可平移式老年轉(zhuǎn)移床及其控制系統(tǒng)

朱麗 劉謀德 馬依煒 章張江 李兵 魏玉蘭

摘 要：為了便于臥床老年人安全轉(zhuǎn)移，針對(duì)床板的移動(dòng)設(shè)置了電動(dòng)和手搖兩種模式。實(shí)現(xiàn)了床板的左右移動(dòng)，到指定位置停止，突發(fā)情況急停，可控移動(dòng)速度等功能。經(jīng)試驗(yàn)研究，該系統(tǒng)更人性化、安全化。

關(guān)鍵詞：手搖;電動(dòng);急停;限位

1 緒論

本項(xiàng)目從老年人入手，針對(duì)更換床位過(guò)程繁瑣，過(guò)程容易造成二次傷害，我們對(duì)老年人的起居進(jìn)行研究，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)的方式，設(shè)計(jì)一款可平移式老年轉(zhuǎn)移床。D.B Forster等人采用電動(dòng)遙控控制護(hù)理床，床體可變形成輪椅藏于床內(nèi)。[1]但整體設(shè)備體積龐大，對(duì)于空間存放要求高。黎世勤等人設(shè)計(jì)的床與氣墊組合成一個(gè)有機(jī)整體，充氣時(shí)，床頭可以自動(dòng)抬高，易于保護(hù)老年人肢體擺放。[2]桑凌峰等人研究的是輪椅與擔(dān)架為一體用于轉(zhuǎn)移老人的床。[3]張世旭等人對(duì)搬運(yùn)人體采取了吊臂升降抓取轉(zhuǎn)移。[4]沒(méi)有考慮到搬運(yùn)過(guò)程中，采用抓取動(dòng)作是否會(huì)對(duì)老年人的身體造成不必要的傷害。本組設(shè)計(jì)區(qū)別于國(guó)內(nèi)外運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)、造價(jià)高的局限性，具有創(chuàng)新性和造價(jià)低的特點(diǎn)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

2.1 床板平移至轉(zhuǎn)移升降板上

床架中間放置一根滾珠絲杠，其兩側(cè)放置光桿。其中滾珠絲杠起主運(yùn)動(dòng)作用，光杠起導(dǎo)向作用，避免移動(dòng)位置偏移。（如圖1所示）滾珠絲杠與光桿的滑塊連接在同一塊工作臺(tái)上。電機(jī)在錐齒輪的嚙合下帶動(dòng)滾珠絲杠上的螺母移動(dòng)，螺母與工作臺(tái)相連，利用工作臺(tái)上的凸塊與床板下的凹?jí)K配合，推動(dòng)床板向轉(zhuǎn)移升降平臺(tái)移動(dòng)。由此實(shí)現(xiàn)平移功能。待床板移動(dòng)到極限位置觸碰限位開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)移升降板抬升，使配合的凹?jí)K與凸塊分離，移出床板。

2.2 床板轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移升降板從床底拉出，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制上升至與床同高。待床板移到升降轉(zhuǎn)移床上之后，利用快速定位夾固定，再次抬升至凹凸塊脫離，然后將升降轉(zhuǎn)移床推至目的地。僅靠單獨(dú)的轉(zhuǎn)移床就能實(shí)現(xiàn)將老人從主床上抬起后轉(zhuǎn)移的功能。

3 控制原理

3.1 手動(dòng)控制

在滾珠絲杠靠近電機(jī)一側(cè)裝有手輪，在停電時(shí)，搖動(dòng)手輪，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)動(dòng)化直線運(yùn)動(dòng)，也可將床架蓋板水平手動(dòng)搖出。簡(jiǎn)單方便，可自由控制平移速度。

3.2 電機(jī)控制

可平移床架蓋板式老年護(hù)理轉(zhuǎn)移床的平移方向是通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)執(zhí)行的。其速度可利用電機(jī)調(diào)速器改變檔位控制快慢?？刂屏鞒虉D如圖2所示。

