力的老年人及行动不便的病人设计的多功能护理床的基本结构和功能原理。
该病床能够帮助病人实现翻身、坐起、屈膝、排便及吃饭，解决了护理病人过程中的诸多不便，进而提高了我国护理业服务，有力地促进了我国的医疗保健事业的发展。
本文首先基于人机工程学，进行了护理床总体方案的设计，根据相关标准及调研结果，制定了护理床的设计原则，功能要求及设计指标；完成了护理床本体的总体方案设计。
然后，采用自上而下的方法完成了护理床结构详细设计并给出了全套的设计图。
主要包括总体框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件等功能模块。
其中，排便部件极大地体现了对老年人的关怀。
关键词：医疗设备，护理床，机构设计The design of multi-functional care bedAuthor：Li ZhiyaoTutor：Zhao YuqianAbstractWith the speed of population ageing,care services 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 designed 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,bend 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;completed 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 ing the method of science, rigorous thinking and effective data obtained from all agencies of the nursing bed parts design standards and safety coefficient.Key Words: Medical equipment, Nursing bed, Mechanism design目录1绪论 01.1 研究背景 01.2 本文的研究意义 (4)1.3 本文的研究内容 (4)2护理床结构的整体方案 (6)2.1 设计原则 (6)2.2 功能要求及设计指标 (6)2.2.1 功能要求 (6)2.2.2 设计指标 (7)2.3护理床本体总体方案 (9)2.3.1 总体布局 (9)2.3.2 床面设计 (9)2.4护理床各功能模块构型设计 (11)2.4.1 抬背构型设计 (11)2.4.2 翻身机构构型设计 (12)2.4.3 抬腿机构的设计 (13)2.4.4 床上吃饭机构的设计 (14)2.5 本章小结 (15)3机构设计 (16)3.1 基本参数的设定 (16)3.2 电动机的选择 (16)3.2.1 坐起电动机 (16)3.2.2 曲腿电动机的选择 (17)3.3 零件设计 (18)3.3.1 纵轴的设计与校核 (18)3.3.2 横轴的设计与校核 (19)3.3.3 螺杆的设计与校核 (20)3.3.4 坐起机构中零件的设计与校核 (22)3.3.5 曲腿机构中零件设计与校核 (23)3.4 本章小结 (23)4 三维仿真设计 (25)4.1 设计仿真应用软件概况 (25)4.2 三维仿真视图 (26)结论 (29)致谢 (29)参考文献 (31)附录 (32)附录A (32)附录B (32)1绪论1.1研究背景随着经济的快速发展、人民生活水平的不断提高和医疗保健行业的蓬勃发展，人口老龄化已成为世界范围内的重大社会问题，据调查，目前全球60岁以上的老年人口已经达到了6亿的规模，而且在很长一段时间之内还有不断扩大的趋势。
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（包括伸缩），齿轮齿条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：简图1——背部支板 2——连杆 3——电动推杆 4——机架方案分析：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。
该原动件为1，自由度为1，具有确定的运动。
方案二：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：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，此时支背与曲腿同时或分开运动，实现病人的坐立。
