压力反馈式自动翻身床的制作方法
【专利摘要】一种压力反馈式自动翻身床，包括床体、传动机构和压力传感自动控制系统：所述的床体由底层床板、中层床板、上层活动床板、床头挡板、床脚挡板、左侧挡板、右侧挡板构成，所述的传动机构由液压传动系统和四连杆机构组成，在所述的底层床板之上设置油料箱，所述的传感控制系统由压力传感器、译码器和自动控制电路组成，用于控制所述液压传动系统的工作。本发明实现系统多维度，多角度，可调控的折叠与翻转，实现对病人位置、重量等参数的收集，以及实现参数辨识，并自主设定运动参数的功能。
【专利说明】压力反馈式自动翻身床
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗保健器械【技术领域】，特别是一种压力反馈式自动翻身床。
【背景技术】
[0002]中国老龄人口数目日益增多，为提高病人的自理能力、减轻护理人员工作强度，护理床的市场需求日益增强和迫切。
[0003]残疾人和瘫痪病人所患疾病经常会要求长期卧床，这样在重力作用下，病人后背和臀部将会长期受压，产生褥疮。传统的解决办法是需要护士或家人经常为病人翻身，但费时费力，效果不佳。另外随着经济的发展，人口老龄化问题也日趋严重。一些城市出现空巢家庭，老年人尤其是老年病人长期得不到照顾。由于老年人所患疾病多以慢性病为主，需长期进行物理方式护理。因此配备必要的护理设备，尤其是一种能够为患者翻身的护理床就显得十分重要。
[0004]经过对目前已有的技术文献的检索，我们可以将已有的医疗护理床进行如下分类:
[0005]从机械结构上，目前国内医疗护理床可分为三大类:第一类为半卧起坐立床(支背曲腿型)，例如徐凤杰发明的多功能护理床(专利申请号:02289820)，主要目的是实现病人上半身坐起，达到身体舒适位置，以方便进食服药。这种护理床现已在各类医疗机构广泛使用，但未能解决褥疮这一医护难题。第二类为侧翻翻身床，主要目的是解决褥疮问题，如由邹先春发明的自动翻身床(专利申请号:02114415)等。但是由于机构设计的局限性，这类床的翻身角度一般只有3 0° — 50°，远未达到人体生理翻身的最舒适状态90°，病人后背依然压在床褥上，未有效解决褥疮的产生。第三类为多功能翻身床，能够实现多种变形，完成支背、曲腿、侧翻等动作要求，如冯煤山发明的机械保姆(专利号200920163785)等。但这类翻身床大多为国外进口，价格昂贵，而且结构复杂，机构运动空间受到限制，大部分产品侧翻角不理想。
[0006]另外，从驱动方式上，国内医疗护理床分可分为手动控制和电动控制两类，其中电动控制由于其简便省力的操作方式，平稳可靠的动作过程，而受到市场欢迎。
[0007]虽然目前国内市场上存在的护理床可以实现翻身，但是其共同缺点是必须采用人工控制，然而对于无法行动的患者来说，可能很难做到手工控制护理床进行工作，因此研制一种可以自动定时作业的护理床就显得尤为重要。
[0008]从医院和病人的角度分析，使用普通的医疗床确实可以节省费用，减轻医疗负担，但不利于病人快速康复，这个问题是不能忽视的。我们开发的智能化康复理疗辅助系统可以弥补市场上这类产品的不足。
[0009]智能化康复理疗辅助系统解决了以上三大类医疗床的不足之处，它可以实现系统多维度，多角度，可调控的折叠与翻转，可以利用压力传感器实现对病人位置、重量等参数的收集，还可以实现系统对参数辨识，并自主设定工作路径，运动参数。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于克服现有瘫痪病人专用康复病床的不足，提供一种一种压力反馈式自动翻身床，该床是更舒适更自动化的康复病床，通过对整个床板不同的拆分方式，改变纯机械性操作结构，应用液压四连杆组合装置进行改进设计，并将传感器自动控制应用于每一块可折叠床板之中，从而实现床体运动方向的多元化，降低床板翻转时产生的微振动，减少康复过程中复杂的人工操作，保证病人在治疗过程中拥有安全和舒适的环境。
