可平移式老年轉移床及其控制系統(tǒng)

朱麗 劉謀德 馬依煒 章張江 李兵 魏玉蘭

摘 要：為了便于臥床老年人安全轉移，針對床板的移動設置了電動和手搖兩種模式。實現了床板的左右移動，到指定位置停止，突發(fā)情況急停，可控移動速度等功能。經試驗研究，該系統(tǒng)更人性化、安全化。

關鍵詞：手搖;電動;急停;限位

1 緒論

本項目從老年人入手，針對更換床位過程繁瑣，過程容易造成二次傷害，我們對老年人的起居進行研究，運用機械設計的方式，設計一款可平移式老年轉移床。D.B Forster等人采用電動遙控控制護理床，床體可變形成輪椅藏于床內。[1]但整體設備體積龐大，對于空間存放要求高。黎世勤等人設計的床與氣墊組合成一個有機整體，充氣時，床頭可以自動抬高，易于保護老年人肢體擺放。[2]桑凌峰等人研究的是輪椅與擔架為一體用于轉移老人的床。[3]張世旭等人對搬運人體采取了吊臂升降抓取轉移。[4]沒有考慮到搬運過程中，采用抓取動作是否會對老年人的身體造成不必要的傷害。本組設計區(qū)別于國內外運用先進技術、造價高的局限性，具有創(chuàng)新性和造價低的特點。

2 結構設計與工作原理

2.1 床板平移至轉移升降板上

床架中間放置一根滾珠絲杠，其兩側放置光桿。其中滾珠絲杠起主運動作用，光杠起導向作用，避免移動位置偏移。（如圖1所示）滾珠絲杠與光桿的滑塊連接在同一塊工作臺上。電機在錐齒輪的嚙合下帶動滾珠絲杠上的螺母移動，螺母與工作臺相連，利用工作臺上的凸塊與床板下的凹塊配合，推動床板向轉移升降平臺移動。由此實現平移功能。待床板移動到極限位置觸碰限位開關時，電機停止轉動。轉移升降板抬升，使配合的凹塊與凸塊分離，移出床板。

2.2 床板轉移

轉移升降板從床底拉出，通過液壓系統(tǒng)控制上升至與床同高。待床板移到升降轉移床上之后，利用快速定位夾固定，再次抬升至凹凸塊脫離，然后將升降轉移床推至目的地。僅靠單獨的轉移床就能實現將老人從主床上抬起后轉移的功能。

3 控制原理

3.1 手動控制

在滾珠絲杠靠近電機一側裝有手輪，在停電時，搖動手輪，帶動絲杠轉動，使轉動化直線運動，也可將床架蓋板水平手動搖出。簡單方便，可自由控制平移速度。

3.2 電機控制

可平移床架蓋板式老年護理轉移床的平移方向是通過電機正反轉來執(zhí)行的。其速度可利用電機調速器改變檔位控制快慢。控制流程圖如圖2所示。

3.3 執(zhí)行控制回路的設計

為了減小機械沖擊，使電路出現斷開短路電流過大的可能概率降低并提高容錯率[5]，在設計控制部分時達到控制互鎖，結合急停按鈕、電動式按鈕、限位開關的合理使用，實現電機起動與正反轉等功能，在電路的完善程度方面，做到了兼容并蓄能夠使得可利用價值和持續(xù)使用時長上有所改進。[6]控制回路原理圖3所示。

按下正向工作按鈕SB2，接觸器KM1接收電路中電流得電，使得銜鐵受力吸合并自鎖。以齒輪裝配的減速部件和交流電機組裝成的交流減速電機啟動，電機轉子逆時針運動，可平移床板緩緩移出。當一種以PVP材料制成的方形工作平臺運行至終止工位時并觸發(fā)終端ST1時，ST1上的電磁鐵斷電，銜鐵松開，KM1常開觸點閉合，時間繼電器KT1工作，一定時間后其雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時閉合，常開觸頭合攏，KM2線圈得電產生電流的磁效應吸合并自鎖，電機轉子在相反電流方向下反向旋轉，可平移床板沿著工作路線返回，當工作臺撞擊起點端ST2時，ST2上的常閉觸頭在物理層面斷開，隨即KM2線圈電路不得電，令其常開觸頭閉合，半導體式時間繼電器KT2在控制電路中開始工作，控制常閉觸頭在該方向上斷開，電路中的電流無法流通，電路隨即停止工作。需要停止時，按下停止按鈕SB1。其中ST3，ST4為左右限位行程開關，用于防止超過左右限位。[5]

4 主床板運動電機選擇

4.1 電機功率

5 結論

本文描述的可平移式老年轉移床與傳統(tǒng)的護理床比，本系統(tǒng)設計更人性化、智能化。采用轉移升降板在液壓系統(tǒng)的控制下進行抬升與此同時利用滾珠絲杠定向平移床板的方法，轉移行動不便的臥床老人至醫(yī)院，實現自動化控制。項目的作用符合當今社會的人道主義精神和滿足對弱勢群體的人文關懷。

參考文獻：

[1]Foster D B，Caldwell H，Harris K，et al.Multiple position adjustable day night patient bed chair：US，5230113[P]：1993-07-27.

[2]黎世勤，李炎，呂曉娟.老年人居家護理床的研制和應用[J].護理學報，2017（7）.

[3]桑凌峰，傅建中，甘中學，等.輪椅擔架一體化護理機器人設計[J].機械設計與研究，2018（5）.

[4]張世旭，顏紅，張滬平.新型醫(yī)用床搬移裝置的研制與應用[J].護理學雜志，2005（10）.

[5]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017：44.

[6]江豪，王威，劉永平.多功能護理床的研究與開發(fā)[J].微計算機信息，2006，22（20）：117-119.

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號：201910347033）

*通訊作者：魏玉蘭（1980—），女，河北邢臺人，博士，講師，主要研究方向為機器人運動及振動控制、圖像處理與模式識別。