电动手术床的控制电路设计

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电动手术床的组成与功能

电动手术床的组成与功能手术是创伤和矫形外科疾病必不可少的治疗手段，很多外科疾病要通过手术达到治疗的目的。

因此，手术床作为手术治疗用基本医疗器械之一，在骨科、矫形外科及外科用医疗器械产品中占有十分重要的地位。

随着科学技术的进步、机械加工能力的加强以及设计制造水平的提高，手术床已由最初的人工驱动式发展为无线遥控电驱动式，从而将手术室医务人员从繁复的手术床驱动操作中解放出来。

1 电动手术床的组成与功能1．1 基本组成电动手术床由台面、主体、电控和附件等部分组成，图1为电动手术床的典型外观及基本结构图。

手术床台面组成：由头板、背板、座板和腿板组成，包括头板面、背板面、座板面、左腿板面、右腿板面和腰板面共6部分。

这种组合式设计不仅实现了手术床的上升下降、左右前后倾斜及头背腰腿板面等单独操纵而且只需通过台面变换就能实现手术体位调整。

手术床常见附件：手术床一般配备有污物桶、托臂盘、托腿盘、头架、臂板、麻醉杆及输液架等，以协助体位调整及满足手术需求；配备卡肩带、缚腿带、缚腕带及缚身带，以保护全麻患者在术中不至于从手术床坠落；其板、盘及架等都配有专门的海绵垫，以保证患者的舒适和手术过程中体液的正常循环。

电动手术床的操作控制装置：一般采用电动液压传动，主要由电动齿轮油泵、液压筒、溢流阀、电磁阀、定位控制开关以及电源等部件组成。

电动液压传动的控制通过有线的手按控制器、红外线遥控、脚踏控制器以及辅助控制器来完成。

手按控制器分为有线型和可充电红外遥控型，按照人体工程学设计，完全密封且坚固耐用，可避免手术室环境内的腐蚀及掉落的损伤。

它不但可以显示电池强度，还可以单手操作，具有方便的复合程序功能键、可检测到误动作的自动检测功能、自动地板锁定、自动复位及自动上升和下降等功能。

结合脚踏控制器，方便手术者直接调整手术体位；辅助控制器为独立的应急控制盘，在遥控器失灵时可以启用，以便调整各种体位。

1．2 主要功能特点手术床的基本作用是调整手术体位，暴露手术野，使手术顺利进行。

电路设计在进口手术床维修中的应用

电路设计在进口手术床维修中的应用我院MAQUET全功能手术床原设计采用多芯片单片机分别完成手控盒与主板的通讯、电动手术床位置传感器的检测、超限告警、油泵及电磁阀的驱动、复位等功能。

故障后任何动作都不能执行，因电路复杂，无维修资料，找不到替换元器件，故障排除陷入了困境，厂商派来的工程师也无法修复。

该床价格30多万元，为有效利用设备，我们对部分接口进行测试后，确定电源、电磁阀、油泵电机和机械移动基本正常，故障位于控制电路或软件部分，因为设备功能比较简单，所以决定自己设计电路完成这一工作。

1.设计的要点（1）原机的手控盒与主板是4线连接，信号的通讯采用编码方式，改为线控方式共采用了7条线，1条公共线，6条键控线。

（2）手控盒一有命令键按下后，首先油泵运转，经一定延时后，再开启对应电磁阀，以防止油路中有气泡后出现移动“爬行”。

（3）前倾和后倾，左倾和右倾的位置传感器(电位器),设计中仍然采用，超限声音报警功能保留。

（4）为提高可靠性，全部电路用微功耗的COMS电路。

2.电路设计和工作原理（1）电磁阀的键控输入、油泵启动和阀延时电路。

手控盒内各键从集成电源7812输出通过限流电阻接主刀开关，开关另一端经各自取样电阻并接到或门CD4048和三态驱动器CD4503输入，或门的3个控制端Ka=Kb=1,Kc=0连接后，输出逻辑为J(1)=A(14)+B(13)+C(12)+D(11)+E(6)+F(5)。

没有按键按下时输入均为低电平，所以初始状态J=0；当任一按键按下后，J=1，经一个反相器和RC延时作用后，控制三态驱动器CD4503将输入状态传递到输出，作为延时的电磁阀驱动信号；或门的另一路输出不经延时直接驱动油泵电机，以此实现油泵超前运转和电磁阀的延时驱动，控制原理图见图1。