[0011]本发明的技术解决方案如下:
[0012]一种压力反馈式自动翻身床，其特征在于:包括床体、传动机构和压力传感自动控制系统:
[0013]所述的床体由底层床板、中层床板、上层活动床板、床头挡板、床脚挡板、左侧挡板、右侧挡板构成，所述的底层床板和中层床板与所述的床头挡板、床脚挡板、左侧挡板、右侧挡板通过四角四根床柱固定地连接在一起，所述的上层活动床板由尺寸相同的左头床板、左侧床板、左脚床板、右头床板、右侧床板、右脚床板通过七个嵌入式合页铰链板板互联构成；
[0014]所述的传动机构由液压传动系统和四连杆机构组成，在所述的底层床板之上设置油料箱，在所述的中层床板上与所述的上层活动床板的左侧床板、右侧床板、左头床板与右头床板之间、左脚床板与右脚床板之间的位置分别设置左侧向液压四连杆机构、右侧向液压四连杆机构、床头液压四连杆机构和床脚液压四连杆机构将所述的上层活动床板支撑成一平稳的活动床板；
[0015]所述的传感控制系统由压力传感器、译码器和自动控制电路组成，用于控制所述液压传动系统的工作。
[0016]所述的左侧床板和右侧床板上横向地依次分布六块压力传感器，压力传感器作为自动控制系统的信号输入端。
[0017]所述的床体底的两侧均设有两组以上的移动支撑机构，两侧对称，每一组移动支撑机构由减震弹簧与轴和导向轮组成，所述的轴和导向轮组成万向轮，万向轮与地面接触。
[0018]所述的减震弹簧为硬弹簧、气弹簧或液弹簧。
[0019]所述的液压四连杆机构包括一端具有固支铰，另一端具有套筒的液压主动杆，一端具有固支铰，另一端与支撑杆铰接的从动伸缩杆，所述的支撑杆的自由端穿过所述的套筒，所述的两固支铰固定在所述的中层床板上，所述的支撑杆的自由端按下列方式固定:
[0020]所述的床头液压四连杆机构的支撑杆的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床头板与右床头板相邻接固定的卡槽中，所述的床脚液压四连杆机构的支撑杆的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床脚板与右床脚板相邻接固定的卡槽中，所述的左侧向液压四连杆机构的支撑杆的自由端与所述的左侧板固定相连，所述的右侧向液压四连杆机构的支撑杆的自由端与所述的左侧板固定相连。所述的自动控制电路使用压力传感器作为信号输入端，经所述的译码电路与控制电路通过控制所述的液压主动杆的升降以实现床板定轴旋转运动。
[0021]在床一侧设有液晶显示的触屏装置，该触屏装置具有水平面内旋转机构，显示当前床体的状态，通过点击相应的参数，以使床体完成床头抬起动作，侧向左右翻身动作，床脚抬起与落下动作。[0022]所述的床体的床脚挡板、左侧挡板、右侧挡板通过卡榫机构与床体连接，所述的左侧板右侧板高出所述的上层活动床板的部分为侧护栏。
[0023]本发明的技术效果如下:
[0024]本发明床板由六个大小相同的正方形木板，采用嵌入式合页互相连接形成。在动力驱动下，床板可实现:头部两板向上旋转，脚部两板向上下两方向旋转，左侧三板可联动向上转动，右侧三板可联动向上转动。
[0025]床架的尺寸略大于床板，可使床板嵌入其中，液压杆带动着床体的翻转，四角四根床柱保证床体的稳定性，是承受压力的主体，确保床在静止的时候，运动结构是基本不受力的。床框上有可拆卸的床头护栏、床侧护栏，保证病人在随床体转动时的安全性。床架上还附有侧面挡板，其中，床脚挡板可拆卸，便于床体传动系统维修与重症病人上床、清洁时的便利。
