多功能按摩床的设计
多功能护理床的结构设计及优化设计
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。
多功能电动护理床的研制
多功能电动护理床的研制辛绍杰;张欢欢;马西沛【摘要】基于人体工学原理和现代机械设计理论,采用机器人化的多自由度结构、多轴协调控制设计多功能电动护理床.床面采用多折床面结构形式,通过按键控制完成平躺、抬背、坐起、屈或伸腿等基本动作,并具有翻身、辅助解便与多轴同步等功能.应用仿真分析技术,优化了多功能护理床的机构,使床的结构符合人体工学原理.设计基于单片机的控制器控制各机构的驱动电动机来满足使用者的功能要求.完成了多功能护理床样机的研制.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2013(016)006【总页数】8页(P322-329)【关键词】多功能护理床;机构优化;控制系统【作者】辛绍杰;张欢欢;马西沛【作者单位】上海电动机学院机械学院,上海200245;上海电动机学院机械学院,上海200245;上海电动机学院机械学院,上海200245【正文语种】中文【中图分类】TH789机器人是继个人电脑之后的一个热门领域，其快速发展必将彻底改变人们的生活方式。
面对智能服务机器人的巨大商机，发达国家纷纷出台相应的研究和发展计划。
日本、美国和欧盟各国政府都加大了智能服务机器人领域的研究和开发投入，韩国也在大力推动家家都有机器人的计划。
日本机械工程研究所(MEL)研制的护理机器人MELKONG、德国的Care-O-bot Ⅱ护理机器人、韩国的KARES Ⅱ护理机器人等在机器人的一些关键技术上面取得了重大进展。
如机器人的停靠、行走、抓取、液压执行器、能源供给及人机界面；硬件和机构的模块化、软件库的可扩展性、交互式任务规划器、面向复杂操作的环境感知系统等方面。
这些机器人主要完成一般的家政服务、行走辅助-通信与社会交流辅助等任务。
在国内，服务机器人研究主要集中在各单项技术和单项功能方面。
多功能护理床是针对长期卧床不起的老年人和病人的特殊需要而设计的，通过手控器能自主调节人在床上的体位的机电一体化产品，国内诸多单位和企业进行了研究，也取得了一些成果[1-14]。
多功能护理_床的设计说明
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
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。
基于HOLTEK单片机的多功能按摩床设计
１ 单片机选型
根据 多功 能按摩 床 的设计 需 求 ，控制 模 块需要
２ 系统功能模块设计
２１ 气 泵模 块 ． 气泵 模 块 由直 流 电机 和 空气 压 缩模 块 组 成 ， 用
两块单片机 的协 同工作才能完成整体功能 ，其中一 块作为主机负责处理按键 的命令并在数码管上显示 相应 的功能和发送功能代码 ，另一块作为从机负责
Ｃ Ｍ 技术制造 ， Ｏ Ｓ 因此具有高执行速度、 低功耗的特
性 。其包 括 看 门狗定 时 器 、 Ｄ 、ＷＭ 输 出接 口、 Ａ ＣＰ 可 编程 计数 器 、 电模式 （ Ａ ＴＭｏｅ 、２ — ｕ、 电 省 Ｈ Ｌ ｄ ）ＩＣ Ｂ ｓ低 压 自动复位 （ｏ ｏａｅＲ ｓｔ Ｖ 电路及 双 向 Ｉ ＬｗＶ ｌ ｇ ｅｅＬ Ｒ） ｔ ， ／ Ｏ 口等 强大 功能 【符 合 按摩 床控 制系统 对单 片机 的要 ｌ 】 。
【 关键词】 Ｌ Ｅ ＨＯ Ｔ Ｋ单片机 ； 开关电路 ； 按摩 ； 人机信 息交换