而且当病人需要排便时，也可以使曲腿动作，更加方便病人排便。
方案二：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。
2、能量传递系统常用的有机械系统、液压系统、气压系统，这里采用机械系统，例如四杆或六杆，齿轮齿条，推杆的直线运动等。
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。
现代设计技术
大作业
指导老师：***
姓名：***
学号：*********
班级：机1208
题目：多功能护理床的设计
要求：设计多功能护理床，具下述功能：
a)可辅助病人由仰卧位改为坐位；
b)可辅助病人侧向翻身；
c)方便病人排便；
所有动作可手动或电动完成，不宜采用液动
总功能描述：
一.设计背景
随着科学技术进步和生活水平的提高，老年人和残疾人也越来越受到社会的广泛关注。
护理床就是从人性化角度出发，基于人因工程的理念，借助三位实体建模分析软件来设计的。
在设计尺寸和功能上，不但满足残障病人和行动不便老年人的基本生理需要，老年人尤其是老年病人长期得不到照顾。
由于老年人所患疾病多以慢性病为主，需长期进行物理方式护理，因此配备必要的护理设备，尤其是一种能够由病人自己控制的多功能护理床就显得十分急需。
更注重舒适度和便于医护人员进行康复护理，因此，不仅具有护理作用，还能促进病人病情的缓和和康复。
于是，这就为多功能护理床的应用提供了广阔市场。
二．功能设计
常见的一些新型护理床有可手动升降的病床、遥控气动可升降病床、电动遥控升降病床等。
结合病人的实际情况和病人的实际需要，这款多功能病床主要实现以下三大功能：
1.帮助病人坐起功能，使病人可以在任何自己感觉舒适的位置坐下。
2.帮助病人左右翻身功能，实现病人是左右翻身。
3.帮助病人方便排便，更加舒适。
三．设计原则
多功能翻身护理床的设计应该遵循以下原则：
1、安全性原则
由于护理床对老年人和病人的身体进行直接的接触与操作，而且相对于健康人来说，这类人群的身体更容易收到损伤，所以护理床在安全性方面的要求很高。
无论是护理床的结构还是控制系统的设计，安全性始终是最优先考虑的一个原则。
比如，在结构设计方面，不应存在任何干涉情况，结构的刚度和强度方面都要留有充足的余量，要考虑到各种极限情况。
2、人性化、舒适性原则
人性化、舒适性设计是可用性设计的延伸，护理床应该根据人体生理学原理，更多地从人的生理结构、心理情况、行为习惯等方面加以考虑。
比如各部分结构要与人体的尺寸匹配；设计中力求加速度最小化等等。
3、标准化原则
护理床机械零件的设计与选择、控制系统的设计、零部件之间的相对位置关系和尺寸匹配，都有相关的行业标准。
参照标准设计，不仅能在最大程度上满足使用要求，而且有利于增强互换性，降低陈本。
4、轻量化原则
从降低能量消耗和减小运动惯性的角度考虑，护理床应该在保证功能和安全的情况下遵循轻量化原则。
这样不仅节约了材料、降低了成本而且减小运动惯性则非常有利于某个部件的停启，使护理床的运输使用成本都有很大的降低。
四．相关要求与标准
为了满足患者在使用护理床时的舒适程度以及有效的减缓护理人员的护理强度。
护理床结构在设计时应满足以下几个方面的要求:
1、能够实现护理所需的各种体位位姿要求。
2、各个活动床面板的摆动角度范围应参照有关医疗护理要求以及人体的舒
适感，各床面板摆动角度及标准如下：
背板摆动角度：0°～80°
左/右翻身摆动角度：0°～90°
3、护理床床体的可靠性、稳定性和安全性要符合医护要求。
4、床体的结构尺寸有一定的空间范围限制。
功能分解：
多功能护理床从结构和功能上分为：床框架、床面板、平面连杆机构、齿轮齿条机构、控制系统组成。
图一功能分解树状图
床框架除了固定的机械机构以外，还包括各个电机安装模块。
床板由床板框架和床板面板组成。
平面连杆机构包括：抬背机构、侧翻机构。
齿轮齿条机构包括排便机构。
整台多功能护理床中共有三台直流电机，分别完成抬背、侧翻等动作。
功能元求解：
一．床面
参考《医用电气设备第一部分：安全通用要求》、《医用电气设备第二部分：医用电动床安全专用要求》、《中华人民共和国行业标准—病床》、《中华人民共和国国家标准—中国成年人人体尺寸》等相关标准，同时类比国内外文献中的相关参数，作为设计指标。
1、外形尺寸
多功能护理床主要用于病房或家庭中，因此在各个姿态时，其所占的空间范围必须与病房和家庭房间的相关尺寸向适应，同时采取适当的尺寸，可以使被护理人员感到舒适。
按照《中华人民共和国行业—标准病床》标准，多功能护理床的外形尺寸最终取为：
