带有平衡电路的护理床的制作方法

专利名称：带有平衡电路的护理床的制作方法
带有平4軒电路的护理床
DE 10 2004 019 144描述了一种护理床，其带有固定在床垫框架 上的可升降基座。借助于可升降基座，床垫框架与躺在它上面的病 人就可以从普通的床高调整到护理高度，在这个高度更容易对需照 顾的病人进4于护理。
为了调节高度，公知的床都带有电机，电机通过蜗轮蜗杆传动 装置来驱动螺紋轴。这个螺紋轴在基座的足部和头部之间延伸，这 样基座升降器就可以到达相应的高度。这种驱动是自锁的。这里的 电机本身是低压直流电机。它的供电电压是大约24V左右的直流电 压。
通过现有的床，可以提升或降低不大于给定最大体重的病人， 这个最大体重由设计所预先限定。这个设计限值很大程度上由所用 电机的提升力所决定。
以此为基础，本发明的任务在于实现一种可以提升或降低更高 体重的病人的护理床。
依照本发明的护理床带有可以调节高度的基座。为了可以实现 高度调节，使用了两个动力学上并行工作的电机。由于这两个电机 采用螺紋轴驱动，所以是自锁的，如果不采取相应手段，就会出现 过大张力，这会损害床和电机。由于基座提升机械装置的刚性，在 这里，电机路径很小的差别就可以引起这种损害。
为了避免这种损害，根据本发明的护理床带有附加的平衡电路。 此平衡电路至少在提升操作过程中测量两个电机的耗用电流。如果 出现两个电流之差超过给定值的情况，那么，在测量中所测得耗用 电流较高的电机就会出现稳定的、固定时间长度的短时间电流中断。
因此，需要使两个电机具有大致相等的电流，也就是说，要使 得两个电机产生的用来提升病人的提升力也是大致相等的。这样尤 其可以避免过大张力，这种过大张力可能是由于一个电机跑到了另 一个电机的前面而产生的。这样一来，跑到前面的电机不仅要承受 病人的体重，而且还要在克服落后电机对其产生的不利影响的情况 下工作。优选的是，这种护理床可以进一步改进，平衡电路不仅可以在 提升时测量耗用电流，在降低时同样也可以测量耗用电流。在降低 时可能出现这样的情况，即，落后的电机具有较大的耗用电流，这 是因为此电机没有受到返回基准位置的方向上的负载的支持。因此， 优选的是，当出现这种运行状态时，耗用电流较小的电机的电力供 应将会中断。也有可能，情况会反过来。在这种情况下，以上的调节是有害 的。它会扩大偏差。当存在这种故障情况时，自适应的平衡电路是 很有优势的。如果平衡电路在电流中断后，电流偏差不仅没有变小 反而变大了，则另一个电机的电力就会中断，并且只执行那个电机 的短时间电力中断。因为在每一种情况下，两个测量都是连续进行的，因此，在相 对專交短的时间内就可以达到两个电流实际相等的状态。为了使短时间电流中断不至于阻碍运行并导致不必要的调节波 动，为电机电流之差定义容限窗是很有好处的。电机电流只有在偏 差超出容限窗时才会中断。根据应用情况的不同，可能有利的是，容限窗是电流值的大小 的函数。最适合的值必须通过经验来得到，这是因为它依赖于电机 和床的设计。本发明的其它进一步的改进则是从属权利要求的主题。 通过阅读


，专业技术人员应当理解，根据各种给定情 况而作的一系例改变也是可能的。另外，在所有变换中都没有描述
的进一 步的组合也是可以想到的，它们没有被描述是为了不想增加 不必要的

篇幅。在附图中显示了本发明主题的一个实施例。附图显示了 图1是根据本发明的护理床，其处于床的状态； 图2是根据本发明的护理床，其处于安乐椅的状态； 图3是根据本发明的护理床升降器的结构，该图是侧视图和部 分分解图；图4在两个提升电机上的负载分布平衡的电路原理图，和 图5是在提升操作过程中负载分布平衡的流程图。图1显示了处于平躺状态的护理床1的透视图，而图2中的护 理床1则表现为处于椅子或者说是安乐椅状态。护理床1具有带有头部3的床缘2，足部4,以及侧板5和6。 在如图所示的平躺状态时，面向观察者这一面的侧板5离开地面一 段距离，这样在侧板5的下边缘和地面之间就有一定的空隙，这就 使得护理人员的脚尖可以放进床下面。侧板5设置成是可活动的， 并且在护理床1处于安乐椅状态时可以向下移动，如图2所示。侧 板5的特定结构在DE 199 12 937 Al中有详细的举例描述。在床缘2内部设有床升降器7 ，如图3所示。床升降器7包括，头部固定着带有垂直旋转轴线的旋转铰链9 的可调节高度的基座8,中间框架IO,以及床架ll,床垫12就是位 于床架11上。