[0026]本发明传动机构由液压四连杆机构组成。首先是两个固定支点，在两个支点之间，我们把它看成一根固定的杆，然后前面的支点上铰连一根液压杆，后面支点上铰链伸缩杆，液压杆为主动机构，伸缩杆为从动机构，根据床板需要旋转的不同角度，液压杆伸长不同距离。液压杆与伸缩杆自由端分别与一根支撑杆铰链。形成液压一四连杆传动机构。负责两侧旋转的传动装置与侧面两块板固定铰接。四连杆在实现左右翻身以及起身运动的时候，液压杆要做伸长运动；在实现帮助病人落地的时候，液压杆则需进行压缩运动。
[0027]本发明的自动控制系统由传感系统、分析系统、电路控制系统、脉冲发生系统、显示系统等部分组成。
[0028]传感系统由分布在床板中间三块小板上的六块压力传感器组成。当人体躺在床上时，必定会压上其中3至4块传感器。每块传感器上受压大于一定数值时视作有输入信号。分析系统分析输入信号后，判 定床体的旋转方向，经过电路控制系统，控制液压杆的伸长或收缩，使传动装置运动。通过调节脉冲发生装置，可调节窗体的旋转速度。显示系统可以即时显示当前的旋转速度。
[0029]本发明的移动减震机构由减震弹簧与导向轮组成。其中，减震弹簧一端连接于导向轮上方，另一端与床底板相连。每边各安装三组移动减震机构，共六组。实现床体的避震性能与移动性能
[0030]本发明从如何实现床体翻转的稳定性、提高装置的耐用性以及减少不必要的人工操作等方面考虑，对整个机械动力系统进行改进。需要指出的是:上述方案并不是独立的，研究者可以根据具体的设计需要，将这些方案综合考虑。
[0031 ] 与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0032]①利用液压四连杆组合装置实现系统多维度，多角度，可调控的折叠与翻转。
[0033]②利用压力传感器实现对病人位置、重量等参数的收集。
[0034]③实现系统对参数辨识，并自主设定运动参数。
[0035]实现多维度的运动，有效的降低床体升降带来的振动，在保证病床的稳定性的基础上，把复杂的人工操作完全转变成智能的传感器控制，使病人的康复更加顺利。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1本发明压力反馈式自动翻身床立体结构图[0037]图2是图1床体俯视图
[0038]图3图1床体内部结构正视图
[0039]图4是床体内部结构左视图
[0040]图5液压一四连杆机构示意图
[0041]图6床头、床脚传动机构——床板连接处示意图
[0042]图7床体移动减震机构示意图
[0043]图8压力传感器在床板上位置分布示意图
[0044]图9控制系统流程图
[0045]图10控制系统电路图
[0046]图11脉冲波形图
[0047]图12译码器电路铺设图
[0048]图中:
[0049]1、床框2、部分床板
[0050]3、合页4、传动机构与右侧床板连接处
[0051]5、床脚挡板卡槽6、床脚挡板
[0052]7、传动机构与床脚床板连接处 8、传动机构与左侧床板连接处
[0053]9、传动机构与床头床板连接处 10、床体传动机构空间
[0054]11、床头挡板12、床体侧护栏
[0055]13、床头液压一四连杆机构卡槽14、床头液压一四连杆机构
[0056]15、床板16、床脚液压一四连杆机构
[0057]17、减震弹簧18、轮轴
[0058]19、床体后部移动一减震机构 20、床体后部液压箱
[0059]21、侧向液压一四连杆机构22、床体前部液压一四连杆传动机构
[0060]23、床体底层板24、床体前部移动一减震机构
[0061]25、床体前侧护栏26、床体液压箱与线路铺设空间
[0062]27、橡胶轮28、支撑杆
[0063]29、套筒30、铰接点
[0064]31、从动伸缩杆32、伸缩杆与二层床板固支铰
[0065]33、液压杆34、液压杆与二层床板固支铰
[0066]35、部分左侧床板36、部分右侧床板
[0067]37、液压一四连杆机构卡槽38、液晶触控屏
