一種方便下輪椅的拆分床機構

申昌睿，王遵樂，林國金

（廣西大學 機械工程學院，廣西 南寧530000）

0 前言

進入21世紀以來，我國的人口老齡化問題日漸嚴重，據聯合國預測，1990-2020年世界老齡人口平均年增速度為2.5%，同期我國老齡人口的遞增速度為3.3%，世界老齡人口占總人口的比重從1995年的6.6%上升至2020年9.3%，同期我國由6.1%上升至11.5%，無論從增長速度和比重都超過了世界老齡化的速度和比重，到2020年我國65歲以上老齡人口將達1.67億人，約占全世界老齡人口6.98億人的24%，全世界四個老年人中就有一個是中國老年人[1]。對于失能老人的照料與看護問題成為了越來越突出的社會問題，病床與輪椅是失能老人最依賴的兩個工具，但是如今市面上大多數醫護設備都不能做到兩者的有效結合。在照顧失能老人的過程中仍然需要醫護人員將病人在病床和輪椅上轉移，這樣不僅增加了病人二次受傷的風險，也加重了醫護人員的負擔。針對這一情況，本文設計了一種床椅一體化的可拆分病床結構，可實現抬背、床椅轉換，手動分離等操作。因為其結構簡單，操作方便，不僅可以在醫院使用，亦可以在家中使用，服務于更多在家中療養的患者以及行動不便的老人。

1 病床和輪椅模式的切換

考慮到病患由病床向輪椅轉移時可能發生二次傷害的風險和造成不必要的麻煩，本文設計的機構采用了一種兼容了病床和輪椅的設計，它可以實現從病床中輕易脫離出一張獨立的輪椅。

總體來看，病床的結構采用了三層式的結構，而輪椅方面采用雙層，分別與病床的1、2層對應，病床的最后一層起到固定輪椅和方便輪椅結構的作用。

當輪椅與病床結合時，形成一個完整的病床時，病床可以實現如今市面上大部分病床實現的功能，在背部利用電動推桿結構可以實現抬背的操作。

圖1中的床尾1與床頭6共同組成了病床的最底層，用于固定床身2和安放病床的車輪3；第二層由床身2組成，用于安放電動推桿，使得第三層的床板活動件5可以順利抬起，完成抬背的操作，以及設置插銷，在輪椅與病床結合時輪椅把手8順利插入插銷完成輪椅與病床的固定。

圖1 病床輪椅一體式平床模式總體結構

如圖2所示，當病患需要下床，實現病床分離功能時，電動推桿1同時作用，使得輪椅部分腿板4下拉，輪椅背板推桿3作用使輪椅背板6抬起，最終完成輪椅部分由平床模式到坐姿模式的轉換。同時3活動護欄離開插銷，病床解除對輪椅的固定，并且借助萬向車輪7的幫助得以順利分離病床自由活動。

圖2 病床輪椅一體化分離模式側面視角

2 結構具體設計

考慮到輪椅需要在平床模式和坐姿模式下的切換，將輪椅的設計分為了4部分，如圖3所示，分別為背板5、坐板7、腿板3、腳板1。坐板與輪椅底盤以及電動推桿相連，在平床和坐姿模式切換中位置不發生改變。背板與坐板、腿板與坐板、腿板與腳板直接的連接均為鉸鏈連接。當輪椅需要折疊時，放置于坐板前后的兩個電動推桿分別推動腿板和背板繞軸轉動同時坐板兩側的推桿推動腳桿繞軸轉動。其中，腿板和腳板的運動是同步的，可以看作腿板的電動推桿同時推動了腳板和腳板的運動。輪椅坐板7下通過焊接的方式固定在支撐架8上，支撐架8的大橫梁桿和小橫梁桿均通過螺栓連接的方式連接輪椅后輪9和輪椅前輪10。輪椅前輪10選用了活動萬向輪用于轉向（三視圖如圖4所示），而輪椅后輪8選用固定輪，方便傳遞驅動力。

圖3 輪椅折疊部分

圖4 輪椅前輪萬向輪三視圖

在輪椅設計時，考慮到需要符合人體工程學，按病床的設計尺寸標準以及輪椅的尺寸標準，對輪椅的尺寸進行了設計。輪椅后輪負責承載主要的重量，選用直徑為56 cm的充氣輪胎。在輪椅前輪方面選用15 cm的小輪，直徑大的小輪通過性更好，但直徑過大使所占空間變大，造成行動不便的問題[2]。在輪椅尺寸方面的輪椅平床模式時整體長1 900 mm以讓產品設計滿足90%人群的使用要求，整體寬度為600 mm，座位太窄會造成臀部及大腿組織受到壓迫，太寬則會使得輪椅操作不方便，更具體的，背板長度最長為720 mm、坐板長度為500 mm、腿板為400 mm，腳板長度為230 mm。

圖5 病床輪椅一體式平床模式

病床和輪椅一體形成一個完整的病床時，床輪3通過螺紋與支撐桿連接，支撐桿固定在床頭6與床尾1下，床頭6與床尾形成前后護欄保障病人的安全。在5床板活動件下有可使床板抬起的電動推桿結構。床板由活動件5與固定件7拼接而成，便于拆裝更換維修。

3 電動推桿的選用

選用電動推桿作為驅動裝置，在輪椅背板與腿板以及腳板運動本文均選用電動推桿。電動推桿是一種將電動機的旋轉運動轉變為推桿的直線往復運動的電力驅動裝置，由驅動電機、減速齒輪、螺桿、螺母、導套、推桿、滑座、彈簧、外殼及渦輪、微動控制開關等組成。以背板支起為例，電動推桿一端通過鉸鏈固定在電動推桿固定梁上，另一端通過鉸鏈固定在背板的固定梁上，電動推桿的直線往復運動帶動背部床板總成繞鉸鏈的轉動，完成背部支起功能[3]。在選用電動推桿時需要考慮到推桿的行程、推桿的推力以及推桿的鎖緊力。不僅如此考慮到現實使用，還需盡量選用噪音較小的靜音推桿。

圖6為背部支起結構受力分析簡圖，背部板總成可圍繞鉸鏈A轉動，θ為背部板總成與水平方向的夾角，按功能需求確定 θmin＝ 0°，θmax＝ 80°。B，C 分別為電動推桿與背部板總成、背部鉸鏈固定梁的鉸接點，β為電動推桿與水平方向夾角，m為鉸鏈A與鉸鏈B的水平方向尺寸，n為鉸鏈與鉸鏈C的豎直方向尺寸。

圖6 背部支起結構受力分析簡圖

可得到結構簡圖中各參數的幾何關系：

在多功能智能輪椅一定的高度和背部床板總成長度范圍內，隨著電動推桿行程的增大，水平固定距離m和豎直固定距離n均增大，電動推桿最大推力值也相應增大[4]。電動推桿的型號和最終固定位置的確定不僅要考慮推力的大小，還要考慮背部支起機構的角速度和鉸鏈承載力的大小。

4 總結

本文設計了一種新型的方便下輪椅的拆分床結構，介紹了所設計結構的具體組成以及各個模式的切換方式，并且對電動推桿的推力作用方式進行了分析。所設計的拆分床結構很好地解決了病人從病床轉移到輪椅上不方便，易受傷的問題，并且結構簡單，成本低廉，作為滿足未來的普及型醫療機構的條件既有很好的優勢。隨著我國人口老齡化的加快，老年慢性病患者日趨增多，建立和完善家庭病床模式已成為我國醫療衛生事業發展過程中的一個實際問題[5]。目前各地的醫療改革也在加速進行，部分地區將家庭病床納入醫保也有利于這種病床的普及。