床架11在平面图中是矩形的。床架11分成与中间框架固定在一起的中部段13,和中部段13 铰接在一起的背部段14,同样和中部段13铰接在一起的大腿部段 15，以及小腿部段16。小腿部段16 4吏接在大腿部段15与中部段相 反的一端。为了使部段14,15,16可以与中部段13相对运动，铰链轴 线设置成水平的。最后，床架还包括另一脚部段17,脚部段17与基床架11的中部段13具有两个相互平行向的侧梁18，它们之间 的距离与护理床1的宽度相关。由于是侧视图的原故，可视侧梁18 遮挡住了中部段13位于背面的相关侧梁。背部段14由梁19以及另一根与之平行的、在图3中不可见的 梁所限定。梁19连接在梁18上，而另一根一皮遮住的梁则连接在与 侧梁18平行的侧梁上。背部段14的两根梁19通过在图中不可见的 顶端横支柱在标号20处相互连接。另外，另一横支柱21在下部把 两根侧梁19连接起来。同样，大腿部段15也由两根侧梁来限定，这里仅仅可以看到其 中一根侧梁22。另一根侧梁^R侧梁22遮挡住了。两根侧梁22都通 过横支柱23连接在一起。横支柱26大致位于相应侧梁22下部的中 间。最后小腿部段16也是由两根侧梁所限定，其中在图中同样只能 看到侧梁24。两根侧梁24通过一根不可见的横支柱在下端25处相 连。另外在这根横支柱之外，两根侧梁24还通过支柱26相连，在 支柱26上固定有相互平行的一起延伸到端25的导轨27。如图所示， 它们与侧梁24成一定角度，这样它们就会向足端25收敛。两根导 轨27间的距离明显要小于两根侧梁24之间的距离。导轨27相对于 侧梁24向内偏移了大约20cm。所有侧梁18,19,22和24支承着指向床中心的轴颈，以便使得其 上的模制橡胶部分与侧梁18,19,22和24相连，侧梁以已知的方式固 定了跨在床架11上的弹簧片。用来使床1各侧相邻的侧梁18,19,22,24相连的铰链用29,30和31 来图示表示。小腿部段16可以通过不可见的电机来升高或降低。电机与杆32 以传动方式相连，且位于中间框架10中。另一电机33支撑在中间框架10中，且指向横支柱21。背部段14可以这种方式而提升或下降。中部段13的两根侧梁18和中间框架10刚性地连接在一起。中间框架10由相互焊接在一起组成矩形框架的方形管组成，其 中只有方形管34是可见的。与之平行的方形管被方形管34挡住了 。矩形框架要窄于相应的侧梁18相互间的距离。在相互平行的方 形管34上，总共焊有四个臂35，其中每两个臂支撑起一根侧梁18。 臂35沿着水平方向延伸，并且与护理床1的纵轴线呈直角。旋转铰链9把中间框架10与高度可调节的基座8连接在一起。 它由环36与在环36中设置成可旋转的转盘37组成。转盘37通过 没有示出的螺丝而与中间框架10拧在一起。旋转铰链9的具体结 构在DE 102 50 075 Al中有描述，这个文件通过引用而结合于本文 中。通过旋转铰链9，中间框架10可以和床架11 一起绕着垂直旋转 轴线而旋转。这种旋转可以通过电机38来实现，此电机的一端与基 座相连，而另一端支起在转盘37上。高度可调的基座8还包括上部框架39以及下部框架41，它们都 是由相应的相互焊接在一起的方形管组成，其中两两平行的方形管 构成了侧梁39a和41a。通过总计四对杆对42和43，上部框架39 #皮 支撑在下部框架41之上。旋转4史链9与上部框架39连接在一起。杆对42、 43各自位于基座8的纵侧旁，这样一来相应的另一纵 侧的杆对42、 43在图3的侧视图中就是不可见的。这对杆对42、 43由上部杆臂44和下部杆45组成。每个杆42、 43通过带有水平轴线的铰链46而在相关的床侧面和上部框架39以 及下部框架41铰接相连。铰链46的全部轴线都是沿轴向平行的。 铰链46的轴线与不可见杆42、 43的铰链的轴线是同轴的。铰链47把杆对42、 43和下部框架41连接在一起。铰链47的 轴线与4交链46的轴线是相互平行的，在两侧彼此对应的4交链46 、 47 的轴线是彼此同轴的。