（2）限位保护。

左倾和右倾，前倾和后倾原来各用一个10K多圈线绕电位器作为位置传感器。

在正常倾斜范围内，窗口比较器的2个输出都为“1”，这2个信号打开控制与门允许进行位置调节；当倾斜超出上限或下限范围之后，窗口比较器相应输出：“0”，封锁电磁阀控制与门，使之不能再继续移动，而只能做相反方向的运动。

电动手术床(骨科手术床)可行性论证报告

（1）符合人体工程学设计，能有效降低医护人员的劳动强度。
（2）外型美观，表面光洁度高，耐腐蚀，喷塑后机械强度高。机体由不锈钢、铝合金、展性铸铁等高级材料构成，其中底座、升降柱等主要传动结构全部用不锈钢被覆。床板由抗污、抗酸碱的高强度电木组成，耐火耐用，X线穿透性良好。导电性床垫可防褥疮及静电。
（3）类型不断增加，包括内置腰桥、五节偏柱、C型臂导管等，方便安全，功能齐全，控制精度高，使用寿命长。
经济效益分析（使用年限、收费标准、年维修和消耗费用、收回成本时间等）
人员技术力量
有
维修技术力量保证及维修途径
有
配套设施、条件
有
科室意见：
设备科意见：
院长意见：
电动手术床与其他手术床对比手术床是手术治疗用基本医疗器械之一，从分类上来说主要分为：轻便手术床、手动液压传动手术床和电动手术床。轻便手术床一般用薄钢板、型钢或其他材料制造，主要由床架和床面2部分组成。结构简单轻便，适合一般诊疗、检查等外科手术使用，不使用时可以折叠或拆卸，便于装载和运输，可以在简易手术室、帐篷、手术方舱、民房内展开；也适于其他特殊场合，如用于野战及野外救治的便携式医疗多功能诊疗床。相较于传统的手术床，其主要特点表现为可折叠、体积小、质量轻、携带方便。
（1）液压系统：电动手术床的液压系统如图3所示。液压系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、噪音低、控制平稳、便于安装及总体布局等特点。液压系统包括油箱、单向阀、电磁阀、溢流阀、囊式储能器、压力表、节流阀和油缸等。囊式储能器可以作为动力源，用于储存压力油并在需要时释放能量。根据压力表实现压力的自动补偿。驱动电动机由各自配套的驱动器独立驱动。手术床的两侧装有近距离控制的床控器，并且可通过手控器完成各种运动控制。
（4）智能化，计算机控制型手术床在近几年内有大幅度的增加，由计算机控制系统，所有体位单键调控。

一种新型电动手术床控制器

一种新型电动手术床控制器【摘要】提出了一种新型电动手术床控制器方案。

该控制器以基于Cortex-M3内核的ARM微控制器为核心，通过PWM控制油泵电机改变液压缸的移动速度，通过MOSFET驱动电磁阀控制油缸动作，通过倾角传感器检测电动手术床的姿态。

系统使用前后台程序结构，模块化编程，代码的重用度高，修改方便。

通过实践表明，该控制器实现了电动手术床的基本动作，油泵电机启动时运行平稳，系统整体性能良好，能够满足实际使用要求。

【关键词】手术床;油泵电机;倾角传感器;Modbus1.前言手术床作为基本医疗器械之一，在医疗器械产品中占有十分重要的地位。

手术床的基本作用是调整手术体位，暴露手术野，使手术顺利进行。

电动手术床以电动液压为动力，通过油泵电机提供液压动力源，可实现无级调速;通过电磁阀换向，可使手术床进行各种位置的变换;加装倾角传感器后，可一键实现各种设定复合姿态的变换。

电动手术床适用于头颈部、五官、四肢、泌尿和胸腹部等各部位手术，符合人体解剖学的特点及医疗护理方式的需要，具有以下特点[1]：（1）需要有符合人体工程学的设计，能有效可靠地降低医护人员的劳动强度。

