楊文斌+徐博銘+宋文歌

摘 要：本作品針對(duì)需要護(hù)理的老年人以及行動(dòng)功能障礙者，對(duì)國內(nèi)外護(hù)理床對(duì)比分析研究，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出了一種多功能康復(fù)護(hù)理床。該護(hù)理床兼具起背、側(cè)翻身、坐起、背部按摩排泄物清理以及下肢康復(fù)訓(xùn)練的功能，充分考慮了患者日常活動(dòng)和生活需求，具有功能調(diào)節(jié)性強(qiáng)、定制化程度高、變形功能可靠、康復(fù)效果好等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：按摩；護(hù)理；轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：R473.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0030-02

1 概述

對(duì)于老年人以及殘疾人家庭來說，漫長的康復(fù)和護(hù)理工作是十分繁瑣的。雖然我國非常重視并投入大量資金發(fā)展護(hù)理床行業(yè)，但是我國的護(hù)理床水平仍不能滿足當(dāng)今社會(huì)人們的需求。

從醫(yī)護(hù)的角度，工作人員每天重復(fù)著翻身抬腿等護(hù)理工作，這些工作需要大量的時(shí)間和體力，增加了醫(yī)療護(hù)理的成本。從需求的角度，隨著人口老齡化的趨勢加深，中國的大多數(shù)家庭都會(huì)成為護(hù)理床的潛在消費(fèi)者，護(hù)理床的市場前景遠(yuǎn)大。從技術(shù)的角度，我國在自動(dòng)化輪椅、及被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練器材的科研成果較多，但多功能護(hù)理床的研究尚處于起步階段。因此設(shè)計(jì)一個(gè)社會(huì)醫(yī)療可控制的護(hù)理床具重要的意義和前景。

2 按摩護(hù)理床的起背機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

起背功能主要用于實(shí)現(xiàn)坐姿或者倚靠功能，機(jī)構(gòu)方案如下：

起背結(jié)構(gòu)最終采用圖1所示，背撐板需要考慮側(cè)翻身與起背機(jī)構(gòu)可能發(fā)生的干涉問題，同時(shí)避免與按摩模塊發(fā)生干涉，故將起背支撐機(jī)構(gòu)放置在床身兩側(cè)，通過滾輪與背撐板接觸，使背撐板運(yùn)動(dòng)過程足夠平穩(wěn)，并利用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦，提高機(jī)器工作壽命。

3 按摩護(hù)理床的按摩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

背部按摩機(jī)構(gòu)的作用是為了促進(jìn)背部血液流通，改善臥床患者生理機(jī)能，同時(shí)，患者長期平躺在護(hù)理床上，其背部肌肉長期處于緊張狀態(tài)，容易引起肌肉僵化等系列健康問題，使患者承受二次傷害，而適當(dāng)?shù)牧Υ碳ぐ茨捎行Ь徑膺@一癥狀的發(fā)生。

對(duì)于按摩機(jī)構(gòu)的選擇，主要以轉(zhuǎn)動(dòng)類和擺動(dòng)類結(jié)構(gòu)為主，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)曲柄及背部按摩，曲柄帶動(dòng)搖桿實(shí)現(xiàn)腰部按摩，結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)對(duì)于背部壓力緩解效果較好。圖2為按摩機(jī)構(gòu)圖。

4 按摩護(hù)理床的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

按摩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)主要考慮按摩儀在使用與未使用時(shí)人的舒適程度，如果沒有按摩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，在按摩機(jī)構(gòu)未使用時(shí)托起人體背部的將是凹凸不平的按摩儀表面 ，為避免這類現(xiàn)象可在按摩儀表面加上較厚的硬海綿墊子，這可避免在不使用按摩使的不適程度，但這層厚墊會(huì)大大減弱按摩時(shí)的效果。因此加入按摩轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使按摩使用時(shí)效果顯著，不使用時(shí)又不影響一個(gè)床所給的舒適程度。

最終方案選用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換這不僅適應(yīng)了更加多樣的使用需求，使按摩機(jī)構(gòu)設(shè)置為可選機(jī)構(gòu)，且曾強(qiáng)機(jī)器一體同時(shí)增加更多功能，如圖3所示：

護(hù)理床通過該支座可實(shí)現(xiàn)同時(shí)在背部擁有三種支撐方式，并通過電機(jī)進(jìn)行切換，目前可選功能有按摩機(jī)構(gòu)、普通床墊以及水床，滿足患者在不同時(shí)期的不需要。

