多功能骨科康复病床设计报告

1、2014 自动化挑战赛作品设计报告作品题目名称多功能骨科康复病床参赛学校济南大学参赛队伍名称腾飞队参赛队员姓名张广 王腾作品完成情况作品完整作品部分完成 作品未制作设计题目多功能骨科康复病床设计摘要面对康复病床功能单一且需求量大的现状，设计并制作出具有针对性的多功能康复病床已经不再是简单的商业需求，而是对病人享有舒适的治疗环境的保障。通过对病床现有功能的调查以及对病人需求的分析，针对脚部、四肢、腰部、背部骨骼受伤的骨科康复病人设计了集起卧、按摩、呼叫等功能为一体的病床。该病床不仅满足了骨科康复病人日常生活的需要，同时促进了病人身体的康复，具有丰富的实际应用价值。本报告对作品的各组成部分进行了详

2、细的说明，并汇报了最后的制作情况。关键词 : 康复病床；多功能；骨科目录设计题目2设计摘要2一、引言4二、方案设计4（一）硬件部分41. 机械结构设计41.1起卧、屈膝功能51.2 按摩功能 .61.3 呼叫功能 .62.硬件电路设计6（二）软件部分71. 起卧、屈膝功能82. 按摩功能9三、结论91. 完成情况92. 心得体会103. 作品特点104. 存在问题105. 进一步改进11四、附件111. 元器件清单列表112.源程序清单11一、引言我国多功能骨科康复病床的应用仍然处在初级阶段。目前骨科护理病床分为手动护理病床与电动护理病床：手动护理床的价格相对适中，但是需要护理人员手动操控摇手

3、才能实现各种功能的使用；电动护理病床操控简单，病人自己就可以完成对病床的操控，但是价格较高。在国内，大部分骨科康复病人使用的病床，其功能只局限于物理位移，即身体各部位的抬起与放下，甚至有一些病床只是给病人提供一个休息的地方，只有少数医院提供帮助起卧、翻身或者有坐便功能的病床。以三级甲等医院济南军区总医院的骨科病房来说，总共有 200 个床位，其中大部分都是手动护理病床，智能化的病床多数都在重症监护室和贵宾病房内。从 2003 年起，我国已进入了老龄化社会，年龄老化而患上关节退行性质变疾病的患者越来越多；另一方面，骨科疾病也呈现出年轻化的趋势，年轻白领、学生因长年累月在电脑面前工作而导致的腰椎间

4、盘突出患者也在陆续增多。以重庆友谊骨科医院为例，该院骨科光住院病人一年就有两千多人，以脚部、四肢、腰部、背部骨骼受伤的居多。骨科康复对每一个病人而言都是一段痛苦而漫长的过程。骨科康复病人的病情多种多样，病床的首要条件就是能够满足大多数病人的治疗和康复需要。因此为病人提供集治疗、康复等多种功能为一体的病床，就显得极为重要。为了改善这种现状，满足市场需求，本参赛队伍针对脚部、四肢、腰部、背部骨骼受伤的病人设计了这款康复病床。二、方案设计结合护理业的实际情况和病人的实际需要，本款多功能骨科康复病床主要可以实现起卧、屈膝、按摩、呼叫等功能。整体采用各功能分别驱动的思路，利用西门子 LOGO！控制器进行

5、控制，最终实现各个组成部分分别运作。以下是各功能的详细介绍：（一）硬件部分1. 机械结构设计1.1 起卧、屈膝功能（1）床板结构简介：床板分为 4 块，相互间用合叶铰接（如图 1），坐起时 1 一起绕 Y1 轴翻转；曲膝时 3 绕 Y2 轴向上翻转，翻转的同时 4 被拖起， 4 板绕 Y3 相对于 3 板转动，从而达到了曲膝的目的。图 1 床板结构示意图（2）起卧功能具体原理：床板平置时，人躺在床上和普通病床一样，当需要坐起时由图中左边的电机M1正转，驱动螺杆 8 旋转，使得螺套 7 向右运动，带动丝杆 5 向上运动，最后由丝杆驱动床板 1 绕 J 点向上旋转，从而使人坐起；当需要躺下时 M1

6、 反转驱动螺杆 8 旋转，使得螺套 7 向左运动，带动丝杆 5 向下运动，最后由丝杆驱动床板 1 绕 J 点向下旋转，从而使人躺下。（3）屈膝功能具体原理：需要屈膝时，右边的电机M2 正转，通过螺旋传动使得丝杆12 向上运动，将床板 3 顶起，并带动床板4 上升达到屈膝的目的；需要将腿伸直时，右边的电机M2反转，通过螺旋传动使得丝杆 12 向下运动，床板 3 下降，并带动床板 4 下降达到伸直的目的。图 2、图 3 分别是床板平置、坐起及屈膝动作完成之后的状态。图 2 坐起及曲膝原理（平躺状态)图 3 坐起及曲膝原理（坐起状态）1.2 按摩功能在第二块床板上安有几个胶质圆柱体，通过电机转动带动

