醫用床多功能結構設計分析研究

喻虹琳，何澤新，何曉芬

（貴州工程應用技術學院機械工程學院，貴州 畢節 551700）

醫用床是一種能協助患者調整體位，促進患者恢復身體機能的機械設備，隨著經濟水平的發展，民眾對醫療的需求迅速擴大，與此同時，人口老齡化進程加快，老年人常見病、慢性病的日常護理等醫療服務需求升級，需求的爆發將促使未來我國醫用床市場快速增長。

1 醫用床現有結構功能分析

我國醫療器械發展起步較晚，與發達國家相比，醫療器械行業的研發投入、創新能力、科技成果轉化能力等方面相對薄弱。目前，我國市場上使用的醫療床技術含量相對較低，功能簡單，制造粗糙。

第一類，單搖床結構，單搖病床由床頭、床面、床架、護欄、單搖傳動機構及腳輪組成。這類醫療床，較為傳統，功能單一，癥狀較輕的患者可使用。第二類，多搖床結構，此類病床，除了具有基本單搖床的結構之外，其功能比單搖床復雜，適用于重癥患者。第三類，電動醫用床結構，電動醫用床主要是以電動式液壓傳動系統為動力，由控制開關、調速閥和真空電磁閥構成主體的組合而成，根據電動式液壓齒輪泵提供液壓傳動系統動力裝置，調節各個雙邊油壓缸的往復運動，并根據手柄按鍵調節手術床進行各種位置的轉換，如調節、上下傾、前后左右傾、腰后背調節、移動固定不動等功能。

通過對以上三類常見醫用床的分析，發現其主要存在的問題是功能結構單一，使用不方便。為解決這個問題，本文根據現有市場需求，設計一款功能較多，使用舒適的醫用床。

2 醫用床總體尺寸確定及其功能結構設計選型與分析

查閱資料，依據有關規范，確定本設計多功能醫用床的總體尺寸為：如圖1。

圖1 多功能醫用床總體結構

長×寬×高：2100mm×1000mm×600mm。

根據設計需要，確定總體結構，并對其內部重要功能機構，進行選型設計和坐標分析，主要包括支背結構、屈腿結構、側翻結構和升降結構。

2.1 支背結構選型設計與坐標分析

支背結構是協助患者實現坐和躺動作的結構。如圖2，1 為后側面板，2 為可轉動面板，3、4 為螺旋式連接。后面板1 和轉動杠桿2 由轉動軸線靜止連接，轉動軸線與床框架 O 點相連接，轉動杠桿2 與螺旋連接件3 相互連接，并且螺旋連接件3 和4 構成螺旋對。螺釘4 與床框架0′是通過關節進行連接。操作時，螺釘3 延伸，使回轉杠桿2 圍繞O 點旋轉，而回轉盤則驅動背面面板進行支撐。

圖2 支背結構

如圖3 對支背機構運動進行坐標分析，設置后背板和床架鉸接點O 為坐標系起點(0,0)，X 軸為醫用床水平方向，Y 軸為醫用床豎直方位，創建直角坐標系mm。O′為電推棒與床上的關節，AO 為后板，BO 為轉動盤，BO′為電控。a 是X 和后板之間的角度，而β 是X-和斜線00'之間的角度，Δ 是X-和電推進之間的角度，而θ 是轉動杠桿的角度。該機構的主要座標為O 點、B 點和O′點，O 點是坐標的起點。床下室內空間、支背角度、e 取值等會影響B 點，因此基本設置B 點坐標(一60，一86),X1350。O′點的座標：受床下空間、支后角、電動推桿起始長度等因素的影響，從諸多方面來確定，O′座的座標（814,58)，δ=178，β=40。

圖3 支背結構運動坐標分析

2.2 屈腿機構選型設計與坐標分析

屈腿機構是一種可以協助病人屈膝、伸腿、協助病人進行腿鍛煉的機械結構。其結構如圖4,1 為腿部鋼板，2 為小腿鋼板，3 為腿部鋼板，4 為可轉動鋼板。5 和6 為螺紋連接件。操作時，由螺旋式拉鏈5 延伸，旋桿驅動大腿板，腿板驅動腿部板鏈，使其進行彎曲動作。