基座8各侧的两个杆对42、 43各自通过相应的水平连4妄杆48 而相互相连。如图所示，各个连接杆48与各自杆对42、 43的杆结 构49铰链连接。最后，在基座8的每一侧，斜向的连接杆50把杆对42的上部 杆臂44和杆对43的下部杆臂45连接在一起。至少在床足部的两侧 相互对齐的杆45通过不可见的轴相互连接。同样，对于在头部的两 个下部铰接杆45也是如此。和电机33、 38 —样，设置成主轴电机的电机51在上部框架39 和下部框架41之间延伸。它在杆42旁与下部框架41上用虚线表示 的横支柱52铰链连接。电机51的另一端与上部框架的被遮挡住的 横支柱52铰连在一起，且位于杆43旁边。这样，电才几就直4妻位于 两个框39和41之间，并且因此而横向于斜连接杆50。另一个提升 电机设置成与可见的电机51并行，且也是以相同方式铰链连接。由 于是侧视图的原故，第二个提升电机被可见的电机遮挡住了。两个 电机在动力学上是并行的，且相互间布置得尽可能的近。为了使两个框39、 41可以相对运动，杆42、 43和水平连^^杆48 与斜连杆50以并行的引导方式一起运行。升降器8的提升机构本身具有很强的刚性。由于两个提升电机51 的直接相邻设置，因此，即使是出现很小的路径偏差，在两个电机 之间也很容易出现过大的张力。当两个提升电机51是所谓的主轴电 机时，情况会更糕。这种传动是自锁的，且会产生很大的力。即使两个提升电机设置成在初始时可以相互矫正，但是，当它 们运行足够长的时间时，由于提升电机的容差而引起的运动速度偏 差也是不可避免的，这种运动速度偏差会在运行中导致两个提升电 机间的提升偏差。同的总提升力，设置了如图4的电路原理图中所示的平衡电路。在图4中，两个联动并行提升电机用A和B来表示。每个提升
电机都有外伸缩管52以及内伸缩管53,内伸縮管53设置成可以绕 着在图4中以虚线表示的可旋转螺紋主轴54旋转，这样内伸缩管53 就可以相对于外伸缩管偏移。出于传动的目的，在外伸缩管52的一 端有电4几55，此电4几可以通过已经4是过的蜗杆副来驱动螺紋主轴54。 提升电机A具有两个电流输入端56和57，通过它们可以输入 大约在24 - 48V的低压范围的电流。电机B也具有相同的构造，因 此这里也用了相同的附图标号来表示此机械部件。电机B由电流输 入端58和59来供电。两个电流输入端56和58是并联的，且通过 导线61而直接通到端子62。端子57连通到可控半导体断路开关63， 从开关63处又通到电流感测电阻64,最后通过导线65连接到另一 供电端66。供电输入端59的连接也是类似的。此供电输入端59和受控半 导体断路开关67相连，从开关67处连接电流感测电阻68和导线65, 最后通到供电端66。两个半导体断路开关63的控制都是通过微处理 器/微控制器69来实现的。微处理器/微控制器69有两个输出端71 和72,这些输出端连接到两个半导体开关63和67的控制输入端73 和74。另外，微处理器69通过输入端75、 76、 77和电流感测电阻64 和68并联。除此之外，在导线65处有输入端67,而输入端76则连 4妄到电流感测电阻68和半导体断路开关67之间的节点。输入端75 也以相同的方式连^^到电流感测电阻64 。在这两个输入端75和76之后是微处理器的才莫/数转换器，它可 以把在电流感测电阻64或68处测到的电压转换成数字值，在微处 理器中的程序会对数字值作进一步的处理。在供电输入端62和66连接着上级控制控制电路(未示出)的相关 控制输出端，由此用户可以用习惯的方式通过电4定来控制提升电才几 A和B的运行，并且根据操作的不同，电机会提升或下降。当释放 按键时，输入端62和66的供电就被切断，这样提升电机A和B就 在各自的位置保持自锁状态。微处理器69的供电电源没有进一步地示出，因为这对于专业人员来说是显而易见的，而且它也不是本发明的主题。以上所示的平衡电路的工作模式可以结合图5中的流程图来说明。如果用户想要在提升操作中调节护理床的高度，就可以按手控 开关上的相应的控制键。由此通过中心控制单元而将电压提供给供 电输入端62和66。例如，在这种驱动才莫式下，正极和供电输入端66 相连，而负才及和供电输入端62相连。在电路的空闲状态下，当微处理器69处于活动状态时，在它的 输出端71和72提供电信号，这个电信号可以用来控制两个诸如为 功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)形式的半导体断路开 关63和67。开始时，电流从供电输入端66通过电流感测电阻68，导通的半 导体断路开关67 —直流到提升电才几B,从那里又流到电流端子62。 另一电流从供电输入端66通过电阻64,半导体开关63 —直流到提 升电机A,并从那里流到供电输入端62。