一种新型多功能轮椅床的设计及仿真

摘要

目前，全世界范围内60岁及以上的高龄人口已达到7亿左右，人口老龄化已成为世界范围的重大社会问题。在我国60岁及其以上老年人口已达1.78亿，并以年均3.32％的速度持续增长。另外，我国尚有各类残障人士约6千万，约占总人口数量的5％。人口的加速老龄化使医疗和社会保险系统面临前所未有的压力，高龄老人的自我照顾能力欠缺，主要由家庭护理，护理费用高，劳动强度大，护理条件急需改善。目前“空巢家庭”也已经成为社会的发展趋势，家庭式护理对老年人的照顾也日益减少，客观条件上增加了老年人、残疾人护理的难度。各类残障人士以及长期卧床老人的大量存在，使得助老助残问题正日益成为一个重大的社会问题。用何种社会保健方式来解决因身体虚弱卧床不起和因疾患导致生活不能自理的老人家庭照料与看护问题，是人口老龄化国家所面临的共同问题。
　　 基于此，本文针对老年人，残疾人、下肢丧失运动能力的人设计了一种能够帮助他们最大程度进行自理的多功能轮椅床，该轮椅床是轮椅和床的组合体。该轮椅床既能作为护理床使用，辅助老年人、残疾人等完成支背、曲腿、左右侧翻的功能，床体中间部分又能够转换成轮椅驶离床体，辅助老年人、残疾人完成日常的自由活动。此外，该轮椅还具备站立的功能，能够在坐姿和站姿之间自由转换，帮助下肢瘫痪的病人实现其站立行走的愿望。
　　 (1)在人体工效学的基础上，应用模块化思想完成了多功能轮椅床的整体结构设计。根据国家标准，设计轮椅床床体和各个床板的具体参数，确定轮椅在床内的具体位置，并进行床下空间的分配。根据功能性要求和各功能机构之间不形成相互干涉的要求，选择了合适的机构构型。
　　 (2)对床体进行整体设计。设计了轮椅和床体对接部分的结构，并设计计算了曲腿、站立、侧翻、支背功能实现所需的参数和尺寸，由此确定电动推杆的行程，对电动推杆进行选型。展示了多功能轮椅床的整体结构在三维视角下的模型图。
　　 (3)建立了支背机构和站立机构的运动学模型，并对该机构进行运动学分析。将模型导入运动学与动力学分析软件ADAMS中进行功能性验证分析，结果显示该机构能平稳地完成预期的功能要求。
　　 (4)用ANSYS软件对脚底支杆，连接件，床架等一些关键的受力部件进行应力和应变分析。结果表明，这些零部件都具有较高的强度和刚度，满足功能和安全性的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外护理床的发展

1．2．1 护理床的发展现状

1．2．2 护理床的发展趋势

1．3 本文的主要研究内容

第二章 多功能轮椅床的整体性方案设计

2．1 多功能轮椅床的设计要求和指标

2．2 多功能轮椅床的总体方案设计

2．2．1 总体布局

2．2．2 尺寸参数设计

2．2．3 各功能模块机构构型及选定

2．3 多功能轮椅床的控制系统方案

2．4 多功能轮椅床的驱动和能源供给

2．5 本章小结

第三章 多功能轮椅床的总体结构设计

3．1 床架的结构设计及材料选择

3．1．1 床架的整体结构设计

3．1．2 床架的材料选择

3．2 多功能轮椅床各体位调整模块设计

3．2．1 支背机构的结构设计

3．2．2 侧翻机构的结构设计

3．2．3 站立机构的结构设计

3．2．4 曲腿机构的结构设计

3．2．5 底座万向铰链连接件的选择

3．2．6 轮椅和床体的组合过程

3．3 多功能轮椅床的整体效果图

3．4 本章小结

第四章 多功能轮椅床的机构设计及运动学分析

4．1 机构的参数设计及运动学分析

4．1．1 支背机构的参数设计及运动学分析

4．1．2 站立机构的参数设计及运动学分析

4．2 基于ADAMS的多功能轮椅床的运动学分析

4．2．1 ADAMS软件介绍

4．2．2 支背机构的运动学分析

4．2．3 站立机构的运动学分析

4．3 本章小结

第五章 关键零部件的有限元分析

5．1 床架的有限元分析

5．2 连接部件的有限元分析

5．3 支杆的有限元分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 对后续工作的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