醫(yī)用床多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計分析研究

喻虹琳，何澤新，何曉芬

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

醫(yī)用床是一種能協(xié)助患者調(diào)整體位，促進(jìn)患者恢復(fù)身體機(jī)能的機(jī)械設(shè)備，隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，民眾對醫(yī)療的需求迅速擴(kuò)大，與此同時，人口老齡化進(jìn)程加快，老年人常見病、慢性病的日常護(hù)理等醫(yī)療服務(wù)需求升級，需求的爆發(fā)將促使未來我國醫(yī)用床市場快速增長。

1 醫(yī)用床現(xiàn)有結(jié)構(gòu)功能分析

我國醫(yī)療器械發(fā)展起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，醫(yī)療器械行業(yè)的研發(fā)投入、創(chuàng)新能力、科技成果轉(zhuǎn)化能力等方面相對薄弱。目前，我國市場上使用的醫(yī)療床技術(shù)含量相對較低，功能簡單，制造粗糙。

第一類，單搖床結(jié)構(gòu)，單搖病床由床頭、床面、床架、護(hù)欄、單搖傳動機(jī)構(gòu)及腳輪組成。這類醫(yī)療床，較為傳統(tǒng)，功能單一，癥狀較輕的患者可使用。第二類，多搖床結(jié)構(gòu)，此類病床，除了具有基本單搖床的結(jié)構(gòu)之外，其功能比單搖床復(fù)雜，適用于重癥患者。第三類，電動醫(yī)用床結(jié)構(gòu)，電動醫(yī)用床主要是以電動式液壓傳動系統(tǒng)為動力，由控制開關(guān)、調(diào)速閥和真空電磁閥構(gòu)成主體的組合而成，根據(jù)電動式液壓齒輪泵提供液壓傳動系統(tǒng)動力裝置，調(diào)節(jié)各個雙邊油壓缸的往復(fù)運(yùn)動，并根據(jù)手柄按鍵調(diào)節(jié)手術(shù)床進(jìn)行各種位置的轉(zhuǎn)換，如調(diào)節(jié)、上下傾、前后左右傾、腰后背調(diào)節(jié)、移動固定不動等功能。

通過對以上三類常見醫(yī)用床的分析，發(fā)現(xiàn)其主要存在的問題是功能結(jié)構(gòu)單一，使用不方便。為解決這個問題，本文根據(jù)現(xiàn)有市場需求，設(shè)計一款功能較多，使用舒適的醫(yī)用床。

2 醫(yī)用床總體尺寸確定及其功能結(jié)構(gòu)設(shè)計選型與分析

查閱資料，依據(jù)有關(guān)規(guī)范，確定本設(shè)計多功能醫(yī)用床的總體尺寸為：如圖1。

圖1 多功能醫(yī)用床總體結(jié)構(gòu)

長×寬×高：2100mm×1000mm×600mm。

根據(jù)設(shè)計需要，確定總體結(jié)構(gòu)，并對其內(nèi)部重要功能機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選型設(shè)計和坐標(biāo)分析，主要包括支背結(jié)構(gòu)、屈腿結(jié)構(gòu)、側(cè)翻結(jié)構(gòu)和升降結(jié)構(gòu)。

2.1 支背結(jié)構(gòu)選型設(shè)計與坐標(biāo)分析

支背結(jié)構(gòu)是協(xié)助患者實現(xiàn)坐和躺動作的結(jié)構(gòu)。如圖2，1 為后側(cè)面板，2 為可轉(zhuǎn)動面板，3、4 為螺旋式連接。后面板1 和轉(zhuǎn)動杠桿2 由轉(zhuǎn)動軸線靜止連接，轉(zhuǎn)動軸線與床框架 O 點相連接，轉(zhuǎn)動杠桿2 與螺旋連接件3 相互連接，并且螺旋連接件3 和4 構(gòu)成螺旋對。螺釘4 與床框架0′是通過關(guān)節(jié)進(jìn)行連接。操作時，螺釘3 延伸，使回轉(zhuǎn)杠桿2 圍繞O 點旋轉(zhuǎn)，而回轉(zhuǎn)盤則驅(qū)動背面面板進(jìn)行支撐。