5 按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的整體支撐

按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的整體支撐需滿足不影響按摩床的起背功能與側(cè)翻身功能，且按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在起背時(shí)與上床板同步運(yùn)動(dòng)，如果按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在床身上由床身支撐，在起背時(shí)不隨床板運(yùn)動(dòng)，則床板上的大空洞無法填補(bǔ)，成為按摩護(hù)理床的一大缺陷。最終選擇在上床板與上床板鉸接處及上床板與床身鉸接出形成支撐點(diǎn)。使按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的整體支撐需滿足影響按摩床的起背功能與側(cè)翻身功能，且按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在起背時(shí)與上床板同步運(yùn)動(dòng)。

6 總體設(shè)計(jì)后的優(yōu)化

6.1 按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的功能轉(zhuǎn)換

在按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換時(shí)，由于只有電動(dòng)機(jī)上的小齒與按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的大齒嚙合控制按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)。而大小齒之間有一定的間隙，電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)按摩儀表面或背墊表面與床板平行時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由于慣性保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一致使電機(jī)軸及嚙合齒輪間產(chǎn)生彈性變形，最終導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來回?cái)[動(dòng)無法快速停止，影響功能轉(zhuǎn)換的性能。

最初的解決方案為在按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中添加阻尼，阻尼越大旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)停下所需要的時(shí)間越少，但是在正常旋轉(zhuǎn)過程中增加阻尼也就增加了電機(jī)的負(fù)載。

最終的方案為在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一端添加棘輪機(jī)構(gòu)，使整個(gè)按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處于單向旋轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)由于有棘輪機(jī)構(gòu)的存在，因此會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)快速停止，且在正常單向旋轉(zhuǎn)時(shí)棘輪不會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的阻力。棘輪買的是標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，然后進(jìn)行銑削加工，使之與支撐軸筒連接。

6.2按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的按摩儀接線方法

滑動(dòng)環(huán)是負(fù)責(zé)連接旋轉(zhuǎn)體和傳遞能量和信號(hào)的電子元件。根據(jù)傳輸介質(zhì)，滑動(dòng)環(huán)被分為電動(dòng)滑環(huán)、流體滑環(huán)、平滑環(huán)，也可以被通俗地稱為“旋轉(zhuǎn)連接”或“旋轉(zhuǎn)”?；h(huán)通常安裝在設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心，主要由旋轉(zhuǎn)和休息組成。旋轉(zhuǎn)部分的連接結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為“轉(zhuǎn)子”，仍然是部分連接的設(shè)備固定的能量結(jié)構(gòu)，稱為“定子”。

滑環(huán)可以用在任何360°旋轉(zhuǎn)連續(xù)傳動(dòng)功率和數(shù)據(jù)信號(hào)的機(jī)電系統(tǒng)，通常稱為導(dǎo)電滑環(huán)、電刷，適配器，集電環(huán)，收集器，旋轉(zhuǎn)接頭，收集戒指，戒指，換向器，等等，其原則是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)電流機(jī)制，數(shù)據(jù)信號(hào)或圖像與電力傳動(dòng)精密傳動(dòng)裝置。通常用于360無限連續(xù)旋轉(zhuǎn)，從一個(gè)固定位置到旋轉(zhuǎn)位置的請求，傳輸電信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)。

滑環(huán)的獨(dú)特優(yōu)勢：（1）360°流暢無限。（2）耐磨保證超長工作壽命。（3）高性能、低力矩、低噪音、運(yùn)轉(zhuǎn)平滑可靠。

6.3按摩儀及背墊的復(fù)位方式

復(fù)位方式為彈簧壓縮產(chǎn)生的壓力推動(dòng)按摩儀或背板的復(fù)位，彈簧一端頂在光桿固定支座上，另一端頂在光桿直線軸承上。這樣的復(fù)位方式既不需要額外的加工，又不改變旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，且整個(gè)機(jī)構(gòu)關(guān)系緊密，外形分布合理。最終復(fù)位方式如圖8所示：

7 結(jié)束語

本文通過對(duì)課題的分析，對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行模塊劃分，確定設(shè)計(jì)方案，逐步完成按摩護(hù)理床結(jié)構(gòu)。

用Auto Inventor三維軟件進(jìn)行建模，完成了建模、渲染等，研究設(shè)計(jì)了按摩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過理論控制模擬仿真。利用CNC加工并焊接出實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行完善。

本文雖然理論上已經(jīng)完成了建模，仿真以及實(shí)物模型設(shè)計(jì)加工，但扔有很多地方存在不足，需要不斷改進(jìn)。

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