流到各个提升电机A和B的电流的信息可以由微处理器独立地 借助于电流感测电阻64和68不断地获知。在指令框80中，微处理器69计算从提升电机A和B处根据两 个电阻64和68的电压而获得的电流IA和Ib之差。然后在判断框81 中就需要检查，电流差值D是否大于程序给定差F。如果不满足条 件，微处理器69的程序就会在必要时经过一个短暂的等候循环后返 回到指令框80的开始。如果出现差值超过预先给定阈值F时，程序就运行到判断框82。 在判断框82中，会检查电流IA是否大于IB。当电流L大于电流lB时，这就是提升电机A比提升电机B贡献 了更大的提升力的标志。这里假设提升电机的提升力和所耗用的电
流成比例，因为除此以外，两个提升电机在元件容差范围内具有相 同的尺寸、相同的构造。如果提升电机A所耗用的电流较大，则这是它超前于另一提升电机B的标志，这意味着升降器8中同时也有了一定的过大张力， 而原则上这是不希望出现的。这样程序就运行到了指令框83，指令 框83的作用是使提升电机A的电流中断一段程序给定的时间t。出 于这个目的，微处理器69在它的输出端71处提供使半导体断路开 关63进入阻塞状态的信号。时间t的范围在0.01秒到2秒之间。它的最佳值可以凭经-验得 到。在这段时间t结束以后，程序又继续运行到指令框80的入口 。如果在执行了判断框81后，在判断框82中检查发现，电流^小 于电流Ie，那么程序就运行分支指令框84，框84的功能在于使得微 处理器69中断电流IB达一段时间t。为此，微处理器69在它的输 出端82就提供可以使半导体断路开关67阻塞一段时间t的信号。在运行了指令框84后，程序又回到指令框80的入口 。时间t必须选择成在运行指令框83或者84多次之后，IA和IB 能够彼此接近。如果在提升电机A或者另一提升电机B电流中断之 后，耗用电流大小很明显地反转过来，即其差值要大于F，那么时间 t就选得太长了。当然，即使设置较小的t值时，也还会存在剩余偏差，然而这是 无害的。因此t要选择成这样，指令框83和84不会经常一个接一个 地运行，这种情况的发生是因为，比如，在运行了指令框83后出现 了相反的偏差而电流差值现在变得还大于容限值F。另外，时间t的大小还应当相匹配于程序执行的持续时间，这样 在提升电机A和B之间就可以尽可能快速地达到平衡。通过使由微处理器69控制的提升电机电流出现短时间的断路， 同时提升电机也会短时间停止，这样，另一个还是与先前一样供电 的落后提升电机就可以赶上来。
在有限次数地执行程序后，可以达到这样的状态，即，两个电
机A和B达到大致相等的耗用电流，这样也就产生了大致相同的推
进力。同时，这也意味着，在框架自身不会有出现过大的张力，或 者一个提升电机必须要牵引另一个提升电机。如果随着时间推移， 由于转速不同而使得偏差又变大，那么，这个偏差就会自动地通过 平衡电路来补偿。
为了尽可能快地达到平衡，让被允许的电流差值F与断路时间 都取决于所测电流是很有益处的。
如果在提升电机A和B向着下降方向运行时不希望有控制介 入，那么，半导体断路开关63和67就可以如图所示通过虚线表示 的二极管86和87来旁^各。
如果希望在下降时程序还M作用，则不使用二极管86和87， 取代这些二极管的是允许双向电流的半导体断路开关63和67。如果 有必要的话，这也可以通过反极性地并联的MOSFET来实现。
为此而设置的适合电路对于技术人员来说是熟知的，因此不需 要在这里进行描述。
根据构造和条件的不同，在下降操作时也可以实现平衡，这只 有通过中断通往耗用电流较小的那个电机的电流来实现，而不是和 提升时 一 样中断通往电流较大的电机的电流。这是出于如下的考虑
在下降操作时，施加在提升管53上的力支撑电枢的旋转运动， 换而言之，是落后的电机承受着更大的负载。因此，在下降操作中 执行和图5中相对应的程序是很有意义的，然而，其中在判断框82 中使用符号"<"来取代符号">"。
最后也可以想到，在下降操作中情况会发生变化。因此在下降 操作中，在必要时完全可以在指令框83和84的输出端都设置检查， 以便检查在运行了指令框83和84后，在指令框80中所测的电流差 是不是变大了。为此需要加入另一个判断框，此判断框可以实现把 判断框82中的符号"〉"动态地变换为"<"，或者与之相反地变
换。通过这种方式，此设备就有了自适应能力，并且可以短时间断
开通往提升电机的电流，由此在这两个提升电机A和B中的电流可
