輪椅床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滕兵，陳靜濤，黃鑫海

(上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620)

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輪椅床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滕兵，陳靜濤，黃鑫海

(上海工程技術(shù)大學(xué)，上海 201620)

摘要：通過考慮輪椅使用人群的要求，對(duì)前腳板和背板結(jié)構(gòu)的研究，最終決定在前腳板使用齒條機(jī)構(gòu)，背板使用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到輪椅與床之間的轉(zhuǎn)換。通過設(shè)計(jì)一系列的機(jī)械機(jī)構(gòu)，能使用較小的人力將其轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)力，從而完成輪椅到床，床到輪椅的轉(zhuǎn)變，減少輪椅使用人群在輪椅與床之間轉(zhuǎn)變而帶來的麻煩，真正實(shí)現(xiàn)了輪椅床的作用。

關(guān)鍵詞：輪椅床；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；多功能

0輪椅床的意義

老年人由于年齡偏大，肌體的靈活性逐漸降低，行動(dòng)都較為不便；同時(shí)由于各種自然災(zāi)害、交通事故和疾病等意外造成的殘障人士也在逐年增加，這一特殊群體給社會(huì)醫(yī)療、養(yǎng)老、服務(wù)行業(yè)帶來了巨大的壓力。為了給老年人和殘障人士提供性能優(yōu)越的代步工具，幫助提高他們的活動(dòng)自由度，使他們能夠參加到健全人的正常生活中去，首要的就是為他們配置必要的護(hù)理設(shè)備。目前市場(chǎng)上的這類護(hù)理設(shè)備主要是輪椅和護(hù)理床，缺乏能夠進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的護(hù)理設(shè)備。

研究表明，長時(shí)間坐在輪椅上會(huì)引起下身腫脹、靜脈壓力增大、脊柱不正常的彎曲以及對(duì)體內(nèi)器官功能的損害；而長期臥床也會(huì)引起心臟功能減退，血液循環(huán)遲緩，肌肉組織松弛等危害。因此適時(shí)進(jìn)行床椅姿態(tài)調(diào)整有助于老年人和殘障人士身體康復(fù)。目前國內(nèi)輪椅市場(chǎng)安全以及智能化水平還比較欠缺，一旦用戶出現(xiàn)緊急情況很難及時(shí)得到救助，因此現(xiàn)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。

1輪椅床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1總體結(jié)構(gòu)與功能描述

圖1　輪椅床的3D模型

現(xiàn)設(shè)計(jì)了一款姿態(tài)可調(diào)的床椅合一型的輪椅，床椅姿態(tài)切換和軸距調(diào)整的效果如圖1所示。主要組成部件有床板(由靠背板、坐板、 腿板、腳板4塊分床板鉸接而成)，底盤支架，前后輪支架以及床體折曲機(jī)構(gòu)(腿部屈伸機(jī)構(gòu)和背部升降機(jī)構(gòu))和變軸距機(jī)構(gòu)等。通過床體折曲機(jī)構(gòu)和變軸距機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)床椅姿態(tài)的切換，緩解用戶由于久坐輪椅或長期臥床而帶來的身體不適癥狀。通過變軸距的設(shè)計(jì)，使設(shè)備在輪椅狀態(tài)時(shí)軸距最短，保證輪椅靈活移動(dòng)；在床形狀態(tài)時(shí)軸距最長，從而保證床體的平穩(wěn)與人體的伸展舒適。

1.2床體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

a) 前腳板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

前腳板部位使用較為輕巧的齒條機(jī)構(gòu)，考慮到齒輪的安裝及其體積，摒棄了最初的齒輪方案，有效地減少了腳板部位的機(jī)構(gòu)體積，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)最初的設(shè)想。

b) 背板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在背板部分，使用了較為普遍的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，將背板與框架的連接運(yùn)用曲柄機(jī)構(gòu)，而在扶手下方，利用滑塊機(jī)構(gòu)能夠控制背板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；同時(shí)在滑塊的滑動(dòng)板上設(shè)置了幾個(gè)槽，這幾個(gè)槽即能實(shí)現(xiàn)幾種檔位的控制，也就說使用者可以通過這個(gè)檔位的控制實(shí)現(xiàn)背板的傾斜角度，即人身體后傾的角度。由圖2可以看出，機(jī)構(gòu)活動(dòng)構(gòu)件3個(gè)，低副4個(gè)，自由度計(jì)算公式：F=3n-2p-q。其中：F為自由度數(shù)；n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；p為低副個(gè)數(shù)；q為高副個(gè)數(shù)。計(jì)算可得F=3×3-2×4-0=1，即機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，采用一個(gè)手動(dòng)推動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡是唯一且確定的，從而也論證了該機(jī)構(gòu)的可行性。

圖2　背板運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

c) 背板支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖3)

圖3　背板支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到舒適度及重心移動(dòng)的問題，在背板后方，安裝一腳撐，使輪椅在轉(zhuǎn)換為床之后，使人體上半身的質(zhì)量施加在腳撐上，保證整個(gè)輪椅的平衡性及安全性；同時(shí)考慮到腳撐的晃動(dòng)問題，較為巧妙地運(yùn)用磁鐵將腳撐能夠在輪椅形態(tài)的情況下，牢牢地吸附在背板上，而在轉(zhuǎn)換成床時(shí)，利用腳撐的重力克服磁鐵的磁力，順利與地面接觸，支撐起背板。

圖4　輪椅床的實(shí)物圖

2結(jié)論

設(shè)計(jì)的輪椅床(圖4)，能夠通過調(diào)整靠背的位置從而提高舒適度，促進(jìn)老年人和殘障人士身體康復(fù)，提高了安全性能，更加適合老年人和殘障人士使用。與市場(chǎng)上普通輪椅相比應(yīng)用前景更廣，實(shí)用性強(qiáng)。所有上述的機(jī)構(gòu)所需的原材料便宜，且加工精度較低，節(jié)省了原材料成本，同時(shí)加工制作成本較低，所以整個(gè)輪椅床的總體價(jià)位較低，相比市場(chǎng)上電動(dòng)的輪椅，這個(gè)價(jià)格更為親民。

參考文獻(xiàn):

[1] 程智力,李君華. 殘疾人多功能輪椅設(shè)計(jì)研究[J]. 美術(shù)大觀，2010,12:211.

[2] 李愛萍. 多功能輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[D]. 天津:天津科技大學(xué),2010.

[3] 周偉. 多功能輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研發(fā)與開發(fā)[D]. 廣州:華南理工大學(xué),2010.

Design of the Wheelchair Bed

TENG Bing, CHEN Jing-tao, HUANG Xing-hai

(Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

Abstract:This paper researches on the front foot and back structure according to the demands for the users of wheelchairs and decides to use the rack mechanism in forefoot plate and slider-crank mechanism in backplane, so as to transfer the wheelchair and the bed with each other. By using a series of mechanical mechanism, lesser human force can be used to convert it into power, so as to change the wheelchair into the bed. It can remove the users' trouble of transfering the wheelchair to the bed and truly achieve the function.

Keywords:wheelchair bed; structure design; multi-function

收稿日期：2014-11-20

中圖分類號(hào)：TH112

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-5276(2015)03-0075-02

作者簡介：滕兵(1981-)，男，山東威海人，講師，碩士，主要從事非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)。