（2）外型美观，表面光洁度高，耐腐蚀，喷塑后机械强度高。

床板由抗污、抗酸碱的高强度电木组成，耐火耐用，X 线穿透性良好。

导电性床垫可防褥疮及静电。

（3）方便安全，功能齐全，控制精度高，使用寿命长。

（4）智能化，计算机控制型手术床在近几年内有大幅度的增加，由计算机控制系统，所有体位单键调控。

（5）常配有多种零部件，以扩展设备功能，适用于外科、妇科、泌尿科、眼科、整形外科，肛肠科和耳鼻喉科等各类科室。

2.系统结构图1为电动手术床的外观及基本结构图，主要由台面、主体、电控和附件等部分组成。

台面有头板、背板、腰板和腿板组成，包括头板面、背板面、座板面、左腿板面、右腿板面和腰板面共6部分。

这种组合式设计不仅可以实现手术床的上升下降、左右前后倾斜及头背腰腿板面等单独操纵，而且只需通过台面变换就能实现多种手术体位调整，实现升、降、前倾、后倾、左倾、右倾、背板升、背板降、腿板升、腿板降、平移、自行走、正反体位切换等13个一般动作，以及3个可设定复合姿态。

一种电动手术床的电路系统[实用新型专利]

专利名称：一种电动手术床的电路系统专利类型：实用新型专利
发明人：夏明友
申请号：CN201620021370.8
申请日：20160106
公开号：CN205569258U
公开日：
20160914
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型属于手术床领域，具体涉及到一种电动手术床的电路系统，包括蓄电池、微处理器、手控开关、脚踏开关、光耦组继电器组、电动机、限位传感器和油泵，所述的微处理器连接于所述的蓄电池，所述的光耦组继电器组连接于所述的微处理器，所述的电动机连接于所述的光耦组继电器组，所述的油泵连接于所述的电动机，所述的手控开关和脚踏开关并联连接于所述的微处理器，所述的限位传感器串联连接于所述的电动机。

本实用新型一种电动手术床的电路系统，电动手术床的各项参数均由微处理器控制，采用微处理器设计极大地简化了电路设计，大大减少线路的故障点，保障了电动床动作的可靠性。

申请人：安徽铭跃医疗用品有限公司
地址：230601 安徽省合肥市经开区桃花工业园玉屏路3299号办公楼202室
国籍：CN
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Mediland电动液压手术床的部分电路原理及维修案例

DEVICE MAINTENANCE引言电动液压手术床是目前手术室的标准配置，手术床要满足临床的各种手术体位的摆放，具有简单易操作的特点[1]。

电动液压手术床是通过电驱动液压泵的工作，然后再控制油路方向阀的导通从而控制液压油流向来控制电动手术床的变形，其内部总体分为电路、液路、机械三部分，其中电路部分是故障易发点[2-3]。

目前我院拥有电动液压手术床28台，其中Mediland品牌的20台，针对之前碰到的2例电路故障，对电动床的故障现象、原理分析、解决方式进行总结归纳。

对设备故障进行积极排查有助于提高医学工程人员的技术服务能力和应急处理能力，更好的为医院服务[4]。

1 Mediland电动液压手术床的结构1.1 Mediland 电动手术床外部结构Mediland电动液压手术床的外部结构，由多个关键结构组成，见图1。

1.2 Mediland电动手术床内部结构电动手术床以电动液压为动力[5]，其内部结构（图2）主要包括以下多个方面：①电源部分：包括交流电源输入接口、变压器、主电池、副电池、外部的整流桥、A537电路板上的整流电路等，负责为电动液压手术床提供电源[6]；②油路方向阀（图2a）：控制液压油的流动方向，从而控制床体变形；③ A537电路板（图2b）：主要负责驱动液压泵工作；接收限位位置传感器信号；与A313电路板通信；接收外部电源及电池供电，并进行电压转换后给A313电Mediland电动液压手术床的部分电路原理及维修案例马继鹏，郑冉冉，李德龙，赵杨，孔德友济宁医学院附属医院医学装备处，山东济宁 272000[摘要] 为提高对Mediland电动手术床的故障应急处理能力和自主维修能力，降低电动手术床的使用风险，更好的保障医院工作。

本文详细介绍了电动液压手术床的内部和外部结构及设备的运行原理，针对出现的术中突然不能工作、手控器无法使用的2例故障进行分析，并通过更换BD1整流桥和保险丝、重新连接主板电路排除故障使设备恢复正常运行。

医用护理电动床设计开发控制程序

医用护理电动床设计开发控制程序
1.引言
医用护理电动床是用于提供舒适、安全和便利的床位环境，以满足病患和护理人员的需求。

为了实现医用护理电动床的功能，需要设计和开发一套控制程序，能够控制床位的高度、角度和其他附加功能。

本文将详细介绍医用护理电动床设计开发控制程序的要点。

2.控制程序设计要点
2.1控制器选择
2.2环境监测
2.3床位高度控制
2.4床位角度控制
2.5附加功能控制
2.6通讯接口
为了提高医用护理电动床的可用性和智能化水平，控制程序应该支持通讯接口，例如串口、以太网或无线通讯接口。