以在大小上相同大小地变化，并且保持相同的大小。
护理床在高度可以调节的升降器中具有两个彼此机械式地并置 的提升电机。为了对提升电机平緩地加载并避免升降器出现扭转， 提供了可测量提升电机的供应电流的平衡电路。如果确定了电流差， 那么就可短暂地中断相应的电流若干次，以便使电流的大小彼此4妾 近。
权利要求
1.一种护理床(1)，其包括，高度可以调节的升降器(8)，用来控制升降器(8)的第一和第二电机(A，B)，用来为电机(A，B)供电的电源，和平衡电路，所述平衡电路-位于连接到所述电机(A，B)的供电线(61，65)中，-用来分别测量所述两个电机(A，B)的耗用电流(64，68，80)，-用来对测得的电流值(81，82)进行相互比较，和-当所述电机(A，B)被控制用来提升所述护理床时，用来中断所述电机(A，B)中耗用电流较大的那个电机的电力供应，中断时间为(t)。
2. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述电机(A，B)各装 备有螺紋主轴。
3. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述电机(A,B)是永 久激励的直流电才几。
4. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，在所述电源和所述 平衡电路之间具有控制电路，借助于所述控制电路，可以改变供给 所述电机(A,B)的电流的极性。
5. 根据权利要求4所述的护理床，其特征在于，所述控制电路具有 手控开关，通过所述手控开关，供给所述电机(A,B)的电流可以从断 路状态变化到某 一极性的或相反极性的通路状态。
6. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述控制电路只有 所述两个电机(A,B)所共用的电流输出。
7. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述平衡电路具有 供电输入端(62,66)和两个输出端(56,57;58,59),其中，在每个所述输 出端(56，57;58,59)连接所述两个电机(A,B)中的一个电机。
8. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，当所述电机(A,B^皮 控制用来降下所述护理床时，所述平衡电路用来中断所述电机(A,B) 中耗用电流较小的那个电机的耗用电流，中断时间为(t)。
9. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，当所述电机(A,B)一皮 控制用来降下所述护理床时，所述平衡电路用来中断所述电机(A,B) 中耗用电流^^大的那个电机的耗用电流，中断时间为(t)。
10. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，在电流中断后， 所述平衡电路检查电流差值(D)是否小于电流中断以前的电流差值， 如果检查结果是正值，那么另 一电机的电流会中断一段固定时间， 中断时间优选为该固定时间的2倍。
11. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，只有当两所述电 机(A,B)的所述电流差值(D)大于固定窗值(F)时，耗用电流输入才会中 断一段所述固定时间(t)。
12. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述窗值(F)依赖 于耗用电流输入。
13. 根据权利要求1所述的护理床，其特征在于，所述固定中断时 间(t)的值在0.01秒到5秒之间。
全文摘要
本发明涉及一种护理床，在其高度可调节的升降器中，具有两个机械式并行连接的提升电机。为了使提升电机可以平衡负载，并避免升降器中出现过大的张力，还设置了测量供给提升电机的电流的平衡电路。当出现偏差时，相应的电流会多次短时间中断，以便通过电流中断，来使得电流的相关工作参数彼此接近。
文档编号A61G7/018GK101111210SQ200680003800
公开日2008年1月23日 申请日期2006年1月13日 优先权日2005年2月4日
发明者汉斯-彼得·巴塞尔特 申请人:汉斯-彼得·巴塞尔特