一種方便下輪椅的拆分床機(jī)構(gòu)

申昌睿，王遵樂(lè)，林國(guó)金

（廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧530000）

0 前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的人口老齡化問(wèn)題日漸嚴(yán)重，據(jù)聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)，1990-2020年世界老齡人口平均年增速度為2.5%，同期我國(guó)老齡人口的遞增速度為3.3%，世界老齡人口占總?cè)丝诘谋戎貜?995年的6.6%上升至2020年9.3%，同期我國(guó)由6.1%上升至11.5%，無(wú)論從增長(zhǎng)速度和比重都超過(guò)了世界老齡化的速度和比重，到2020年我國(guó)65歲以上老齡人口將達(dá)1.67億人，約占全世界老齡人口6.98億人的24%，全世界四個(gè)老年人中就有一個(gè)是中國(guó)老年人[1]。對(duì)于失能老人的照料與看護(hù)問(wèn)題成為了越來(lái)越突出的社會(huì)問(wèn)題，病床與輪椅是失能老人最依賴(lài)的兩個(gè)工具，但是如今市面上大多數(shù)醫(yī)護(hù)設(shè)備都不能做到兩者的有效結(jié)合。在照顧失能老人的過(guò)程中仍然需要醫(yī)護(hù)人員將病人在病床和輪椅上轉(zhuǎn)移，這樣不僅增加了病人二次受傷的風(fēng)險(xiǎn)，也加重了醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。針對(duì)這一情況，本文設(shè)計(jì)了一種床椅一體化的可拆分病床結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)抬背、床椅轉(zhuǎn)換，手動(dòng)分離等操作。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，不僅可以在醫(yī)院使用，亦可以在家中使用，服務(wù)于更多在家中療養(yǎng)的患者以及行動(dòng)不便的老人。

1 病床和輪椅模式的切換

考慮到病患由病床向輪椅轉(zhuǎn)移時(shí)可能發(fā)生二次傷害的風(fēng)險(xiǎn)和造成不必要的麻煩，本文設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)采用了一種兼容了病床和輪椅的設(shè)計(jì)，它可以實(shí)現(xiàn)從病床中輕易脫離出一張獨(dú)立的輪椅。

總體來(lái)看，病床的結(jié)構(gòu)采用了三層式的結(jié)構(gòu)，而輪椅方面采用雙層，分別與病床的1、2層對(duì)應(yīng)，病床的最后一層起到固定輪椅和方便輪椅結(jié)構(gòu)的作用。

當(dāng)輪椅與病床結(jié)合時(shí)，形成一個(gè)完整的病床時(shí)，病床可以實(shí)現(xiàn)如今市面上大部分病床實(shí)現(xiàn)的功能，在背部利用電動(dòng)推桿結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)抬背的操作。

圖1中的床尾1與床頭6共同組成了病床的最底層，用于固定床身2和安放病床的車(chē)輪3；第二層由床身2組成，用于安放電動(dòng)推桿，使得第三層的床板活動(dòng)件5可以順利抬起，完成抬背的操作，以及設(shè)置插銷(xiāo)，在輪椅與病床結(jié)合時(shí)輪椅把手8順利插入插銷(xiāo)完成輪椅與病床的固定。

圖1 病床輪椅一體式平床模式總體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，當(dāng)病患需要下床，實(shí)現(xiàn)病床分離功能時(shí)，電動(dòng)推桿1同時(shí)作用，使得輪椅部分腿板4下拉，輪椅背板推桿3作用使輪椅背板6抬起，最終完成輪椅部分由平床模式到坐姿模式的轉(zhuǎn)換。同時(shí)3活動(dòng)護(hù)欄離開(kāi)插銷(xiāo)，病床解除對(duì)輪椅的固定，并且借助萬(wàn)向車(chē)輪7的幫助得以順利分離病床自由活動(dòng)。

圖2 病床輪椅一體化分離模式側(cè)面視角

2 結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)

考慮到輪椅需要在平床模式和坐姿模式下的切換，將輪椅的設(shè)計(jì)分為了4部分，如圖3所示，分別為背板5、坐板7、腿板3、腳板1。坐板與輪椅底盤(pán)以及電動(dòng)推桿相連，在平床和坐姿模式切換中位置不發(fā)生改變。背板與坐板、腿板與坐板、腿板與腳板直接的連接均為鉸鏈連接。當(dāng)輪椅需要折疊時(shí)，放置于坐板前后的兩個(gè)電動(dòng)推桿分別推動(dòng)腿板和背板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)坐板兩側(cè)的推桿推動(dòng)腳桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，腿板和腳板的運(yùn)動(dòng)是同步的，可以看作腿板的電動(dòng)推桿同時(shí)推動(dòng)了腳板和腳板的運(yùn)動(dòng)。輪椅坐板7下通過(guò)焊接的方式固定在支撐架8上，支撐架8的大橫梁桿和小橫梁桿均通過(guò)螺栓連接的方式連接輪椅后輪9和輪椅前輪10。輪椅前輪10選用了活動(dòng)萬(wàn)向輪用于轉(zhuǎn)向（三視圖如圖4所示），而輪椅后輪8選用固定輪，方便傳遞驅(qū)動(dòng)力。

