多功能护理床设计

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。