基于计算机运动仿真模型构建的护理床设计分析

2018-07-27王学龙

现代制造技术与装备 2018年6期

王学龙

（环美（天津）医疗器械有限公司，天津 300000）

相关数据调查显示，我国人口的老龄化正在不断加剧，老年人在总人口中的比例呈现出快速增长的态势。当前，医学护理行业处于快速发展阶段。人们可以将各类先进的护理机构和产品应用在行动不便的老人身上，切实解决实际的家庭护理和老人看管问题。从服务的主体来看，护理用床的使用者大多是行动不便的老人或身体患有残疾缺陷的患者。相比发达国家，我国对于该方面研究的起步较晚，没有积累较多发展经验，并且产品形式较为简单。随着老龄化问题的关注度逐步提升，人们需要认真考虑如何有效解决老人困扰。以此为背景，国家耗费大量精力来有效解决老龄化问题，进一步推动相关保障行业的发展。

1 总体设计

护理床设计需要以老人的实际需求为标准，首要原则就是能够符合老人身体状态调整的需求。在初始的发展阶段，护理床的种类和形式较为简单，主要是满足患者的坐姿或者睡姿的转换。之后，在此类产品的基础上进行了相应升级，添加了用餐功能，同时满足患者的阅读和书写要求，使得护理工作量显著降低。后来，护理床又添加了行走装置，能够将患者移至室外。

调查发现，行动不便的老人褥疮的发病率极高，由于全天在床上生活，保持同一个姿势使得身体的血液循环受到阻碍，同样造成肢体的退化。因此，本次设计添加了角度调节机构，并附带有自身调整的功能。

以老人的实际需求和护理的便捷性为标准，整个设计还应该符合如下条件：使用者能够较为简单地对自身的身体姿态进行调整和转换；各种活动构件应该保证在合理的角度调节范围之内，满足实际的病人需求；确保使用过程中的安全性和可靠性，整体设计规格较为合理；尽量减少护理床的安装复杂程度，并对附带的辅助机构进行有效性检测；动力来源选取DC24V的低电压值，确保电源电压对人体没有伤害，并对整个床体所有的电机进行供电。所选动力装置在工作过程中的有效传输力大小为5kN，提供的床体拉力的大小为3kN，工作过程中的转速设定为4.5mm/s。

2 动力执行装置

本次设计的护理床床体是由四部分拼接而成的，每个部分都能对老人的身体起到较好的支撑作用。床身的辅助部件能够由老人自身进行实际操控，调整床体构件的各个角度摆动大小。

2.1 翻身机构

本装置的主体构造是摇杆机构，当电机在工作的状态下，带动部分床身围绕对称点O以一定的角速度缓慢运动，到达病人较为舒适的角度时停止电机转动，完成整个翻身过程。在整个运动过程中，要确保机构处于规定的摆动幅度，本次设计将推力杆的尺寸设定为260mm，床架的尺寸设定为210mm。该机构的具体设计如图1所示。

2.2 抬背机构

该机构主要是对病人的坐立进行相应调整。在机构的工作阶段，电动机旋转带动床体背板的角度调整，中间通过连接装置进行动力的传输，最终完成病人抬背整个过程。在对该装置进行试验仿真的过程中，时常会出现速度过大的情况，给使用者带来一定的不舒适感。对于出现的问题，笔者提出了针对性的处理方案，并建立运动过程中的动力模型，最终将速度控制在合理的范围内。该机构的具体设计如图2所示。

图2 抬背结构

图1 翻身结构图

2.3 屈腿机构

在工作过程中，整个机构能够将床身下部的床板进行角度变换调节，并且运动的连杆带动四杆机构摆动，进而实现病人的腿部动作调整。其机构简图如图3所示。

3 Pre/Engineer仿真分析

为了保障实际投入使用的设备质量要求，人们需要借助计算机三维绘图软件对该设计结构依据原始比例进行绘制。所有的零件建模完成后，对其添加约束并正确装备，进行三维模型的导入，并利用Pre/Engineer软件中自带的运动仿真功能模块进行整个调节过程的模拟。主要目的是查看在各个机构角度调整和构建的运动过程中，各个构件之间是否有干涉现象的发生，整个运动调整是否符合预定的各项要求和条件。若是在软件的仿真过程中没有发生干涉现象，就表明最终的设计符合初始设定的要求。