基于計算機運動仿真模型構建的護理床設計分析

王學龍

（環美（天津）醫療器械有限公司，天津 300000）

相關數據調查顯示，我國人口的老齡化正在不斷加劇，老年人在總人口中的比例呈現出快速增長的態勢。當前，醫學護理行業處于快速發展階段。人們可以將各類先進的護理機構和產品應用在行動不便的老人身上，切實解決實際的家庭護理和老人看管問題。從服務的主體來看，護理用床的使用者大多是行動不便的老人或身體患有殘疾缺陷的患者。相比發達國家，我國對于該方面研究的起步較晚，沒有積累較多發展經驗，并且產品形式較為簡單。隨著老齡化問題的關注度逐步提升，人們需要認真考慮如何有效解決老人困擾。以此為背景，國家耗費大量精力來有效解決老齡化問題，進一步推動相關保障行業的發展。

1 總體設計

護理床設計需要以老人的實際需求為標準，首要原則就是能夠符合老人身體狀態調整的需求。在初始的發展階段，護理床的種類和形式較為簡單，主要是滿足患者的坐姿或者睡姿的轉換。之后，在此類產品的基礎上進行了相應升級，添加了用餐功能，同時滿足患者的閱讀和書寫要求，使得護理工作量顯著降低。后來，護理床又添加了行走裝置，能夠將患者移至室外。

調查發現，行動不便的老人褥瘡的發病率極高，由于全天在床上生活，保持同一個姿勢使得身體的血液循環受到阻礙，同樣造成肢體的退化。因此，本次設計添加了角度調節機構，并附帶有自身調整的功能。

以老人的實際需求和護理的便捷性為標準，整個設計還應該符合如下條件：使用者能夠較為簡單地對自身的身體姿態進行調整和轉換；各種活動構件應該保證在合理的角度調節范圍之內，滿足實際的病人需求；確保使用過程中的安全性和可靠性，整體設計規格較為合理；盡量減少護理床的安裝復雜程度，并對附帶的輔助機構進行有效性檢測；動力來源選取DC24V的低電壓值，確保電源電壓對人體沒有傷害，并對整個床體所有的電機進行供電。所選動力裝置在工作過程中的有效傳輸力大小為5kN，提供的床體拉力的大小為3kN，工作過程中的轉速設定為4.5mm/s。

2 動力執行裝置

本次設計的護理床床體是由四部分拼接而成的，每個部分都能對老人的身體起到較好的支撐作用。床身的輔助部件能夠由老人自身進行實際操控，調整床體構件的各個角度擺動大小。

2.1 翻身機構

本裝置的主體構造是搖桿機構，當電機在工作的狀態下，帶動部分床身圍繞對稱點O以一定的角速度緩慢運動，到達病人較為舒適的角度時停止電機轉動，完成整個翻身過程。在整個運動過程中，要確保機構處于規定的擺動幅度，本次設計將推力桿的尺寸設定為260mm，床架的尺寸設定為210mm。該機構的具體設計如圖1所示。

2.2 抬背機構

該機構主要是對病人的坐立進行相應調整。在機構的工作階段，電動機旋轉帶動床體背板的角度調整，中間通過連接裝置進行動力的傳輸，最終完成病人抬背整個過程。在對該裝置進行試驗仿真的過程中，時常會出現速度過大的情況，給使用者帶來一定的不舒適感。對于出現的問題，筆者提出了針對性的處理方案，并建立運動過程中的動力模型，最終將速度控制在合理的范圍內。該機構的具體設計如圖2所示。

圖2 抬背結構

圖1 翻身結構圖

2.3 屈腿機構

在工作過程中，整個機構能夠將床身下部的床板進行角度變換調節，并且運動的連桿帶動四桿機構擺動，進而實現病人的腿部動作調整。其機構簡圖如圖3所示。

3 Pre/Engineer仿真分析

為了保障實際投入使用的設備質量要求，人們需要借助計算機三維繪圖軟件對該設計結構依據原始比例進行繪制。所有的零件建模完成后，對其添加約束并正確裝備，進行三維模型的導入，并利用Pre/Engineer軟件中自帶的運動仿真功能模塊進行整個調節過程的模擬。主要目的是查看在各個機構角度調整和構建的運動過程中，各個構件之間是否有干涉現象的發生，整個運動調整是否符合預定的各項要求和條件。若是在軟件的仿真過程中沒有發生干涉現象，就表明最終的設計符合初始設定的要求。

圖3 屈腿結構

4 結語

本次設計將護理床的主要功能部分進行有效設計和分析，并在原有的基礎上進行了相關優化和調整。利用計算機進行模型的構建，設計完成之后借助Pre/Engineer軟件中自帶的運動仿真功能模塊進行整個調節過程的模擬。該機床設計能夠滿足大多數病人的實際需求，并且實用性較強，操作較為靈活。