圖4 屈腿機構

如圖5 對屈腿機構運動進行坐標分析，將腿部和床身的關節O 設置為座標（0、0)，X 軸是醫用床的橫向，Y 軸線是醫用床的縱向，并設置了以mm 為基準的直角線。O′點是小腿支撐桿和床架的固接點，O″點是電動推桿和床架的鉸接點，AO 是大腿板，AB 是小腿板，BO′是小腿支撐桿，CO 是轉動板，CO″是電動推桿。α 是X 軸和大腿板夾角，β 是X 軸和斜杠OO″的夾角，δ 為是X 軸和電動推桿的夾角，θ 是轉動桿夾角。該機構中O 點、A 點座標己知。O′、B 的功能是決定腿部的大小和部位。在各種條件下，初步確定了小腿支承板的大小為346mm、O′座標（-414、0）、B座標（-760,0）。初始設置C 點的座標（27、101），θ=105°。初始設置O" 的座標（-799，-58)，δ 為3°，β 為4°。

圖5 屈腿機構運動坐標分析

2.3 側翻機構選型設計與坐標分析

側翻裝置在防壓傷方面效果明顯，為了有效地對患者進行平穩的翻轉，其調整度數需設置在60°以內。其結構如圖6，1 是側翻板，2 是滑塊連桿，3 和4 是螺旋連桿。側翻板一端和床板O 點固接，另一端和滑塊連桿構成移動副，滑塊連桿和螺旋連桿3 固接，螺旋連桿3 和4 構成螺旋副，螺旋連桿4 固定于床板O′點。工作時，螺旋連桿3 伸展推動滑塊連桿順著側翻板下邊的滑槽滾動，滑塊連桿推動側翻板繞O 點旋轉，進行側翻運動。

圖6 側翻機構

如圖7 對側翻機構運動進行坐標分析，設置了臥式翻轉裝置和床身框架的連接處O 作為座標（0、0)，X 軸是護士床的橫向方向，Y 軸線是護士床的縱向，并設置了以mm 為基準的座標。O′點是電動推桿和床板固接點，B 點是滑塊的定位點，OB 是側翻板，AB 是滑塊曲軸，AO′是電動推桿。α 是X 軸和側翻板夾角，β 是X軸和斜線OA 的夾角，δ 是x 軸和斜線00′的夾角。θ是x 軸和電動推桿的夾角。O′點坐標關鍵用于明確電動推桿的具體位置和長度，充分考慮各種因素，基本設置O′點坐標(-379,-463)，θ=80°。A 點和B 點主要作用是明確滑塊連桿的尺寸和部位，依據側翻板尺寸明確B 點坐標為(-450,0),而AB 桿尺寸偏小時，電動推桿必須很大的行程安排才可以推動側翻板進行0 ～60°調整，AB 桿尺寸偏大時，會造成電動推桿原始長短被縮小，無法進行正常的翻轉作用，充分考慮各要素，明確A 點坐標為(-311，-91)。

圖7 側翻機構運動坐標分析

2.4 升降機構選型設計與坐標分析

升降機構主要是使醫用床起、落以及傾斜的裝置。如圖8，1 為底片，4 為滑動條。2,3，5,6 為螺桿組。在螺釘2、5 的拉長過程中，使底板1 起到提升的作用。在螺紋連接件2 不改變的情況下，使螺旋連接件5 延伸，使床的頭部部位向上移動，從而實現了后傾的作用。相反，它可以實現前傾的作用。

圖8 升降結構

如圖9 對升降機構進行運動坐標分析，設置床板的中心位置O 作為坐標（0、0)，X 軸是醫用床的橫向，Y 軸線是醫用床的縱向，設置了以mm 為基準的直角線。在原點上求取A、B、C、D 點的座標。這4 個座標分別決定2 個電推器的定位和起始長度，并且在考慮到護理臺提升沖程（200 毫米）、裝配間隙和載荷條件下，確定A 點座標（1000、-60）、點B 座標（-1000、-60）、C座標（-810、-455）、點D 座標（810、-455）。

圖9 升降機構運動坐標分析

3 結語

本文主要根據市場上醫用床的種類及其結構性能進行分析，針對現目前醫用床結構單一的缺點，對醫用床的多個功能，如支背結構、屈腿結構、側翻機構、升降結構進行了選型設計及其運動坐標分析研究。確定其多種功能結構，讓醫用床能夠更方便的為病人服務。