通过通讯接口，可以实现与其他设备的连接，例如医疗设备、人机界面设备或监控设备，实现信息传输和远程控制。

3.结论
医用护理电动床设计开发控制程序包括控制器选择、环境监测、床位高度控制、床位角度控制、附加功能控制和通讯接口等要点。

通过合理设
计和开发控制程序，可以实现医用护理电动床的各项功能，提高床位的安全性、舒适性和智能化水平。

电动手术床液压控制系统原理分析与故障维修

维修工程177①西安市人民医院(西安市第四医院)设备科陕西西安 710004②西安市人民医院(西安市第四医院)采购管理科陕西西安 710004作者简介：窦亚非，女，(1983- )，硕士，工程师，从事医疗设备的维修和管理以及医用耗材的采购管理工作。

[文章编号] 1672-8270(2022)06-0177-03 [中图分类号] R197.39 [文献标识码] BWorking principle analysis and fault maintenance of hydraulic control system of electric operating bed/DOU Ya-fei, MA Geng//China Medical Equipment,2022,19(6):177-179.[Abstract] T o analyze the working principle of the hydraulic control system of the electric operating bed and explore the maintenance approaches of its common faults. Based on the structure characteristics of the electro-hydraulic operating bed, the functions and principles of its components were analyzed, and according to the failure phenomenon, the faults of the control system, hydraulic system and circuit system were investigated, and the maintenance strategy was established, so as to improve the quality of clinical application of the operating bed, and enhance the ability of medical equipment management and the level of clinical diagnosis and treatment of the hospital.[Key words] Maintenance strategy; Electrohydraulic operating bed; Electromagnetic valve; Hydraulic control system [First-author’s address] Department of Medical Equipment, Xi'an People's Hospital(Xi'an Fourth Hospital), Xi'an 710004, China.[摘要] 分析电动手术床液压控制系统工作原理，探讨其常见故障的维修路径。

病床控制系统plc课程设计

病床控制系统plc课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理，掌握其在病床控制系统中的应用。

2. 学生能够掌握病床控制系统的基本功能要求，如床头床尾升降、背板调整、呼叫系统等。

3. 学生能够运用所学知识，分析并设计出符合实际需求的PLC控制程序。

技能目标：1. 学生能够运用PLC编程软件进行程序设计，实现病床控制系统的各项功能。

2. 学生能够通过调试和优化，确保PLC控制系统的稳定运行。

3. 学生能够独立完成课程项目，具备一定的实际操作能力和团队协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到PLC技术在医疗设备中的重要性，增强对自动化技术的兴趣和认识。

2. 学生在课程实践中，培养解决问题的能力和创新精神，树立工程伦理观念。

3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，学会分享、交流和互助。

本课程针对高年级学生，结合PLC技术在实际应用中的需求，注重理论知识与实践操作的紧密结合。

通过本课程的学习，使学生能够将所学知识运用到实际项目中，提高学生的综合能力和职业素养。

同时，课程目标的具体分解有助于教师在教学过程中对学生的学习成果进行有效评估和指导。

二、教学内容1. PLC基础知识：介绍PLC的基本组成、工作原理和性能指标，使学生了解PLC的基本概念，为后续学习打下基础。

（对应教材第1章）2. 病床控制系统概述：分析病床控制系统的功能需求，介绍系统的主要组成部分，如电机、传感器、执行器等，以及它们在系统中的作用。

（对应教材第2章）3. PLC编程语言：讲解PLC的编程语言，如梯形图、指令表等，并通过实例演示如何编写程序实现病床控制功能。

（对应教材第3章）4. 病床控制系统设计：指导学生运用所学知识，设计符合实际需求的病床控制程序，包括系统功能模块划分、程序编写和调试。

（对应教材第4章）5. PLC控制系统调试与优化：介绍调试方法，如模拟调试、现场调试等，并分析优化措施，提高系统稳定性。

电动手术床的控制电路设计

电动手术床的控制电路设计电动手术床是广泛应用于大中型医院麻醉科手术室的必备设备之一，而进口手术床的电路设计多采用单片机系统来实现，其结构较为复杂，性能不够稳定，故障率较高，且出现故障后难以修复，给手术医生和病人带来不便。

