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多功能医用护理床的结构设计及优化-病床医疗床调理用【三维SW】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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多功能医用护理床的结构设计及优化【优秀】【带SW三维】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】.rar

1-多功能医用护理床的结构设计及优化.doc---(点击预览)

solidworks建模-27个三维图

上中板.SLDPRT

上侧板.SLDPRT

上侧板2.SLDPRT

下中板.SLDPRT

下侧板.SLDPRT

下侧板2.SLDPRT

下侧板3.SLDPRT

中下中板.SLDPRT

中下侧板.SLDPRT

中下侧板2.SLDPRT

中侧板.SLDPRT

中板.SLDPRT

侧翻（右边）.SLDPRT

侧翻（左边）.SLDPRT

床两侧.SLDPRT

床体.SLDPRT

床头尾.SLDPRT

抬背.SLDPRT

曲腿.SLDPRT

曲腿2.SLDPRT

直线驱动.SLDPRT

装配.SLDASM

驱动连杆.SLDPRT

驱动连杆300.SLDPRT

驱动连杆340.SLDPRT

驱动连杆400.SLDPRT

驱动连杆500.SLDPRT

外文翻译

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

控制图.dwg

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关键词：: 多功能医用护理结构设计优化优秀优良 sw 三维全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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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

ABSTRACT

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

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。

360桌面截图20140828235517.jpg

360桌面截图20140828234804.jpg

360桌面截图20140828234635.jpg

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360桌面截图20140828234843.jpg

360桌面截图20140828235039.jpg

A1床上框架.gif

A1床下框架.gif

A2侧翻（左边）.gif

控制图.gif

360桌面截图20140828235307.jpg

内容简介：: 外文资料翻译 1 护理床动力学优化 5.1 引言动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。动力学是物理学和天文学的基础，也是许多工程学科的基础。动力学以牛顿第二定律为核心，这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。牛顿首先引入了质量的概念，而把它和物体的重力区分开来，说明物体的重力只是地球对物体的引力。多功能医用护理床的运动学分析是基于 ADAMS 建立于在运动学分析的基础之上的，根据先前的运动学分析，以运动学分析结果作为动力学分析的初始值，综合考虑线性推杆的推、拉力的限制以及机架各支点的受力状况，主要对线性推杆的受力状况及各床架支点的受力状况进行动力学分析。 5.2 侧翻机构动力学分析 5.2.1为机构添加外力侧翻机构在运行的过程中，会有以下几个方面对机构运动产生影响。它们是机构自身质量，患者体重以及各个运动副之间的摩擦力。由于摩擦力很小，在此忽略不计，只考虑机构的重量及患者的体重。通过 solidworks 软件对虚拟样机进行质量测量，测得背板质量为 20kg，通过设计手册查得我国身高 1.85m 的成年人平均体重为 83kg 左右。为了真实的模拟虚拟样机的性能，本文采用背板质量为 20kg，人体背部重量为 50kg。对机构添加力之后，运行一次动力学仿真。测量各个点的受力以及电机的受力。仿真时间为 25s，步数为 500 步。添加力测量，测得的各点受力曲线如图 5-1 所示。图 5-1 各点受力曲线 nts外文资料翻译 2 5-2 MARKER_5 点优化前后受力曲线 5-3 MARKER_1 点优化前后受力曲线 5-4 MARKER_21 点优化前后受力曲线 5-5 各参数下的翻转角度值 5.2.2侧翻机构动力学优化仿真从图 5-1 中，得知 MAKER_5 点的受力最大，机构的受力优化就从MARKER_5 着入。首先，测试各个设计变量对 MARKER_5 的受力变化的敏感度。运行一次动力学仿真，时间为 25s，步数为 500 步，线性推杆移动速度为5.5mm/s，背板质心处加力 500N，背板自重 20kg。