7、凸轮做圆形旋转，从而带动螺杆上下移动，通过螺杆传动带动圆柱体上下运动，从而达到按摩背部的目的。为满足不同病人对按摩快慢的不同需求，该装置带有电机调速器，可实现圆柱体的高低速运动，从而该病人享受舒适的按摩过程。图4按摩结构示意图1.3 呼叫功能当病人需要医生或者护士帮助的时候可以通过呼叫装置来需求帮助。其工作原理如下：（1）当某个病床发出求助信号（按下床上设置的呼叫按钮）后，护士站的蜂鸣器发出短促音，与呼叫信号对应的指示灯闪烁（闪烁频率自定）。（2）当医护人员听到呼叫后，可按下呼叫响应按钮，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在 20S 后停止显示。2.硬件电路设计图 5 系统接线图表 1 输入输出接口分

8、配表输入输出序号功能序号功能I 0.1M 1 正转开始Q1M1正转I 0.2M 1 反转开始Q2M1反转I 0.3M 2 正转开始Q3M2正转I 0.4M 2 反转开始Q5M3转动I 0.5限位开关Q6蜂鸣器I 0.6M3 转动Q7指示灯I 0.7M3 停止I 0.8呼叫开关I 0.9呼叫停止（二）软件部分1.起卧、屈膝功能当使用起卧功能时，先选择坐起还是躺下，坐起时M1正转，丝杆向上运动，床板 1 上升。躺下时执行相反命令。然后判断是否到达指定位置，若到达指定位置，电机停止工作；反之，则继续工作。当使用屈膝功能时，先选择屈膝还是伸直，坐起时 M2 正转，丝杆向上运动，床板 3、4 上升。躺下

9、时执行相反命令。然后判断是否到达指定位置，若到达指定位置，电机停止工作；反之，则继续工作。图 6 起卧功能流程图图 7 屈膝功能流程图2.按摩功能当使用按摩功能时，按下开关， M3 转动，带动凸轮转动，从而使丝杆上下运动，接着判断速度是否合适，若速度合适则判断是否停止按摩，若停止按摩，按下按钮，电机停止转动，若不停止，则不执行操作，使其继续工作；当速度不合适时，转动旋钮，调节速度，直到按摩速度适合，然后继续执行下面的步骤。图 8 按摩功能流程图三、结论1.完成情况多功能骨科康复病床已基本实现全部功能。2.心得体会这是本参赛队伍第一次设计并制作作品，从开始的茫然、制作过程中的摸索，到最后作品的完

10、成，是充满新奇和挑战。在本次参赛作品的制作过程中，本参赛队伍学会了 LOGO！控制器的编程，设计、研究并组装了机械结构，讨论、整改了很多次方案，也向老师、学长和学姐询问了很多问题。虽然有些方面做得不够好，但是当功能一个个实现时心情也是很激动的，感觉付出的努力终于得到了回报。相信这次的经历对以后的学习、比赛会有很大的帮助，希望本参赛队伍能够继续合作，制作出更多更好地作品。最后，对帮助过我们的老师、学长和学姐表示感谢。3.作品特点（1）具有普遍适用性：该病床集起卧功能、按摩功能、呼叫功能等功能为一体，满足了骨科康复病人更多的需求，适合大多数骨科康复病人使用。（2）使用便捷：该病床提供的起卧功能采用

11、了电动式起卧的方式，不需要护理人员的帮助病人就可以在该功能的帮助下完成起卧动作。（3）可以进行针对性的康复训练：该病床提供了按摩功能，可以对腰部、背部受伤的病人针对受伤部位进行按摩，促进血液循环，帮助病人更快的康复。4. 存在问题由于时间较紧并且经验不足，本参赛队伍做出的作品还是存在一些缺陷的。比如按摩装置的凸轮直径不好控制，在凸轮做圆形旋转时，连接在一个凸轮上的圆柱体上下运动不均匀。5.进一步改进（1）为使病人拥有一个相对轻松的治疗环境，可以增加音乐播放功能：该音乐播放装置安装在床的侧面，带有开关按钮和歌曲切换按钮，另外还带有一个耳机插口和USB 接口。该装置可以与手机、电脑的连接，进而将歌曲导入或导出该装置。病人想放松心情时就可以打开该装置。（2）为使病人拥有一个更好的康复环境，可以增加辅助按摩功能：在床头上方悬挂拉力环，帮助病人进行手臂力量的恢复，促进上肢的血液循环，防止肌肉萎缩。（3）起卧功能、呼叫功能等除了可以通过安装在病床上的装置进行