多功能医用护理床的结构设计及优化【带solidworks三维】【5张CAD图纸】

多功能医用护理床的结构设计及优化

60页 22000字)+说明书+外文翻译+开题报告+solidworks三维+5张CAD图纸

A0总装配.DWG

A1床上框架.DWG

A1床下框架.DWG

A2侧翻（左边）.DWG

A3抬背.DWG

solidworks三维图

外文翻译--机器人化多功能护理床研究与探讨.doc

多功能医用护理床的结构设计及优化开题报告.doc

多功能医用护理床的结构设计及优化说明书.doc

控制系统图.pdf

摘   要

多功能医用护理床是一种针对危重病人和瘫痪病人的特殊需要而设计的，能随意调节床的背部和脚部的角度。即使不能自理者，护理人员也可通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。本文针对上述情况，提出了一种新型的多功能医用护理床，采用三维数字化设计软件soliderworks对其进行建模和装配，然后导出到CAD进行修改。利用机械分析软件ADAMS对其进行运动学及动力学分析，研究了床板在各种运动状况下的角加速度对患者舒适度的影响及线性推杆在各姿态下的受力状况，并利用ADAMS提供的优化功能对其分别进行了运动学和动力学优化；以角加速度最大值的最小化作为优化目标函数进行运动学优化，以线性推杆受力的最大值最小化作为动力学优化目标函数，得到满足设计要求的机构参数。采用力学理论分别对多功能医用护理床的主要零件进行力学计算，保证了机构运动的安全性及稳定性。控制系统采用单片机控制，通过单片机控制，实现各个机构的运动，安装传感器来控制机构所转过的角度。利用单片机为主的控制系统，达到控制要求。

关键词：多功能医用护理床，干涉检验，运动学优化，动力学优化，控制系统Multifunction Nursing-bed is designed for those critically ill patients and the special needs of paralyzed patients designed bed is able to adjust the angle of the back and feet. Even if we can not take care of themselves, the nursing staff can also be operated bedside controller to reduce the care of sick and disabled patients with the labor intensity. In this paper, the above situation, a new type of multi-functional medical care beds, the use of digital three-dimensional design software for modeling and soliderworks its assembly, then export to CAD and correct it. the mechanical analysis software ADAMS kinematics and dynamics of its analysis, research of the bed board in the under a wide variety of sports on the angular acceleration of the impact of patient comfort and linear putter in the posture of the force, and provided the use of optimization ADAMS conducted its kinematic and dynamic optimization; to angular acceleration The minimum value of objective function as for kinematic optimization, linear putting maximum stress as a dynamic optimization to minimize the objective function. Have to meet the design requirements of the body parameters. Finite calibration methods of mechanics of materials, respectively, of multi-bed medical care for the mechanical parts of the main check to ensure the safety of the movement and stability. Control system adopts microcomputer control, through MCU control, to achieve the movement of various agencies, to install sensors to control the body turn angle. Use of microcomputer-based control system to control demand.

Key words: Multifunction Nursing-bed, interfere check, kinematics optimization, dynamics optimization, control system

目录

1 绪论1

1.1 课题的目的及意义1

1.2 国内外研究状况及发展趋势1

1.3 本文主要研究内容6

1.4 本章小结6

2 护理床结构的整体方案7

2.1 护理要求7

2.2 护理床的总体方案构思7

2.3 本章小结9

3 护理床的结构设计10

3.1 引言10

3.2 侧翻机构10

3.3 抬背机构11

3.4 曲腿机构13

3.5护理床的三维建模14

3.6 本章小结16

4 护理床运动学优化17

4.1 引言17

4.2侧翻机构的运动学分析17

4.3抬背机构的运动学分析23

4.4曲腿机构的运动学分析26

4.5本章小结29

5 护理床动力学优化30

5.1引言30

5.2侧翻机构动力学分析30

5.3抬背机构动力学分析32

5.4曲腿机构动力学分析34

5.5本章小结36

6 护理床的力学分析37

6.1 引言37

6.2 力学计算37

6.3 本章小结40

7 护理床控制系统设计41

7.1 引言41

7.2 直流电机控制原理41

7.3 控制系统方案41

7.4 控制系统的硬件设计43

7.5 控制系统的软件设计48

7.6 本章小结52

8 结论53

8.1 课题结论53

8.2课题展望53

参考文献54

致谢56

1 绪论

1.1 课题的目的及意义

多功能医用护理床是针对生活不能自理的病人、危重病人和瘫痪病人的特殊需要而设计的，能随意调节床的背部和脚部的角度。即使不能自理者，护理人员也可通过床边的控制器进行操作，减少照顾病、残患者的劳动强度。课题根据国家和上海市中长期发展纲要确定的研究方向和企业的具体需要，设计一种用于医院重症病人用的多功能床，解决病人身体和生理方面的需要（抬背、翻身等），也减轻护理人员的劳动强度。针对市场需求开发设计一种结构简单、工作可靠、使用方便的多功能护理床并进行动态仿真，对于产品的产业化具有重要的意义。

