多功能护理床机构设计及仿真

冯健 包仁人

摘 要：该文基于人体工程学设计了一种多功能护理床的抬背机构。采用SolidWorks软件对护理床的抬背机构建造模型，然后利用软件MATLAB对抬背运动状态进行仿真。通过力学理论进行力学计算，分析床板在运动状态下的角速度，角加速度及背部摩擦力对患者舒适度的影响，仿真得出的结果满足了设计需求，验证了方案可行性。

关键词：护理床；抬背机构；仿真

中图分类号：TH132 文献标志码：A

0 引言

随着老龄人口和无法自理人士的持续增加，护理问题逐渐突出，特别近几年来由于床位的不足和护理人士的不够，使得人们对医疗护理类产品的需求也越来越大。在我国，由于技术水平起步晚，护理床的普及率和技术水平相比发达国家还存在一定差距，目前国内市场上的护理床较多，但普遍关注功能型，舒适性的护理床还是比较少，抬背机构作为护理床的最主要功能之一，可以帮助长期卧床的老人和患者改变坐姿，以防止关节坏死及肌肉萎缩。

该公司已经研发了一种护理床，对抬背机构重新设计，提供了一种更符合人体工程学的抬背方式。通过对抬背机构的建模及运动学仿真，提高了机构运动性能，为护理床的研发提供验证了设计的可行性，保证了机构运动的安全性及舒适性。

1 抬背机构的设计分析

护理床的抬背机构简图如图1所示，该机构由多连杆和一个电动推杆驱动，为八杆单自由度平面机构。选取滑块作为原动构件，即可确定机构运动的仿真。

该抬背机构可以弥补传统抬背方式的背压感。抬背时，病人背部会有一定程度地上升，背板逆时针转动的同时也会向上抬起，即背板有一个左上方運动趋势，这样抵消了背部相对抬背板向下的滑移，减轻了病人背部相对于背板的摩擦力，使病人的背部更加舒适，不再具有压迫感，更符合人体工程学。

2 运动模型的建立

3 运动学仿真

在MATLAB软件中进行编程绘制机构的运动参数图，电动推杆根据负载不同，推进速度也不同，这里把推杆看作匀速运动，取速度V=15 mm/s，DA=368 mm，CA=54 mm，EF=550 mm，DA的运动范围在283°～352°，θ1+θ2+2°

图2为杆DF的角速度图。

图3为杆DF的角加速度图。

通过MATLAB仿真的图形可知，当推杆以匀速运动时，背板的角加速度变化率较小，从图2和图3可知，背部支板角速度、角加速度，在曲线末段均出现7 s前，角加速度为负值并且随时间t逐渐增大，基于人体工程学考虑，t=7 s前会出现骤然上升的现象，之后趋于平缓，且t=20 s时，杆DF角度达到70°，各运动曲线符合运动学基本规律，符合护理床设计要求，证明了运动学模型的正确性。

4 结论

该护理床采用5杆抬背机构形式，抬背在运行过程中沿着床头方向斜上方平移，极大地减少了对用户的背压感，并且通过MATLAB对抬背机构的仿真，通过图形对比得知，电动推杆以匀速的速度进行推进时，更符合人体工程学，同时该护理床结构稳定，对以后的研发提供了有力的依据。

参考文献

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