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一．前言
隨著人口老齡化速度的加快，護理業(yè)服務受到了嚴峻的挑戰(zhàn)，醫(yī)療和社會保險系統(tǒng)面臨前所未有的壓力，因此為老年患者服務的護理型病床的需求正不斷增加。針對這一現(xiàn)象，本文詳細論述了針對缺乏自理能力的老年人及行動不便的病人設計的多功能護理床的基本結(jié)構(gòu)和功能原理。該病床能夠幫助病人實現(xiàn)翻身、坐起、屈膝、排便及吃飯，解決了護理病人過程中的諸多不便，進而提高了我國護理業(yè)服務，有力地促進了我國的醫(yī)療保健事業(yè)的發(fā)展。本文首先基于人機工程學，進行了護理床總體方案的設計，根據(jù)相關(guān)標準及調(diào)研結(jié)果，制定了護理床的設計原則，功能要求及設計指標；完成了護理床本體的總體方案設計。然后，采用自上而下的方法完成了護理床結(jié)構(gòu)詳細設計并給出了全套的設計圖。主要包括總體框架、抬腿部件、抬背部件、翻身部件等功能模塊。其中，排便部件極大地體現(xiàn)了對老年人的關(guān)懷。本文針對上肢正常下肢喪失或者暫時喪失運動能力的老年病人以及殘障人士設計了一種多功能護理床。該護理床可幫助病人實現(xiàn)支背、曲腿、側(cè)翻等動作,亦可對病人下肢進行康復訓練,加快肢體功能的恢復。本文主要包括以下內(nèi)容: 1)提出了設計要求和設計指標;確定了護理床的尺寸長度及各床板所需達到的角度;確定了各功能模塊機構(gòu)的空間位置;設定選擇各機構(gòu)的原則,并依據(jù)該原則選定滿足要求的機構(gòu)構(gòu)型。 2)分別建立支背機構(gòu)、曲腿機構(gòu)、側(cè)翻機構(gòu)的運動學模型,對各機構(gòu)進行運動學分析;分別設定各機構(gòu)中所有桿件的尺寸以及各桿件的轉(zhuǎn)動角度范圍;采用矢量方程解析法得出各桿件位移、速度、加速度的函數(shù)表達式并對其進行分析。 3)對整體床架進行結(jié)構(gòu)設計和材料選擇;對多功能護理床的支背、曲腿、側(cè)翻功能模塊進行結(jié)構(gòu)設計;對各機構(gòu)進行力學分析,從而確定驅(qū)動電機型號;展示多功能護理床在各功能狀態(tài)下的三維立體圖。 4)運用ANSYS軟件分別對床架以及升降橫梁進行應力應變分析,根據(jù)分析結(jié)果得出該零部件具有較高的剛度和強度,能夠滿足設計要求。
二．護理床的運動學優(yōu)化
運動學是理論力學的一個分支學科，它是運用幾何學的方法來研究物體的運動，通常不考慮力和質(zhì)量等因素的影響。至于物體的運動和力的關(guān)系，則是動力學的研究課題。
運動學主要研究點和剛體的運動規(guī)律。點是指沒有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點。剛體是沒有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運動學包括點的運動學和剛體運動學兩部分。掌握了這兩類運動，才可能進一步研究變形體(彈性體、流體等)的運動。
在變形體研究中，須把物體中微團的剛性位移和應變分開。點的運動學研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運動學還要研究剛體本身的轉(zhuǎn)動過程、角速度、角加速度等更復雜些的運動特征。剛體運動按運動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉(zhuǎn)動、剛體平面運動、剛體定點轉(zhuǎn)動和剛體一般運動。
多功能醫(yī)用護理床的運動學分析，主要是為了進一步確定各機構(gòu)的桿件尺寸，在滿足各機構(gòu)運動要求的前提下，保證在運動的時候各機構(gòu)之間不能發(fā)生干涉現(xiàn)象，同時多功能醫(yī)用護理床的運動學分析也時為了在滿足機構(gòu)運動的條件下，使機構(gòu)在運行的過程中達到機構(gòu)運動的優(yōu)良的運動學狀態(tài)，得到優(yōu)化后的設計數(shù)據(jù)及桿件尺寸數(shù)據(jù)。
多功能醫(yī)用護理床的運動學分析基于ADAMS機械分析軟件。ADAMS是全球運用最為廣泛的機械系統(tǒng)仿真軟件，用戶可以利用ADAMS在計算機上建立和測試虛擬樣機，實現(xiàn)事實再現(xiàn)仿真，了解復雜機械系統(tǒng)設計的運動性能。
多功能醫(yī)用護理床的側(cè)翻機構(gòu)運動學分析，是以側(cè)翻背板的角加速度的最大值最小化為目標函數(shù)，建立運動學方程，基于ADAMS機械分析軟件，得到滿足機構(gòu)要求的機構(gòu)參數(shù)。
側(cè)翻機構(gòu)的左右兩部分相同，只研究右半部分的側(cè)翻機構(gòu)。
圖4-1 側(cè)翻機構(gòu)關(guān)鍵點簡圖
過O點建立坐標系，以水平方向為X方向，以豎直方向為Y方向。
表4-1 坐標系中各點位置
坐標點
X坐標/mm
Y坐標/mm
O
0
0
A
X1
Y1
B
X2
Y2
C
X3
Y3
D
X4
Y4
把所有零部件視為剛體，OA為線性推桿，其長度可以變化，最短長度為348mm。側(cè)翻所轉(zhuǎn)過的角度與各個點的坐標有關(guān)。
根據(jù)圖解法得到的初始設計數(shù)據(jù)，建立了虛擬樣機模型，經(jīng)過運動學優(yōu)化之后，得到了滿足機構(gòu)運動要求的參數(shù)及尺寸。但這樣的虛擬樣機優(yōu)化與實際樣機還存在著一定的距離，所以，本文作者通過運動學優(yōu)化之后的數(shù)據(jù)，作為動力學優(yōu)化的初始數(shù)據(jù)，再對機構(gòu)進行動力學優(yōu)化，真正滿足機構(gòu)在運動過程中的安全性及可靠性。
三．總結(jié)
世界范圍內(nèi)人口老齡化的大背景下,我國也進入老齡化行列。據(jù)統(tǒng)計到2008年底,我國60歲以上的人口約達到1.6億,老齡化率為12%,據(jù)預測到2020年我國老齡化水平將達17.17%,到2050年我國老齡化水平將推至30%以上。 據(jù)資料顯示,約79.1%的老人至少有一種慢性病。慢性病使病人長期臥床不起、產(chǎn)生褥瘡等并發(fā)癥,并且由此引發(fā)的肢體運動性障礙顯著增加。定時為病人翻身可預防或減少褥瘡的發(fā)生;定時對病人的肢體進行康復訓練可大大增強病人肌體的活性,提高自身免疫力。
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