多功能護(hù)理床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真

馮健 包仁人

摘 要：該文基于人體工程學(xué)設(shè)計(jì)了一種多功能護(hù)理床的抬背機(jī)構(gòu)。采用SolidWorks軟件對(duì)護(hù)理床的抬背機(jī)構(gòu)建造模型，然后利用軟件MATLAB對(duì)抬背運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真。通過(guò)力學(xué)理論進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，分析床板在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的角速度，角加速度及背部摩擦力對(duì)患者舒適度的影響，仿真得出的結(jié)果滿足了設(shè)計(jì)需求，驗(yàn)證了方案可行性。

關(guān)鍵詞：護(hù)理床；抬背機(jī)構(gòu)；仿真

中圖分類號(hào)：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著老齡人口和無(wú)法自理人士的持續(xù)增加，護(hù)理問(wèn)題逐漸突出，特別近幾年來(lái)由于床位的不足和護(hù)理人士的不夠，使得人們對(duì)醫(yī)療護(hù)理類產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大。在我國(guó)，由于技術(shù)水平起步晚，護(hù)理床的普及率和技術(shù)水平相比發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一定差距，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的護(hù)理床較多，但普遍關(guān)注功能型，舒適性的護(hù)理床還是比較少，抬背機(jī)構(gòu)作為護(hù)理床的最主要功能之一，可以幫助長(zhǎng)期臥床的老人和患者改變坐姿，以防止關(guān)節(jié)壞死及肌肉萎縮。

該公司已經(jīng)研發(fā)了一種護(hù)理床，對(duì)抬背機(jī)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，提供了一種更符合人體工程學(xué)的抬背方式。通過(guò)對(duì)抬背機(jī)構(gòu)的建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，提高了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能，為護(hù)理床的研發(fā)提供驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，保證了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的安全性及舒適性。

1 抬背機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

護(hù)理床的抬背機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，該機(jī)構(gòu)由多連桿和一個(gè)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，為八桿單自由度平面機(jī)構(gòu)。選取滑塊作為原動(dòng)構(gòu)件，即可確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真。

該抬背機(jī)構(gòu)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)抬背方式的背壓感。抬背時(shí)，病人背部會(huì)有一定程度地上升，背板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也會(huì)向上抬起，即背板有一個(gè)左上方運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，這樣抵消了背部相對(duì)抬背板向下的滑移，減輕了病人背部相對(duì)于背板的摩擦力，使病人的背部更加舒適，不再具有壓迫感，更符合人體工程學(xué)。

2 運(yùn)動(dòng)模型的建立

3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

在MATLAB軟件中進(jìn)行編程繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖，電動(dòng)推桿根據(jù)負(fù)載不同，推進(jìn)速度也不同，這里把推桿看作勻速運(yùn)動(dòng)，取速度V=15 mm/s，DA=368 mm，CA=54 mm，EF=550 mm，DA的運(yùn)動(dòng)范圍在283°～352°，θ1+θ2+2°

圖2為桿DF的角速度圖。

圖3為桿DF的角加速度圖。

通過(guò)MATLAB仿真的圖形可知，當(dāng)推桿以勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，背板的角加速度變化率較小，從圖2和圖3可知，背部支板角速度、角加速度，在曲線末段均出現(xiàn)7 s前，角加速度為負(fù)值并且隨時(shí)間t逐漸增大，基于人體工程學(xué)考慮，t=7 s前會(huì)出現(xiàn)驟然上升的現(xiàn)象，之后趨于平緩，且t=20 s時(shí)，桿DF角度達(dá)到70°，各運(yùn)動(dòng)曲線符合運(yùn)動(dòng)學(xué)基本規(guī)律，符合護(hù)理床設(shè)計(jì)要求，證明了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性。

4 結(jié)論

該護(hù)理床采用5桿抬背機(jī)構(gòu)形式，抬背在運(yùn)行過(guò)程中沿著床頭方向斜上方平移，極大地減少了對(duì)用戶的背壓感，并且通過(guò)MATLAB對(duì)抬背機(jī)構(gòu)的仿真，通過(guò)圖形對(duì)比得知，電動(dòng)推桿以勻速的速度進(jìn)行推進(jìn)時(shí)，更符合人體工程學(xué)，同時(shí)該護(hù)理床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)以后的研發(fā)提供了有力的依據(jù)。

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