按摩保健起源于我国中医传统理念 ．其方法及
效果 在全球 日渐获得 社会 的广 泛 认可 ，按 摩 器具 产 品逐 渐成 为人们 健康 投 资 的重 要 选择 之一 。多功 能 推 出 的 ８位 单 片 机 。此 系 列 单 片 机 采 用 先 进 的
８５ ００三极 管来控 制 １Ｖ 的 ＭＯ ２ Ｓ管 驱 动 电压 开关圄 ， 第 二级用 ＭＯ Ｓ管直 接控 制气泵 模 块 的运 行 『 ３ ］ 。
Ｄ２０ ２４ Ｖ ＰＩ １
为３， Ａ 完全可以满足驱动电磁气阀的需求。
２３ 加热震 动模 块 ． 加 热模块 由加 热丝 和 温度控 制器 构成 ，是 对 中 医艾灸 疗法 的模 拟 ，通 过两 组加 热模 块分 别对 颈部 和腰 部进 行热 敷 ， 能达 到 促 进血 液 循环 、 温经 通络 、 消瘀散 结 的理疗效 果 ；振 动模块 由电机加 偏心铁 块 组成 ， 拟 中医按摩 推 拿 的振动类 手法 ， 块分别 位 模 模
多功能按摩护理床
多功能按摩护理床本作品针对需要护理的老年人以及行动功能障碍者，对国内外护理床对比分析研究，创新性地设计出了一种多功能康复护理床。
该护理床兼具起背、侧翻身、坐起、背部按摩排泄物清理以及下肢康复训练的功能，充分考虑了患者日常活动和生活需求，具有功能调节性强、定制化程度高、变形功能可靠、康复效果好等特点。
标签：按摩；护理；转换机构；旋转机构1 概述对于老年人以及残疾人家庭来说，漫长的康复和护理工作是十分繁琐的。
虽然我国非常重视并投入大量资金发展护理床行业，但是我国的护理床水平仍不能满足当今社会人们的需求。
从医护的角度，工作人员每天重复着翻身抬腿等护理工作，这些工作需要大量的时间和体力，增加了医疗护理的成本。
从需求的角度，随着人口老龄化的趋势加深，中国的大多数家庭都会成为护理床的潜在消费者，护理床的市场前景远大。
从技术的角度，我国在自动化轮椅、及被动康复训练器材的科研成果较多，但多功能护理床的研究尚处于起步阶段。
因此设计一个社会医疗可控制的护理床具重要的意义和前景。
2 按摩护理床的起背机构设计起背功能主要用于实现坐姿或者倚靠功能，机构方案如下：起背結构最终采用图1所示，背撑板需要考虑侧翻身与起背机构可能发生的干涉问题，同时避免与按摩模块发生干涉，故将起背支撑机构放置在床身两侧，通过滚轮与背撑板接触，使背撑板运动过程足够平稳，并利用滚动摩擦代替滑动摩擦，提高机器工作寿命。
3 按摩护理床的按摩机构设计背部按摩机构的作用是为了促进背部血液流通，改善卧床患者生理机能，同时，患者长期平躺在护理床上，其背部肌肉长期处于紧张状态，容易引起肌肉僵化等系列健康问题，使患者承受二次伤害，而适当的力刺激按摩可有效缓解这一症状的发生。
对于按摩机构的选择，主要以转动类和摆动类结构为主，电机的旋转带动曲柄及背部按摩，曲柄带动摇杆实现腰部按摩，结构简单，同时对于背部压力缓解效果较好。
图2为按摩机构图。
4 按摩护理床的转换机构设计按摩转换机构主要考虑按摩仪在使用与未使用时人的舒适程度，如果没有按摩转换机构，在按摩机构未使用时托起人体背部的将是凹凸不平的按摩仪表面，为避免这类现象可在按摩仪表面加上较厚的硬海绵垫子，这可避免在不使用按摩使的不适程度，但这层厚垫会大大减弱按摩时的效果。
全自动多功能护理床椅的设计
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：yuct@。
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]。
多功能护理床
04
临床应用与效果评估
适用人群及场景分析