运行优化设计，优化的目标为将 MARLKER_5 点的受力的最大值进行最小化，仿真后优化数据如下： Model Name : model_1 Date Run : 2009-04-14 17:13:51 Objectives O1) Maximum of MARKER_5_MEA_1 Units : newton Initial Value: 1444.34 Final Value : 1130.2 (-21.7%) Iter. O1 DV_1 DV_2 DV_8 0 1444.3 150.00 295.00 136.30 1 1133.7 165.00 265.50 135.83 2 1130.2 165.00 265.50 134.94 3 1130.2 165.00 265.50 134.94 从图 5-2 至 5-4 中，可以发现经过动力学优化之后，各支点受力均有明显的改善，其中图 5-2 中 MARKER_5 点受力从 1443N 减至 1133N，从图 5-5 中，背板的转动角度在角度约束的范围之内。 nts外文资料翻译 3 5.2.3样机的实际结构通过以上的分析，在实际设计中，各关键点的坐标取值为如表 5-1 所示表 5-1 各关键点实际取值 DV_L1/mm DV_L2/mm DV_L4/mm DV_L7/mm DV_L8/mm 初始值 250 245 330 400 370 优化值 265 215 346.1 390.28 359.94 此时，样机的背板转动角加速度最小且各支点的受力也达到了最小化、满足了机构的设计要求。动力学优化前后机构构件尺寸表如表 5-2 所示：表 5-2 优化前后杆件尺寸对比 A、 B 水平距离 /mm A、 B 竖直距离 /mm BD/mm 初始值 50 65 98.4 优化值 35 19 118 5.3 抬背机构动力学分析 5.3.1为机构添加力为了较为真实的模拟人体的质量，以及考虑背板的推、拉力的限制，在抬背机构的背部添加竖直向下的均布力，大小为 400N，在臀部床板添加 400N 的力，运行一次动力学优化仿真。 5.3.2抬背机构动力学优化仿真为了进一步研究线性推杆的受力状况，以及机架上各支点的受力状况，使得机构工作得更安全及更可靠，以抬背机构运动学优化数据为动力学优化的初始数据，优化目标函数为抬背过程中线性推杆受力的最大值最小化，进行动力学优化仿真，已得到满足机构设计要求的最优化参数。通过设计研究对各个设计变量进行敏感度测试。根据设计研究对各设计变量的测试，得到的数据报表如下： Trial O1 DV_1 Sensitivity 1 1914.3 369.00 10.740 2 2134.5 389.50 -0.021580 3 1913.4 410.00 -2.5693 4 2029.1 430.50 -0.019588 5 1912.6 451.00 -5.6838 Trial O1 DV_2 Sensitivity 1 1913.3 -18.000 0.0037970 2 1913.3 -27.000 -0.0031447 3 1913.4 -36.000 -11.532 nts外文资料翻译 4 4 2120.9 -45.000 -0.0029932 5 1913.5 -54.000 23.048 Trial O1 DV_3 Sensitivity 1 1925.6 90.000 22.755 2 2039.4 95.000 -1.2229 3 1913.4 100.00 -12.825 4 1911.2 105.00 -0.42287 5 1909.2 110.00 -0.39627 Trial O1 DV_4 Sensitivity 1 1912.8 -50.800 -0.079290 2 1913.3 -57.150 -0.044021 3 1913.4 -63.500 -0.042952 4 1913.9 -69.850 -0.069998 5 1914.3 -76.200 -0.062845 Trial O1 DV_5 Sensitivity 1 1913.5 3.9200 0.011536 2 1913.4 0.00000 0.0081747 3 1913.4 -3.9200 -0.012181 4 1913.5 -7.8400 -3.5109 5 1940.9 -11.760 -6.9926 Trial O1 DV_6 Sensitivity 1 2163.3 -111.15 40.476 2 1913.4 -117.32 20.238 3 1913.4 -123.50 -15.895 4 2109.7 -129.68 -0.0067767 5 1913.5 -135.85 31.777 Trial O1 DV_7 Sensitivity 1 1985.6 306.74 -4.2359 2 1913.4 323.78 -2.1180 3 1913.4 340.82 6.3905 4 2131.2 357.86 0.0011642 5 1913.4 374.90 -12.779 Trial O1 DV_8 Sensitivity 1 2163.3 -111.15 40.476 2 1913.4 -117.32 20.238 nts外文资料翻译 5 3 1913.4 -123.50 -15.895 4 2109.7 -129.68 -0.0067767 5 1913.5 -135.85 31.777 通过设计研究，观察计算结果，可以发现实际变量 DV_3、 DV_4、 DV_6、DV_8 的敏感度最大，所以在优化设计的时候着重考虑上述几个设计变量，对它们进行优化设计，以期望得到满足设计要求的机构最优化参数。 5.3.3样机的实际结构通过以上的分析，在实际设计中，各关键点的坐标取值为如表 5-3 所示表 5-3 各关键点实际取值 DV_2/mm DV_5/mm DV_6/mm DV_8/mm 初始值 390 458 330 275 优化值 381 452.603 32317 278.8 优化前后杆件尺寸变化如表 5-4 所示。表 5-4 优化前后杆件尺寸变化表 A、 C 竖直距离/mm BC /mm CD /mm DE/mm 初始值 60 236 256 667 优化值 62 228 248 659 图 5-6 抬背机构动力学优化前后电机受力曲线观察图 5-6 可以得知在机构动力学仿真之后，机构表现出了良好的动力学性能，机构的受力状况得到了有效的改善，达到了预期的效果，即电机受力的最大值最小化。 