长×宽×高=2000mm×1000mm×500mm
2、承载指标
按照《医用电气设备第二部分：医用电动床安全专用要求》规定，床的安全工作载荷必须至少承受1700N的载荷，这1700N包括1350N患者重量、200N
床垫和150N附件。
3、体位调整类指标
体位调整类指标包括：抬背角度、左/右翻身角度等。
抬背角度在0-80度，左右侧翻角度均可达到90度。
图二床面分布示意图
根据人体构造及人体重量分布，将床面划分为12个小单元，其中，1、2、3为背板，4、5、6为臀部板，7、8、9为大腿板，10、11、12为小腿板。
各床板之间通过铰链相互连接，整体床面则通过臀部下层板固定到支撑框架之上。
护理床所需的各个动作都能够通过传动部件带动相应的床板组联动实现。
长宽方向划分比例分别为4:2:2:2和3.5:3:3.5。
抬背、侧翻、排便机构分别安装在A、B、C区。
二．抬背机构
图三抬背示意图
支背运动实现较为简单，支起角度需达到人体舒适角度80°，且可以任意角度停留。
确定采用丝杠进行传动，利用丝杠行程范围较大且能实现反行程自锁的特点。
前端由电机驱动，中间以丝杠进行传动，电机轴和丝杠间用联轴器相连，
后端通过连杆作用支起翻板。
图四抬背机构原理简图
该抬背机构为螺旋一连杆组合机构，其自由度为1，有1个原动件，具有确定的运动，可采用电动机作为动力元件，构型简单，制造容易，可达到使背板翻转80度。
用两位置图解法求取各杆长度，多功能医用护理床的抬背机构采用一个四杆机构，用单个线性推杆驱动。
查阅手册得人体的坐高大约为800mm左右，所以本机构中背板的长度为800mm，滚子的直径为20mm，选取背板水平位置和上抬80度位置求解，得出各杆长度。
三．侧翻机构
图五侧翻机构示意图
侧翻运动的关键是要达到双向90°，且结构应简单，以节省空间。
确定采用变机架的四杆机构，用同一个机构实现两个相似的运动，通过中间床板的左右端机架变换来实现。
图六侧翻机构原理图
多功能医用护理床的侧翻机构由连架推杆、侧翻连杆、两侧床板以及部分床架组成。
侧翻构件的一端铰接于床架上，另一端与连架杆铰接，电动机带动连架杆转动，使得中间床板分别以左右铰接点为转轴发生转动。
同理，可通过两位置图解法求取各杆尺寸。
侧翻机构由四杆机构组成，由于人体的肩宽大约为330mm，因此床的中间段板要尽可能的窄，使患者能实现翻身这一动作。
在此设计中背板中部设为300mm；两侧板设为350mm；床板的厚度设为35mm。
以左翻为例，选取中间板水平位置和侧翻90度位置，可求解出各杆尺寸。
四．排便机构
对于需要护理的老人，尤其是瘫痪病人，一个方便的排便装置是极其重要的。
本电动装置可实现便盆与便盆挡板的切换。
当病人需要大小便时，按动排便装置电按钮，使便盆送到使用者臀部下面，配合使用背部、足腿部的调节功能，病人就可以以最自然的姿势进行大小便。
大小便结束后，再次按动电按钮，便器盆移至床边，护理人员只需在有空的时候清理一下便盆就可以了。
图七排便装置俯视位置示意图
如图所示，为方便排便，需在人体臀部位置，即5板处开设排便孔，本装置设计意在实现孔盖与便池的方便转换。
图八排便机构原理简图
为方便护理人员取出便池，便池需放置于靠近床沿处，故承载孔盖与便池的两板之间距离约为床宽的一半500mm，本设计中取为450mm，由于床高500mm，故取竖直传动轴长度为450mm，同时采取齿轮齿条传动，通过电动机带动齿条
传动，从而使得齿轮回转，实现孔盖与便池的位置转换。
总功能解评价：
以上设计为一种能够实现抬背、侧翻、方便排便的多功能护理床，制定了该护理床设计应该遵循个几个原则，提出了所要达到的各项功能，对总功能进行了简明准确的描述。
为完成了对护理床的总体方案设计，首先提出了护理床的总体布局，然后确定了床面结构形式、具体尺寸，最后在分析比较基础上，确定了各功能模块的机构构型。
进行功能分析，将功能分解为抬背、侧翻、方便排便等功能元，并对每个功能元求解，分别采用连杆机构、连杆机构、齿轮齿条机构实现，并对具体结构尺寸进行了分析和求解，均可实现设计功能要求。
图九功能元机构分布示意图
干涉问题是国内外多功能翻身床设计的瓶颈所在。
多功能翻身床需有三套运动机构，分别实现支背、侧翻、排便运动。
同时各机构间的干涉问题和多功能床板的设计也是设计过程中的关键。
首先，针对三套机构的机构特点和空间布局的要求，对床下空间进行划分，床下共1000000m3的面积被分割成了四个部分。
A部分用来安置支背机构，B部分用来安置侧翻机构，c部分用来安置排便机构。
最终希望实现各装置功能的良好配合，不会发生干涉。