[0068]39、电路箱
【具体实施方式】
[0069]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明:本在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了具体的实施方法，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0070]下面结合附图对本发明技术方案做进一步描述。
[0071]先请参阅图1、图2、图3和图4，是本发明最佳实施例结构示意图，由图可见，本发明压力反馈式自动翻身床最佳实施例，包括床体、传动机构、压力传感自动控制系统和移动支撑机构:
[0072]所述的床体由底层床板23、中层床板、上层活动床板、床头挡板11、床脚挡板6、左侧挡板、右侧挡板构成，所述的底层床板23和中层床板与所述的床头挡板11、床脚挡板6、左侧挡板、右侧挡板四角四根床柱固定地连接在一起，所述的上层活动床板由尺寸相同的左头床板、左侧床板、左脚床板、右头床板、右侧床板、右脚床板通过七个嵌入式合页铰链板板互联构成；
[0073]所述的传动机构由液压传动系统和四连杆机构组成，在所述的底层床板23之上设置油料箱22、20，在所述的中层床板上与所述的上层活动床板的左侧床板、右侧床板、左头床板与右头床板之间、左脚床板与右脚床板之间的位置分别设置左侧向液压四连杆机构、右侧向液压四连杆机构、床头液压四连杆机构和床脚液压四连杆机构将所述的上层活动床板支撑成一平稳的活动床板；
[0074]所述的传感控制系统由压力传感器、译码器和自动控制电路组成，用于控制所述液压传动系统的工作。
[0075]所述的左侧床板和右侧床板上横向地依次分布六块压力传感器，压力传感器作为自动控制系统的信号输入端。
[0076]所述的床体底的两侧均设有两组以上的移动支撑机构，两侧对称，每一组移动支撑机构由减震弹簧17与轴18和导向轮27组成，所述的轴18和导向轮27组成万向轮，万向轮与地面接触。
[0077]所述的减震弹簧17为硬弹簧。
[0078]所述的液压四连杆机构包括一端具有固支铰32，另一端具有套筒29的液压主动杆33，一端具有固支铰34，另一端与支撑杆28铰接的从动伸缩杆31，所述的支撑杆28的自由端穿过所述的套筒29，所述的两固支铰32、34固定在所述的中层床板上，所述的支撑杆28的自由端按下列方式固定:
[0079]所述的床头液压四连杆机构的支撑杆28的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床头板与右床头板相邻接固定的卡槽37中，所述的床脚液压四连杆机构的支撑杆28的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床脚板与右床脚板相邻接固定的卡槽37中，所述的左侧向液压四连杆机构的支撑杆28的自由端与所述的左侧板固定相连，所述的右侧向液压四连杆机构的支撑杆28的自由端与所述的左侧板固定相连。
[0080]所述的自动控制电路使用压力传感器作为信号输入端，经所述的译码电路与控制电路通过控制所述的液压主动杆33的升降以实现床板定轴旋转运动。
[0081]在床一侧设有液晶显示的触屏装置，具有水平面内旋转机构，该触屏装置显示当前床体的状态，通过点击相应的参数，以使床体完成床头抬起动作，侧向左右翻身动作，床脚抬起与落下动作。
[0082]所述的床体的床脚挡板6、左侧挡板、右侧挡板通过卡榫机构与床体连接,所述的左侧板右侧板高出所述的上层活动床板的部分为侧护栏。
[0083]本实施例中:
[0084]所述的上层活动床板如图2所示的俯视图，床板整体宽1.4米，长2.1米，由六个大小相同的正方形木板，采用嵌入式合页互相连接形成。在动力驱动下，床板可实现:头部两板向上旋转45°，脚部两板向下旋转45°，或向上转动20°，左侧三板可联动向上转动45°，右侧三板可联动向上转动45°