3.3 執(zhí)行控制回路的設(shè)計(jì)

為了減小機(jī)械沖擊，使電路出現(xiàn)斷開(kāi)短路電流過(guò)大的可能概率降低并提高容錯(cuò)率[5]，在設(shè)計(jì)控制部分時(shí)達(dá)到控制互鎖，結(jié)合急停按鈕、電動(dòng)式按鈕、限位開(kāi)關(guān)的合理使用，實(shí)現(xiàn)電機(jī)起動(dòng)與正反轉(zhuǎn)等功能，在電路的完善程度方面，做到了兼容并蓄能夠使得可利用價(jià)值和持續(xù)使用時(shí)長(zhǎng)上有所改進(jìn)。[6]控制回路原理圖3所示。

按下正向工作按鈕SB2，接觸器KM1接收電路中電流得電，使得銜鐵受力吸合并自鎖。以齒輪裝配的減速部件和交流電機(jī)組裝成的交流減速電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，可平移床板緩緩移出。當(dāng)一種以PVP材料制成的方形工作平臺(tái)運(yùn)行至終止工位時(shí)并觸發(fā)終端ST1時(shí)，ST1上的電磁鐵斷電，銜鐵松開(kāi)，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器KT1工作，一定時(shí)間后其雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時(shí)閉合，常開(kāi)觸頭合攏，KM2線圈得電產(chǎn)生電流的磁效應(yīng)吸合并自鎖，電機(jī)轉(zhuǎn)子在相反電流方向下反向旋轉(zhuǎn)，可平移床板沿著工作路線返回，當(dāng)工作臺(tái)撞擊起點(diǎn)端ST2時(shí)，ST2上的常閉觸頭在物理層面斷開(kāi)，隨即KM2線圈電路不得電，令其常開(kāi)觸頭閉合，半導(dǎo)體式時(shí)間繼電器KT2在控制電路中開(kāi)始工作，控制常閉觸頭在該方向上斷開(kāi)，電路中的電流無(wú)法流通，電路隨即停止工作。需要停止時(shí)，按下停止按鈕SB1。其中ST3，ST4為左右限位行程開(kāi)關(guān)，用于防止超過(guò)左右限位。[5]

4 主床板運(yùn)動(dòng)電機(jī)選擇

4.1 電機(jī)功率

5 結(jié)論

本文描述的可平移式老年轉(zhuǎn)移床與傳統(tǒng)的護(hù)理床比，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)更人性化、智能化。采用轉(zhuǎn)移升降板在液壓系統(tǒng)的控制下進(jìn)行抬升與此同時(shí)利用滾珠絲杠定向平移床板的方法，轉(zhuǎn)移行動(dòng)不便的臥床老人至醫(yī)院，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。項(xiàng)目的作用符合當(dāng)今社會(huì)的人道主義精神和滿足對(duì)弱勢(shì)群體的人文關(guān)懷。

參考文獻(xiàn)：

[1]Foster D B，Caldwell H，Harris K，et al.Multiple position adjustable day night patient bed chair：US，5230113[P]：1993-07-27.

[2]黎世勤，李炎，呂曉娟.老年人居家護(hù)理床的研制和應(yīng)用[J].護(hù)理學(xué)報(bào)，2017（7）.

[3]桑凌峰，傅建中，甘中學(xué)，等.輪椅擔(dān)架一體化護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2018（5）.

[4]張世旭，顏紅，張滬平.新型醫(yī)用床搬移裝置的研制與應(yīng)用[J].護(hù)理學(xué)雜志，2005（10）.

[5]任勝杰.電氣控制與PLC系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017：44.

[6]江豪，王威，劉永平.多功能護(hù)理床的研究與開(kāi)發(fā)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（20）：117-119.

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201910347033）

*通訊作者：魏玉蘭（1980—），女，河北邢臺(tái)人，博士，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)控制、圖像處理與模式識(shí)別。