老年人群
为行动不便或卧床不起的老年人 提供舒适、安全的护理环境，降
低褥疮等并发症风险。
病患康复期
适用于术后康复、瘫痪、重症肌 无力等病患，在医护人员协助下
进行康复训练。
医疗机构
如医院、养老院、康复中心等， 提高护理质量，减轻医护人员工
06
未来发展趋势及挑战应 对
行业前沿技术动态关注
智能化技术
关注人工智能、物联网等技术在护理床领域的应 用，提高产品的智能化水平。
舒适性技术
关注新材料、新工艺在护理床舒适性方面的应用 ，提高用户体验。
安全性技术
关注护理床在安全性方面的技术创新，如防摔、 防滑等设计，保障用户安全。
产品创新方向探索
操作方法
通过按键操作面板或遥控器可实现 各项功能的控制，操作简单易懂。
常见故障排查与处理
01
02
03
04
电源故障
检查电源线是否插好，电源插 座是否通电，保险丝是否熔断
等。
功能失效
检查按键操作面板或遥控器电 池是否正常，相关部件是否损
坏或松动等。
床体异响
检查床体各部件紧固情况，是 否有松动或损坏现象，及时紧
合作伙伴关系建立与维护
寻找合作伙伴
积极寻找与多功能护理床业务相关的 合作伙伴，如医疗机构、康复中心、 养老院等。
建立合作关系
与潜在合作伙伴进行深入沟通，明确 合作意向和目标，签订合作协议。
合作执行与管理
按照合作协议，积极推进合作项目的 执行和管理，确保合作顺利进行。
合作关系维护
定期与合作伙伴进行沟通和交流，及 时解决合作中出现的问题和矛盾，维 护良好的合作关系。
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多功能按摩床的设计
【摘要】目的：设计一种对使用者整个背部进行区域性的往复按摩的按摩床。
方法：在床体的背部设置一个带按摩器的按摩板，与之相相连的是一对齿轮齿条，通过电机带动曲柄滑块机构实现往复运动。
结果：可以帮助按摩背部某些疲劳、酸疼的部位，同时也能使其余部位得到放松。
结论：该按摩床结构简单，干净卫生，卧床按摩时感觉舒适。
该按摩床既免去了去按摩房的时间，又可以享受背部按摩。
该按摩床应用范围广泛，适合医院、家庭等多种场合使用。
【关键词】床体；曲柄滑块机构；往复运动
1.引言
现今的生活节奏不断加快，紧张、疲惫如影随形，放松越来越重要，按摩成了放松的一种手段[1]。
都市白领由于办公室生活导致平时锻炼不足，一些脊椎病、肩周炎等也越来越趋于年轻化，所以急需在工作之余能够有效地按摩肩部、颈部、腰部的按摩器材和按摩方法，缓解疲劳[2]。
传统中医理论研究表明，按摩治疗可以明显改善患者体内的自由基代谢[3]。
目前市售按摩器主要按摩固定部位，即始终以人体某个位置为作用点，进行单点式按摩，这样满足不了不同的使用者对于不同部位进行按摩的需求，而市面上的按摩床又以理疗为主，配合按摩师进行相应操作，没有实现自动按摩功能，需要较娴熟的按摩技巧，不利于普及到寻常百姓家。
基于上述现状，本设计改善了上述局限性，实现了按摩功能的自动化，设计一种以区域按摩为作用点，对整个背部进行区域性的往复按摩的按摩床，以此来保证使用者不同位置的按摩要求。
区域性的按摩在帮助缓解背部某些疲劳、酸疼部位的同时，也能够让身体的其余部位得到放松，达到预防各类疾病的效果。
2.床体设计与实现
2.1 设计思路
现在市场上，为了更加容易、快捷地进行按摩，按摩椅[4]等器械不断出现，它们实现局部的自动化，相比于传统的手动按摩方式，把按摩者的双手解放出来了，自动按摩也越来越成为一种时尚。
本设计整合了自动按摩椅和按摩房按摩床的特点：采用卧姿按摩，使人能更加放松；往复区域性自动按摩，能使使用者的整个背部得到全面的按摩，以此来保证使用者不同位置的按摩要求，区域性的按摩可以帮助按摩某些疲劳、酸疼的部位，同时也能使其余部位得到放松。
