多功能護理床機構(gòu)設計及仿真

馮健 包仁人

摘 要：該文基于人體工程學設計了一種多功能護理床的抬背機構(gòu)。采用SolidWorks軟件對護理床的抬背機構(gòu)建造模型，然后利用軟件MATLAB對抬背運動狀態(tài)進行仿真。通過力學理論進行力學計算，分析床板在運動狀態(tài)下的角速度，角加速度及背部摩擦力對患者舒適度的影響，仿真得出的結(jié)果滿足了設計需求，驗證了方案可行性。

關鍵詞：護理床；抬背機構(gòu)；仿真

中圖分類號：TH132 文獻標志碼：A

0 引言

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

該公司已經(jīng)研發(fā)了一種護理床，對抬背機構(gòu)重新設計，提供了一種更符合人體工程學的抬背方式。通過對抬背機構(gòu)的建模及運動學仿真，提高了機構(gòu)運動性能，為護理床的研發(fā)提供驗證了設計的可行性，保證了機構(gòu)運動的安全性及舒適性。

1 抬背機構(gòu)的設計分析

護理床的抬背機構(gòu)簡圖如圖1所示，該機構(gòu)由多連桿和一個電動推桿驅(qū)動，為八桿單自由度平面機構(gòu)。選取滑塊作為原動構(gòu)件，即可確定機構(gòu)運動的仿真。

該抬背機構(gòu)可以彌補傳統(tǒng)抬背方式的背壓感。抬背時，病人背部會有一定程度地上升，背板逆時針轉(zhuǎn)動的同時也會向上抬起，即背板有一個左上方運動趨勢，這樣抵消了背部相對抬背板向下的滑移，減輕了病人背部相對于背板的摩擦力，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。

2 運動模型的建立

3 運動學仿真

在MATLAB軟件中進行編程繪制機構(gòu)的運動參數(shù)圖，電動推桿根據(jù)負載不同，推進速度也不同，這里把推桿看作勻速運動，取速度V=15 mm/s，DA=368 mm，CA=54 mm，EF=550 mm，DA的運動范圍在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MATLAB仿真的圖形可知，當推桿以勻速運動時，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，角加速度為負值并且隨時間t逐漸增大，基于人體工程學考慮，t=7 s前會出現(xiàn)驟然上升的現(xiàn)象，之后趨于平緩，且t=20 s時，桿DF角度達到70°，各運動曲線符合運動學基本規(guī)律，符合護理床設計要求，證明了運動學模型的正確性。

4 結(jié)論

該護理床采用5桿抬背機構(gòu)形式，抬背在運行過程中沿著床頭方向斜上方平移，極大地減少了對用戶的背壓感，并且通過MATLAB對抬背機構(gòu)的仿真，通過圖形對比得知，電動推桿以勻速的速度進行推進時，更符合人體工程學，同時該護理床結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對以后的研發(fā)提供了有力的依據(jù)。

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