[0085]传动装置如图5所示，所述的液压四连杆传动机构。两个固支铰32、34分别与中层床板相连，如图3中剖面正视图与图4中剖面左视图所示。两固支铰32、34间相隔一段距离，相当于四连杆机构中一根杆。液压主动杆33用套筒29与支撑杆28相连。从动伸缩杆31。由于床头与侧面的传动装置与床脚传动装置的初始位置不同，为便于控制系统设计，故在图4中26空间位置安排第一油料箱22和第二油料箱20。图2中位于4、8、9位置上的传动机构中的液压杆与图3中第一油料箱22相连，图2中位于7位置上的传动机构中的液压杆与图3中第二油料箱20相连。
[0086]控制床板侧向旋转的两组传动机构分别与中间位置的两块床板固定连接，固定位置如图2中4、8所示。当床板抬起时，如图5，液压主动杆33缓慢伸长，使28支撑杆绕铰接处30转动。由于自由端固定在床板上，床板升起时，会造成从动伸缩杆31上产生位移差。这时，从动伸缩杆31伸长，弥补位移差，使床板可以绕轴做平稳圆周运动，从而实现从线性传动到圆周运动的转换。
[0087]为了实现床板床头抬起、床位落下与侧向运动的合理转换，故四组传动机构的自由端不可都与图2中所示相应位置4、7、8、9的床板固定连接，否则在床板侧向升起时，由于
7、9两个位置与杆件相连，会造成运动冲突。所以，本发明控制床头床板升起与床脚床板落下的传动机构分别通过图6所示的连接装置剖面正视图与床板相连。如图6所示，当侧床板35、侧床板36所代表的侧床板中的一块床板做翻转运动时,设为侧床板36,由于侧床板36抬起，使固定于其上的卡槽37随着侧床板36板的运动而运动，此时支撑杆28不会阻止侧床板36的运动。当床头板抬起或床脚板落下时，如图6所示，两边的卡槽37会将传动装置的连接端包覆在其中，相当于固定在板上，而实现床头抬起与床脚落下的运动时，图2中
4、8位置所在位置的床板不参与运动，故不会形成运动冲突。当床头抬起时，如图5，33液压杆缓慢伸长，使28支撑杆绕连接处30转动。由于自由端固定在床板上，床板升起时，会造成杆31上产生位移差。这时，从动伸缩杆31伸长，弥补位移差，使床板可以绕轴做平稳圆周运动。当床脚落下时，如图5，33液压主动杆缓慢缩短，使28支撑杆绕连接处30转动。由于自由端固定在床板上，床板升起时，会造成从动伸缩杆31上产生位移差。这时，从动伸缩杆31缩短，弥补位移差，使床板可以绕轴做平稳圆周运动。
[0088]所述的移动机构:
[0089]床体单侧移动减震机构的位置分布如图1所示，两侧对称，各有三组。如图7所示每一组移动——减震机构由17减震弹簧与轴18、轮27组成的导向轮两部分组成。当床板抬起时，由于液压杆33在运动中不可避免造成震动，可能会使床上的病人感到些许震颤感，从而造成身体不适，加入减震弹簧可有效起到减震效果。18、27共同组成的万向轮可方便沉重的床体进行移动，方便医院的卫生清洁工作与病人的抢救工作。
[0090]自动控制系统
[0091]本发明的自动控制系统的流程图如图8所示，其中主要部分由以下四点组成，SP:传感器输入端、译码器、控制器、动作器三个组成部分。
[0092]传感器在床体上位置如图9所示，由于人的主要重量集中于腹部、臀部、及腿部。因此，将六块传感器如图9所示，安排在中间两块床板上。传感器距床板边缘最外侧距离为
0.2米，最内侧传感器距床板内侧边缘距离为0.15米。压力传感器为大小约0.075米的正方形薄片，其厚度与整体相比可以忽略不计。每一侧床板上三块传感器之间两两相距约0.6米。经试验，传感器如此放置时，可以覆盖人体在床上所有可能位置。传感器的最小识别受力为70N。