2.2 设计过程
按摩床的整体设计主要分为床身、自动按摩系统和对心曲柄滑块机构按大部分。
如图1所示：
图1. 按摩床整体效果图
床身主要以方管和圆管作为搭建按摩床外形结构的主体材料，这样搭建保证了按摩床主体结构的稳定性和刚性，同时也方便在床身内部搭建传动部件和传动机构。
四个床脚方管设置在床身侧边圆管的里面，并与床身侧边圆管的两端保证一定距离，使其构成外伸梁的形式，以防止使用者在使用时出现因整体重心偏移而导致床身不稳所产生的床体侧翻。
增强了床身的安全性和可靠性[5]。
按摩床的自动按摩系统，是由按摩枕板上的按摩枕的往复移动来达到按摩的效果。
从整体上来看，床身内的传动系统为曲柄滑块机构[6]，通过电机带动曲柄做圆周运动，从而将动力通过连杆传递给按摩枕板，以此来实现按摩枕的往复运动。
传动使用的四杆机构为对心曲柄滑块机构（如图2），因此，滑块的最大行程应等于曲柄的长度的两倍，但摩枕垫板设计所需要的行程需要800-1000mm，这样使曲柄的长度为400-500mm，因为曲柄做圆周运动，所以会使得床身的高度达到800-1000mm。
这样会造成绝大多数人无法使用。
因此在摩枕垫板下面设计了双齿轮齿条传动机构，以此来扩大滑块的最大行程。
2.3 护理床结构
按摩床的整体结构如图2所示，电机3作为动力源，将动力传递给曲柄4，曲柄4做匀速圆周运动，以此带动连杆5运动，连杆5带动齿轮8进行往复运动，通过固定齿条9 、双齿轮8 、移动齿条7的组合形式，将对心曲柄滑块机构中滑块的最大行程距离提高了3倍，并将直线运动传递给按摩枕板6，最终使其带动安装在其上的按摩枕，以完成自动按摩的功能。
齿轮8与保持板10之间通过深沟球轴承连接，以此保证两者运动时的相互关系和润滑性。
按摩枕板6通过6个直线轴承与直线导轨11连接，使滑动摩擦转变为滚动摩擦，大大减小了相互之间的摩擦力，以保证电机3的选型及其寿命。
图2. 结构原理图
1、床身侧边圆管
2、床脚方管
3、电机
4、曲柄
5、连杆
6、按摩枕板
7、上齿条
8、齿轮
9、下齿条
10、保持板11、直线导轨
3.使用效果与结论
3.1 使用效果
该按摩床采用的技术方案是通过电机带动曲柄做圆周运动，从而将动力通过
连杆传递给一对齿轮，齿轮再带动按摩枕板，以此来实现按摩枕的往复运动，使按摩枕上的按摩器能够对人体背部实现按摩。
通过对自动按摩椅和按摩床的实际体验，结合问卷调查所得到的结果，综合两种因素，整合了自动按摩椅和按摩床各自的特点，并改善了自动按摩椅只能进行单点式按摩的局限性，使其能够进行整个背部的区域性按摩，大大改善了按摩的效果。
3.2 结论
该按摩床的应用解决了使用者按摩需要前往按摩房的困扰，综合了按摩椅、按摩器等单一产品的功能特性，让使用者足不出户享受按摩带来的放松。
因此本按摩床的设计体现出意义广泛的实用技术，值得推广。
参考文献：
[1]陈锦平周炳辉. 牵引治疗腰椎间盘突出症[J]. 中国中医骨伤科杂志. 1990（04）
[2]刘铭伟王福寿刘一鸣吕福堂主编. 颈椎病自我按摩晨练法[Z]. 烟台年鉴. 2004
[3]帮您选购按摩器[J]. 中小企业科技. 1996（01）
[4]启怀.如何选择按摩椅[J]. 家庭科技. 2001（04）
[5]梁艳霞.人体尺度在产品设计中的应用——以双层床的设计为例[J]. 郑州轻工业学院学报（社会科学版）. 2009（04）
[6]李明喜. 机构运动的模糊可靠性优化设计[J]. 河南科技大学学报（自然科学版）. 2003（02）。