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冯健包仁人
摘要:该文基于人体工程学设计了一种多功能护理床的抬背机构。采用SolidWorks软件对护理床的抬背机构建造模型,然后利用软件MATLAB对抬背运动状态进行仿真。通过力学理论进行力学计算,分析床板在运动状态下的角速度,角加速度及背部摩擦力对患者舒适度的影响,仿真得出的结果满足了设计需求,验证了方案可行性。
Key:护理床;抬背机构;仿真
:TH132文献标志码:A
0引言
随着老龄人口和无法自理人士的持续增加,护理问题逐渐突出,特别近几年来由于床位的不足和护理人士的不够,使得人们对医疗护理类产品的需求也越来越大。在我国,由于技术水平起步晚,护理床的普及率和技术水平相比发达国家还存在一定差距,目前国内市场上的护理床较多,但普遍关注功能型,舒适性的护理床还是比较少,抬背机构作为护理床的最主要功能之一,可以帮助长期卧床的老人和患者改变坐姿,以防止关节坏死及肌肉萎缩。
该公司已经研发了一种护理床,对抬背机构重新设计,提供了一种更符合人体工程学的抬背方式。通过对抬背机构的建模及运动学仿真,提高了机构运动性能,为护理床的研发提供验证了设计的可行性,保证了机构运动的安全性及舒适性。
1抬背机构的设计分析
护理床的抬背机构简图如图1所示,该机构由多连杆和一个电动推杆驱动,为八杆单自由度平面机构。选取滑块作为原动构件,即可确定机构运动的仿真。
该抬背机构可以弥补传统抬背方式的背压感。抬背时,病人背部会有一定程度地上升,背板逆时针转动的同时也会向上抬起,即背板有一个左上方運动趋势,这样抵消了背部相对抬背板向下的滑移,减轻了病人背部相对于背板的摩擦力,使病人的背部更加舒适,不再具有压迫感,更符合人体工程学。
2运动模型的建立
3运动学仿真
在MATLAB软件中进行编程绘制机构的运动参数图,电动推杆根据负载不同,推进速度也不同,这里把推杆看作匀速运动,取速度V=15mm/s,DA=368mm,CA=54mm,EF=550mm,DA的运动范围在283°~352°,θ1+θ2+2°
图2为杆DF的角速度图。
图3为杆DF的角加速度图。
通过MATLAB仿真的图形可知,当推杆以匀速运动时,背板的角加速度变化率较小,从图2和图3可知,背部支板角速度、角加速度,在曲线末段均出现7s前,角加速度为负值并且随时间t逐渐增大,基于人体工程学考虑,t=7s前会出现骤然上升的现象,之后趋于平缓,且t=20s时,杆DF角度达到70°,各运动曲线符合运动学基本规律,符合护理床设计要求,证明了运动学模型的正确性。
4结论
该护理床采用5杆抬背机构形式,抬背在运行过程中沿着床头方向斜上方平移,极大地减少了对用户的背压感,并且通过MATLAB对抬背机构的仿真,通过
图形对比得知,电动推杆以匀速的速度进行推进时,更符合人体工程学,同时该护理床结构稳定,对以后的研发提供了有力的依据。
Reference
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-全文完-