1.2 国内外研究状况及发展趋势

随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，思想的进步，城市人口正逐步进入老龄化,人口老龄化已成为世界范围内的社会问题。据统计，欧洲发达国家和日本的老年人独居率已高达40%，如此之高的比例迫使社会采取措施解决老年人的护理服务问题。如果完全依靠家庭人工照料，与西方国家子女与老年人分居、家庭规模小型化的观念有抵触之处。我国60 岁及1.3 本文主要研究内容

鉴于人口老龄化的发展、医疗和护理费用的不断增加以及国内外市场需求的不断扩大，本文提出了一种新型的多功能医用护理床，提出几种新型的护理床侧翻机构、抬背机构以及曲腿机构，以单片机为主控制芯片，控制多台直流电机驱动整台护理床工作。实现床面的多种姿态的切换，达到满足护理要求的多功能医用护理床。主要研究内容如下：

(1) 设计各种护理床的运动机构，并用图解法的方法得到初始设计尺寸。

(2) 利用三维设计软件，根据初始设计数据对其建模，进行结构设计，并对其进行干涉检查，然后导出CAD图。

(3) 根据初始设计数据在ADAMS中建模，利用优化功能对其进行运动学和动力学优化仿真，得到优化后的设计数据。

(4) 根据优化数据修改三维模型，并同时检查模型中是否存在干涉，得到满足设计要求的护理床。

(5) 对护理床的主要零件进行受力校核，检验整台护理床使用的安全性及稳定性。

(6) 设计护理床的整体控制方案。设计控制流程框图，用PROTEL软件完成单片机接线图，以及外部接线图，编写单片机主要程序。

1.4 本章小结

本章主要介绍了课题的目的和意义，目前医用护理床在国内外的发展趋势和各类护理床的比较，在多个方面表明了当今多功能医用护理床护理床各个模块的发展情况，最后根据研究分析确定了自己所需完成的研究内容。

2 护理床结构的整体方案

2.1 护理要求

2.1.1 护理床的工作环境

多功能医用护理床多数是应用于病房和家庭居室，室内温度变化不大无需特别考虑，但是需要考虑到环境对噪声的限制，故设计时电机类型及型号的选取应满足工作噪音低于20分贝，床体材料也需要得到考虑，并且在床体上附加一些必要的减震降音材料，如橡胶垫片、弹簧垫圈等。

2.1.2 护理床的位姿和控制要求

护理床应该满足有利于被护理人康复、生活自理所需的各种必要的体位位姿，这些体位位姿包括抬背、侧翻、屈腿等。为了防止褥疮等一系列由于长时间卧床造成血流不畅所引起的并发症，护理床应该能够实现床面的左右侧翻身。对于危重、高度瘫痪等生活上不能自理的病人，在设计时还可以考虑能使病人在床上可以以坐姿或是卧姿排便。同时护理床还应该实现病人的抬腿坐姿体位，以减轻病人由于盘腿坐起时的不舒适感。对护理床的控制方式，可以采用键盘按钮操纵，方便护理人员或病人自己进行控制。

2.2 护理床的总体方案构思

护理床的总体构思包括机械结构设计、电机驱动、传感、控制运动以及总体位姿协调等问题。

2.2.1 构思的提出

通过分析现有的护理床设计，我们很容易发现，为了实现床面某一个特定的体位姿态，传统的设计方法就会设计一套特定的机构与之对应。当位姿数目越来越多时，所需机构数目也随之增加，同时空间体积也随之膨胀。而床体的总体积是有一定限制的，即床体的长、宽、高尺寸必须按照有关护理床标准规定限制在某一个空间范围之内，才能够既满足病人的舒适感的要求又满足空间限制要求。多机构协调的技术是源于模仿人体的运动，人体的运动具有极大的柔性。受此启发将护理床的床面进一步加以细分，成为彼此之间相互独立的12个面板。如图2-1所示。图2-1中，床面板1、床面板2与床面板3对应于人体的背部，床面板4、床面板5和床面板6对应于人体的臀部，人体的腿与脚分别对应于床面板7、床面板8、床面板9和床面板10、床面板11、床面板12。通过各个床面板之间的协调运动，采用单动或联动方式来实现护理床所需的各种体位位姿。