圖2 支背結(jié)構(gòu)

如圖3 對支背機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行坐標(biāo)分析，設(shè)置后背板和床架鉸接點O 為坐標(biāo)系起點(0,0)，X 軸為醫(yī)用床水平方向，Y 軸為醫(yī)用床豎直方位，創(chuàng)建直角坐標(biāo)系mm。O′為電推棒與床上的關(guān)節(jié)，AO 為后板，BO 為轉(zhuǎn)動盤，BO′為電控。a 是X 和后板之間的角度，而β 是X-和斜線00'之間的角度，Δ 是X-和電推進(jìn)之間的角度，而θ 是轉(zhuǎn)動杠桿的角度。該機(jī)構(gòu)的主要座標(biāo)為O 點、B 點和O′點，O 點是坐標(biāo)的起點。床下室內(nèi)空間、支背角度、e 取值等會影響B(tài) 點，因此基本設(shè)置B 點坐標(biāo)(一60，一86),X1350。O′點的座標(biāo)：受床下空間、支后角、電動推桿起始長度等因素的影響，從諸多方面來確定，O′座的座標(biāo)（814,58)，δ=178，β=40。

圖3 支背結(jié)構(gòu)運(yùn)動坐標(biāo)分析

2.2 屈腿機(jī)構(gòu)選型設(shè)計與坐標(biāo)分析

屈腿機(jī)構(gòu)是一種可以協(xié)助病人屈膝、伸腿、協(xié)助病人進(jìn)行腿鍛煉的機(jī)械結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖4,1 為腿部鋼板，2 為小腿鋼板，3 為腿部鋼板，4 為可轉(zhuǎn)動鋼板。5 和6 為螺紋連接件。操作時，由螺旋式拉鏈5 延伸，旋桿驅(qū)動大腿板，腿板驅(qū)動腿部板鏈，使其進(jìn)行彎曲動作。

圖4 屈腿機(jī)構(gòu)

如圖5 對屈腿機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行坐標(biāo)分析，將腿部和床身的關(guān)節(jié)O 設(shè)置為座標(biāo)（0、0)，X 軸是醫(yī)用床的橫向，Y 軸線是醫(yī)用床的縱向，并設(shè)置了以mm 為基準(zhǔn)的直角線。O′點是小腿支撐桿和床架的固接點，O″點是電動推桿和床架的鉸接點，AO 是大腿板，AB 是小腿板，BO′是小腿支撐桿，CO 是轉(zhuǎn)動板，CO″是電動推桿。α 是X 軸和大腿板夾角，β 是X 軸和斜杠OO″的夾角，δ 為是X 軸和電動推桿的夾角，θ 是轉(zhuǎn)動桿夾角。該機(jī)構(gòu)中O 點、A 點座標(biāo)己知。O′、B 的功能是決定腿部的大小和部位。在各種條件下，初步確定了小腿支承板的大小為346mm、O′座標(biāo)（-414、0）、B座標(biāo)（-760,0）。初始設(shè)置C 點的座標(biāo)（27、101），θ=105°。初始設(shè)置O" 的座標(biāo)（-799，-58)，δ 為3°，β 為4°。

圖5 屈腿機(jī)構(gòu)運(yùn)動坐標(biāo)分析

2.3 側(cè)翻機(jī)構(gòu)選型設(shè)計與坐標(biāo)分析

側(cè)翻裝置在防壓傷方面效果明顯，為了有效地對患者進(jìn)行平穩(wěn)的翻轉(zhuǎn)，其調(diào)整度數(shù)需設(shè)置在60°以內(nèi)。其結(jié)構(gòu)如圖6，1 是側(cè)翻板，2 是滑塊連桿，3 和4 是螺旋連桿。側(cè)翻板一端和床板O 點固接，另一端和滑塊連桿構(gòu)成移動副，滑塊連桿和螺旋連桿3 固接，螺旋連桿3 和4 構(gòu)成螺旋副，螺旋連桿4 固定于床板O′點。工作時，螺旋連桿3 伸展推動滑塊連桿順著側(cè)翻板下邊的滑槽滾動，滑塊連桿推動側(cè)翻板繞O 點旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行側(cè)翻運(yùn)動。

