轮椅床的结构设计

滕兵，陈静涛，黄鑫海

(上海工程技术大学，上海 201620)



轮椅床的结构设计

滕兵，陈静涛，黄鑫海

(上海工程技术大学，上海 201620)

摘要：通过考虑轮椅使用人群的要求，对前脚板和背板结构的研究，最终决定在前脚板使用齿条机构，背板使用曲柄滑块机构，从而达到轮椅与床之间的转换。通过设计一系列的机械机构，能使用较小的人力将其转换成机械动力，从而完成轮椅到床，床到轮椅的转变，减少轮椅使用人群在轮椅与床之间转变而带来的麻烦，真正实现了轮椅床的作用。

关键词：轮椅床；结构设计；多功能

0轮椅床的意义

老年人由于年龄偏大，肌体的灵活性逐渐降低，行动都较为不便；同时由于各种自然灾害、交通事故和疾病等意外造成的残障人士也在逐年增加，这一特殊群体给社会医疗、养老、服务行业带来了巨大的压力。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助提高他们的活动自由度，使他们能够参加到健全人的正常生活中去，首要的就是为他们配置必要的护理设备。目前市场上的这类护理设备主要是轮椅和护理床，缺乏能够进行姿态调整的护理设备。

研究表明，长时间坐在轮椅上会引起下身肿胀、静脉压力增大、脊柱不正常的弯曲以及对体内器官功能的损害；而长期卧床也会引起心脏功能减退，血液循环迟缓，肌肉组织松弛等危害。因此适时进行床椅姿态调整有助于老年人和残障人士身体康复。目前国内轮椅市场安全以及智能化水平还比较欠缺，一旦用户出现紧急情况很难及时得到救助，因此现设计能够实现姿态调整。

1轮椅床结构设计

1.1总体结构与功能描述

图1　轮椅床的3D模型

现设计了一款姿态可调的床椅合一型的轮椅，床椅姿态切换和轴距调整的效果如图1所示。主要组成部件有床板(由靠背板、坐板、 腿板、脚板4块分床板铰接而成)，底盘支架，前后轮支架以及床体折曲机构(腿部屈伸机构和背部升降机构)和变轴距机构等。通过床体折曲机构和变轴距机构的联动，实现床椅姿态的切换，缓解用户由于久坐轮椅或长期卧床而带来的身体不适症状。通过变轴距的设计，使设备在轮椅状态时轴距最短，保证轮椅灵活移动；在床形状态时轴距最长，从而保证床体的平稳与人体的伸展舒适。

1.2床体机构设计

a) 前脚板机构设计

前脚板部位使用较为轻巧的齿条机构，考虑到齿轮的安装及其体积，摒弃了最初的齿轮方案，有效地减少了脚板部位的机构体积，同时能实现最初的设想。

b) 背板运动机构设计

在背板部分，使用了较为普遍的曲柄滑块机构，将背板与框架的连接运用曲柄机构，而在扶手下方，利用滑块机构能够控制背板转动的角度；同时在滑块的滑动板上设置了几个槽，这几个槽即能实现几种档位的控制，也就说使用者可以通过这个档位的控制实现背板的倾斜角度，即人身体后倾的角度。由图2可以看出，机构活动构件3个，低副4个，自由度计算公式：F=3n-2p-q。其中：F为自由度数；n为活动构件数；p为低副个数；q为高副个数。计算可得F=3×3-2×4-0=1，即机构只有一个自由度，采用一个手动推动，其运动轨迹是唯一且确定的，从而也论证了该机构的可行性。

图2　背板运动机构

c) 背板支撑机构设计(图3)

图3　背板支撑机构设计

考虑到舒适度及重心移动的问题，在背板后方，安装一脚撑，使轮椅在转换为床之后，使人体上半身的质量施加在脚撑上，保证整个轮椅的平衡性及安全性；同时考虑到脚撑的晃动问题，较为巧妙地运用磁铁将脚撑能够在轮椅形态的情况下，牢牢地吸附在背板上，而在转换成床时，利用脚撑的重力克服磁铁的磁力，顺利与地面接触，支撑起背板。

图4　轮椅床的实物图

2结论

设计的轮椅床(图4)，能够通过调整靠背的位置从而提高舒适度，促进老年人和残障人士身体康复，提高了安全性能，更加适合老年人和残障人士使用。与市场上普通轮椅相比应用前景更广，实用性强。所有上述的机构所需的原材料便宜，且加工精度较低，节省了原材料成本，同时加工制作成本较低，所以整个轮椅床的总体价位较低，相比市场上电动的轮椅，这个价格更为亲民。

参考文献:

[1] 程智力,李君华. 残疾人多功能轮椅设计研究[J]. 美术大观，2010,12:211.

[2] 李爱萍. 多功能轮椅的结构设计与研究[D]. 天津:天津科技大学,2010.

[3] 周伟. 多功能轮椅运动控制系统研发与开发[D]. 广州:华南理工大学,2010.

Design of the Wheelchair Bed

TENG Bing, CHEN Jing-tao, HUANG Xing-hai

(Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

Abstract:This paper researches on the front foot and back structure according to the demands for the users of wheelchairs and decides to use the rack mechanism in forefoot plate and slider-crank mechanism in backplane, so as to transfer the wheelchair and the bed with each other. By using a series of mechanical mechanism, lesser human force can be used to convert it into power, so as to change the wheelchair into the bed. It can remove the users' trouble of transfering the wheelchair to the bed and truly achieve the function.

Keywords:wheelchair bed; structure design; multi-function

收稿日期：2014-11-20

中图分类号：TH112

文献标志码：B

文章编号：1671-5276(2015)03-0075-02

作者简介：滕兵(1981-)，男，山东威海人，讲师，硕士，主要从事非标机械设计。