5.4 曲腿机构动力学分析为了真实的模拟曲腿机构在运行过程中的受力性能，以及线性推杆的受力状况，所以对曲腿机构在运动学仿真的基础之上进行一次动力学仿真，为了得到较为真实的机构运行状况，并进行优化仿真，得到理想机构设计参数。 nts外文资料翻译 6 5.4.1为机构添加外力综合考虑人体的自身重量以及床板的重量，在小腿板的质心处及脚板的质心处各添加竖直向下的力，大小为 500N。 5.4.2曲腿机构动力学仿真以运动学优化的数据作为动力学优化的初始数据，进行动力学优化，优化的目标函数为电机受力最大值的最小化。首先，对各个设计变量进行设计研究，设计研究的报表如下： Trial O1 DV_1 Sensitivity 1 4229.0 270.00 10.633 2 4548.0 300.00 10.659 3 4868.5 330.00 10.686 Trial O1 DV_2 Sensitivity 1 4435.8 -56.700 -17.645 2 4519.2 -61.425 -18.141 3 4607.2 -66.150 -18.637 Trial O1 DV_3 Sensitivity 1 4833.0 156.75 -32.756 2 4427.7 169.12 -28.017 3 4139.6 181.50 -23.278 Trial O1 DV_4 Sensitivity 1 3850.1 -243.00 -25.573 2 4367.9 -263.25 -26.353 3 4917.4 -283.50 -27.134 Trial O1 DV_5 Sensitivity 1 4792.4 -81.498 55.604 2 4434.7 -87.932 51.809 3 4125.8 -94.366 48.013 Trial O1 DV_6 Sensitivity 1 4541.0 -597.60 -0.10561 2 4548.0 -664.00 -0.098506 3 4554.0 -730.40 -0.091406 根据上述的设计研究的结果对 DV_1、 DV_2、 DV_3、 DV_4、 DV_5、 DV_7、DV_9 七变量，作为优化设计时的设计变量，进行动力学优化仿真。 nts外文资料翻译 7 图 5-7 曲腿机构动力学优化前后电机受力曲线图观察图 5-7 可以得知，经过动力学优化后的电机受力的最大值由原来的4550N 减小为优化后的 2850N，电机的受力大大的减小，从而保证了机构运行的安全性及运行的稳定性。 5.4.3 样机的实际结构通过以上的分析，在优化设计时选取上述设计变量作为优化设计时的设计变量，进行动力学优化，经过动力学优化之后，各关键点的坐标取值为如表 5.5 所示表 5-5 各关键点实际取值 DV_1/mm DV_2/mm DV_3/mm DV_4/mm DV_5/mm 初始值 300 -63 165 -270 -85.788 优化值 270 -56.7 181.5 -243 -94.36 此时，样机的线性推杆的受力最小且各支点的受力也达到了最小化、满足了机构的设计要求。优化前后机构杆件尺寸变化见表 5-6。表 5-6 优化前后构件尺寸变化表 AB/mm BC/mm CD/mm DE/mm BE/mm 初始值 380 144.6 85 207.5 185.6 优化值 350 136.7 83.6 209.35 192.8 5.5 本章小结本章在运动学分析的基础之上的，利用运动学分析的数据作为动力学分析的初始数据，对机构进行动力学分析；在满足机构运动学要求的基础上改善机构的动力学性能及机架的受力性能。使得样机的运动性能及受力性能达到最好，满足人体工学以及机构在工作过程中的稳定性及安全性。本章是进行样机物理设计的依据。 nts外文资料翻译 8 6 护理床的力学分析 6.1 引言多功能医用护理床在满足运动学及动力学性能要求的基础上，需要对其中的一些主要零件进行强度校核，以便在设计的时候合理的选材，在保证多功能医用护理床安全性和稳定型以及尽可能的降低生产成本。 6.2 力学计算护理床各主要部件及连杆材料均选用 Q235A 钢 6.2.1床底架杆校核考虑到由于多功能医用护理床内的机构角度，不可避免的会使床的质量增加。由于整床的重量将全部压在床底架长杆上，所以底架长杆将会是受力最大的杆件，根据设计尺寸，底架长杆的长度为 1440mm，床底架长杆上有两个支撑点，假设床身的质量为 400kg，人体的质量为 150kg，总重为 550kg。具体计算如下所示：图 6-1 床底架受力示意图根据 solidworks 的称重功能，测得床的质量为 365kg，假设床身的质量为400kg，人体的质量为 150kg，总重为 550kg。所以 F2=F3=2750N，ADl=1440mm，BCl=1020mm, CDl=70mm。根据力矩平衡公式： F1ADl=F2BDl+F3CDl得： F1= 2 7 5 0 1 0 9 0 2 7 5 0 7 01440 =2215.3N F =F1+F4=F2+F3 得 F4=3284.7N nts外文资料翻译 9 通过上述已知条件，计算杆各段所受的剪力及弯矩：以 A 为原点，在 AB 端内：剪力 F=F1=2215.3N，方向向下弯矩 M=F1 x 得： M=0775.355N M，方向为逆时针方向在 BC 段内：剪力 F=F2-F1=534.7N，方向向上弯矩 M=F1 x-F2（ x-0.35）得： M=229.9775.355N M，方向为逆时针方向在 CD 段内：剪力 F=F4=3284.7N，方向向上弯矩 M=F4 x 得： M=0229.9N M，方向为逆时针方向所以，根据计算分析，得出的结果为 B 点的受力最大且弯矩也最大，所以 B点

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