圖6 側(cè)翻機(jī)構(gòu)

如圖7 對側(cè)翻機(jī)構(gòu)運(yùn)動進(jìn)行坐標(biāo)分析，設(shè)置了臥式翻轉(zhuǎn)裝置和床身框架的連接處O 作為座標(biāo)（0、0)，X 軸是護(hù)士床的橫向方向，Y 軸線是護(hù)士床的縱向，并設(shè)置了以mm 為基準(zhǔn)的座標(biāo)。O′點是電動推桿和床板固接點，B 點是滑塊的定位點，OB 是側(cè)翻板，AB 是滑塊曲軸，AO′是電動推桿。α 是X 軸和側(cè)翻板夾角，β 是X軸和斜線OA 的夾角，δ 是x 軸和斜線00′的夾角。θ是x 軸和電動推桿的夾角。O′點坐標(biāo)關(guān)鍵用于明確電動推桿的具體位置和長度，充分考慮各種因素，基本設(shè)置O′點坐標(biāo)(-379,-463)，θ=80°。A 點和B 點主要作用是明確滑塊連桿的尺寸和部位，依據(jù)側(cè)翻板尺寸明確B 點坐標(biāo)為(-450,0),而AB 桿尺寸偏小時，電動推桿必須很大的行程安排才可以推動側(cè)翻板進(jìn)行0 ～60°調(diào)整，AB 桿尺寸偏大時，會造成電動推桿原始長短被縮小，無法進(jìn)行正常的翻轉(zhuǎn)作用，充分考慮各要素，明確A 點坐標(biāo)為(-311，-91)。

圖7 側(cè)翻機(jī)構(gòu)運(yùn)動坐標(biāo)分析

2.4 升降機(jī)構(gòu)選型設(shè)計與坐標(biāo)分析

升降機(jī)構(gòu)主要是使醫(yī)用床起、落以及傾斜的裝置。如圖8，1 為底片，4 為滑動條。2,3，5,6 為螺桿組。在螺釘2、5 的拉長過程中，使底板1 起到提升的作用。在螺紋連接件2 不改變的情況下，使螺旋連接件5 延伸，使床的頭部部位向上移動，從而實現(xiàn)了后傾的作用。相反，它可以實現(xiàn)前傾的作用。

圖8 升降結(jié)構(gòu)

如圖9 對升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動坐標(biāo)分析，設(shè)置床板的中心位置O 作為坐標(biāo)（0、0)，X 軸是醫(yī)用床的橫向，Y 軸線是醫(yī)用床的縱向，設(shè)置了以mm 為基準(zhǔn)的直角線。在原點上求取A、B、C、D 點的座標(biāo)。這4 個座標(biāo)分別決定2 個電推器的定位和起始長度，并且在考慮到護(hù)理臺提升沖程（200 毫米）、裝配間隙和載荷條件下，確定A 點座標(biāo)（1000、-60）、點B 座標(biāo)（-1000、-60）、C座標(biāo)（-810、-455）、點D 座標(biāo)（810、-455）。

圖9 升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動坐標(biāo)分析

3 結(jié)語

本文主要根據(jù)市場上醫(yī)用床的種類及其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，針對現(xiàn)目前醫(yī)用床結(jié)構(gòu)單一的缺點，對醫(yī)用床的多個功能，如支背結(jié)構(gòu)、屈腿結(jié)構(gòu)、側(cè)翻機(jī)構(gòu)、升降結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選型設(shè)計及其運(yùn)動坐標(biāo)分析研究。確定其多種功能結(jié)構(gòu)，讓醫(yī)用床能夠更方便的為病人服務(wù)。