为此，我们针对上述问题并结合手术床的功能特点，采用进口继电器组合作为无功耗电动手术床控制电路的主要形式，所设计的控制电路使用方便，可靠性高，性能稳定，经久耐用，并实现了无功耗待机，为手术床控制电路的设计开辟了新的思路。

1 设计要点该手术床的控制电路可靠性高且待机无功耗，采用蓄电池组供电，能保证较长的工作时间；手术床能实现上下、左右、前后六个方向的移动，并带限位功能；控制电路采用全密封设计，防止电路受潮与短路；手控盒采用专业制造的薄膜按键面板，按键电流小于13mA，使用寿命较长；电路设计简洁、实用、可靠.2 电路组成及原理手术床控制电路原理图如图 1 所示。

主要组成部分为油泵，主继电器，六路电磁阀、限位器、继电器组，以及蓄电池组，充电器和手控盒等。

其电路原理以向前移动为例进行说明：当操作者按下手控盒上的前移按键时，主继电器和继电器 1 同时接通，此时油泵电机工作；当手术床移动的有效范围内时，限位开关1 为闭合，电磁阀1 开启，通过液压传动机构驱动手术床向前移动，一旦手术床移位超出控制的有效范围，限位开关1断开，电磁阀 1 不启动，故手术床不能继续移动。

依次类推其余方向。

手术床控制电路实际电路图如图 2 示。

限位器组共包含 6 个限位开关；6 路继电器组线圈均选取2kΩ 阻值，以保证每个薄膜按键开关电流小于13mA ；蓄电池组由4 块6V/12AH 的铅酸电池串联组成，并配有24V/10AH 专用充电器定期给手术床蓄电池充电；手控盒按键界面采用专业设计制造的薄膜按键面板；另外床体、液压结构及传动机构采用原有德国肯莎维(Kenswick) 手术床的基本结构。

图2 中，K1 至K6 为手控盒控制按键；X1 至X6 为限位器，即常闭限位控制开关；R1 至R6 为继电器线圈电阻；D1至D6 为发光二极管，显示电磁阀工作状态；J1 至J6 分别为6 路继电器的双联双掷开关，通过它们同时控制各路电磁阀和主继电器工作，再通过主继电器接通油泵电机；电容 C 消除继电器触点火花。

电动医疗床用无刷直流电机控制系统

电动医疗床用无刷直流电机控制系统作为医疗器械的电动床,已被广泛地应用于医院、电动手术床疗养院、养老院等许多领域。

当前市场上多数电动床的运动机构所采用的是有刷直流电机或异步电机。

有刷直流电机存在可靠性、换向火花、机械噪声、粉尘等问题;异步电机需要220V的交流电源直接驱动,而医疗设备需要36V以下安全电压,使用无刷直流电机能从根本上解决系统以上问题,噪音小、无粉尘、可靠性高。

目前国内电动床市场进口占了很大比例。

其质量较好但价格相对较高。

这给国内的电动床的生产商提出了一个挑战:提高同类产品的性价比。

针对医疗电动床的应用需求,提出了一种双自由度的无刷直流电机控制系统。

该控制系统由一片8051单片机作为核心控制单元、两个MC33035专用控制芯片组成两个驱动器,两个驱动器分别驱动两个电机,带动电动床的两个可调部位作上下升降运动,进而满足人体舒适姿态要求。

该方案系统成本低、性能好,具有较好的应用前景。

本文从控制系统结构、驱动电路设计和软件实现三个方面阐述电床用双自由度无刷直流电机控制系统。

1 系统设计1.1 控制系统结构为了使医疗电动床能够进行两自由度的运动,同时简化控制系统结构,本系统采用如图1的控制结构。

该控制电路由单片机控制单元和驱动电路组成。

该系统控制单元由一片8051单片机组成。

它同时控制两个驱动器和两个电机工作。

实现的主要功能为电动床位置记忆,并同时控制电机开/停机和正/反转。

单片机同时输入两个电机的霍尔信号,可判断出电机当前的运行位置,进而可实现电动床位置信息存储。

驱动电路由两套完全相同的驱动器组成,两个驱动器分别驱动两个相同的电机。

该双自由度控制系统可实现人体舒适功能,两个连续并独立的可调区段,适应人体的颈,背和大小腿。

双自由度电动床运动机构示意图如图2所示。

这两个可调区段分别为人体背部部位和腿的弯曲部位,两个控制器控制两个电机分别驱动这两个部位作上下升降运动,以调节到满足人体舒适要求的最佳位置。