圖3 輪椅折疊部分

圖4 輪椅前輪萬(wàn)向輪三視圖

在輪椅設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到需要符合人體工程學(xué)，按病床的設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)準(zhǔn)以及輪椅的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)輪椅的尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)。輪椅后輪負(fù)責(zé)承載主要的重量，選用直徑為56 cm的充氣輪胎。在輪椅前輪方面選用15 cm的小輪，直徑大的小輪通過(guò)性更好，但直徑過(guò)大使所占空間變大，造成行動(dòng)不便的問(wèn)題[2]。在輪椅尺寸方面的輪椅平床模式時(shí)整體長(zhǎng)1 900 mm以讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿(mǎn)足90%人群的使用要求，整體寬度為600 mm，座位太窄會(huì)造成臀部及大腿組織受到壓迫，太寬則會(huì)使得輪椅操作不方便，更具體的，背板長(zhǎng)度最長(zhǎng)為720 mm、坐板長(zhǎng)度為500 mm、腿板為400 mm，腳板長(zhǎng)度為230 mm。

圖5 病床輪椅一體式平床模式

病床和輪椅一體形成一個(gè)完整的病床時(shí)，床輪3通過(guò)螺紋與支撐桿連接，支撐桿固定在床頭6與床尾1下，床頭6與床尾形成前后護(hù)欄保障病人的安全。在5床板活動(dòng)件下有可使床板抬起的電動(dòng)推桿結(jié)構(gòu)。床板由活動(dòng)件5與固定件7拼接而成，便于拆裝更換維修。

3 電動(dòng)推桿的選用

選用電動(dòng)推桿作為驅(qū)動(dòng)裝置，在輪椅背板與腿板以及腳板運(yùn)動(dòng)本文均選用電動(dòng)推桿。電動(dòng)推桿是一種將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速齒輪、螺桿、螺母、導(dǎo)套、推桿、滑座、彈簧、外殼及渦輪、微動(dòng)控制開(kāi)關(guān)等組成。以背板支起為例，電動(dòng)推桿一端通過(guò)鉸鏈固定在電動(dòng)推桿固定梁上，另一端通過(guò)鉸鏈固定在背板的固定梁上，電動(dòng)推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)背部床板總成繞鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)，完成背部支起功能[3]。在選用電動(dòng)推桿時(shí)需要考慮到推桿的行程、推桿的推力以及推桿的鎖緊力。不僅如此考慮到現(xiàn)實(shí)使用，還需盡量選用噪音較小的靜音推桿。

圖6為背部支起結(jié)構(gòu)受力分析簡(jiǎn)圖，背部板總成可圍繞鉸鏈A轉(zhuǎn)動(dòng)，θ為背部板總成與水平方向的夾角，按功能需求確定 θmin＝ 0°，θmax＝ 80°。B，C 分別為電動(dòng)推桿與背部板總成、背部鉸鏈固定梁的鉸接點(diǎn)，β為電動(dòng)推桿與水平方向夾角，m為鉸鏈A與鉸鏈B的水平方向尺寸，n為鉸鏈與鉸鏈C的豎直方向尺寸。

圖6 背部支起結(jié)構(gòu)受力分析簡(jiǎn)圖

可得到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖中各參數(shù)的幾何關(guān)系：

在多功能智能輪椅一定的高度和背部床板總成長(zhǎng)度范圍內(nèi)，隨著電動(dòng)推桿行程的增大，水平固定距離m和豎直固定距離n均增大，電動(dòng)推桿最大推力值也相應(yīng)增大[4]。電動(dòng)推桿的型號(hào)和最終固定位置的確定不僅要考慮推力的大小，還要考慮背部支起機(jī)構(gòu)的角速度和鉸鏈承載力的大小。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種新型的方便下輪椅的拆分床結(jié)構(gòu)，介紹了所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的具體組成以及各個(gè)模式的切換方式，并且對(duì)電動(dòng)推桿的推力作用方式進(jìn)行了分析。所設(shè)計(jì)的拆分床結(jié)構(gòu)很好地解決了病人從病床轉(zhuǎn)移到輪椅上不方便，易受傷的問(wèn)題，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，作為滿(mǎn)足未來(lái)的普及型醫(yī)療機(jī)構(gòu)的條件既有很好的優(yōu)勢(shì)。隨著我國(guó)人口老齡化的加快，老年慢性病患者日趨增多，建立和完善家庭病床模式已成為我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題[5]。目前各地的醫(yī)療改革也在加速進(jìn)行，部分地區(qū)將家庭病床納入醫(yī)保也有利于這種病床的普及。