[0093]译码器电路:本发明采用芯片与逻辑门相结合的方法，将传感器信号转化为二进制的电信号，芯片使用的是74138芯片，逻辑门根据具体的状态方程选择性连接，具体实现方法如下:
[0094]需要实现自控的两块床板上分布着如图9所示的6块传感器，对应着6个输入端口，设为A、B、C、D、E、F。DEF三块传感器位于左边的床板，ABC三块传感器位于右边的床板。当传感器承受的压力超过设定值，即超过70N的时候，其输入的值就是“1”，反之就是“O”。我们最终所需的输出电信号有两个，分别用Si和Ci表示，其中后者的优先级大于前者.[0095]对于Si来说，“I”是代表床板的左边抬起，“O”是代表右边的床板抬起；对于Ci来说，“I”是代表有效状态，“O”是代表无效状态。考虑到传感器在床板上的分布以及人具体躺在床体上的宽度，把传感器触发数为3或4个列为有效状态，根据以上分析，列出本发明的真值表如下:
[0096]表1.译码器真值表
[0097]
【权利要求】
1.一种压力反馈式自动翻身床，其特征在于:包括床体、传动机构和压力传感自动控制系统: 所述的床体由底层床板(23)、中层床板、上层活动床板、床头挡板(11)、床脚挡板(6)、左侧挡板、右侧挡板构成，所述的底层床板(23)和中层床板与所述的床头挡板(11)、床脚挡板(6)、左侧挡板、右侧挡板四角四根床柱固定地连接在一起，所述的上层活动床板由尺寸相同的左头床板、左侧床板、左脚床板、右头床板、右侧床板、右脚床板通过七个嵌入式合页铰链板板互联构成； 所述的传动机构由液压传动系统和四连杆机构组成，在所述的底层床板(23)之上设置油料箱(22、20)，在所述的中层床板上与所述的上层活动床板的左侧床板、右侧床板、左头床板与右头床板之间、左脚床板与右脚床板之间的位置分别设置左侧向液压四连杆机构、右侧向液压四连杆机构、床头液压四连杆机构和床脚液压四连杆机构将所述的上层活动床板支撑成一平稳的活动床板； 所述的传感控制系统由压力传感器、译码器和自动控制电路组成，用于控制所述液压传动系统的工作。
2.按权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的左侧床板和右侧床板上横向地依次分布六块压力传感器，压力传感器作为自动控制系统的信号输入端。
3.按权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的床体底的两侧均设有两组以上的移动支撑机构，两侧对称，每一组移动支撑机构由减震弹簧(17)与轴(18)和导向轮(27)组成，所述的轴(18)和导向轮(27)组成万向轮，万向轮与地面接触。
4.按权利要求3所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的减震弹簧(17)为硬弹簧、气弹簧或液弹簧。
5.按权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的液压四连杆机构包括一端具有固支铰(32)，另一端具有套筒(29)的液压主动杆(33)，一端具有固支铰(34)，另一端与支撑杆(28)铰接的从动伸缩杆(31)，所述的支撑杆(28)的自由端穿过所述的套筒(29)，所述的两固支铰(32、34)固定在所述的中层床板上，所述的支撑杆(28)的自由端按下列方式固定: 所述的床头液压四连杆机构的支撑杆(28)的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床头板与右床头板相邻接固定的卡槽(37)中，所述的床脚液压四连杆机构的支撑杆(28)的自由端的凸起活动地连接在与所述的左床脚板与右床脚板相邻接固定的卡槽(37)中，所述的左侧向液压四连杆机构的支撑杆(28)的自由端与所述的左侧板固定相连，所述的右侧向液压四连杆机构的支撑杆(28)的自由端与所述的左侧板固定相连。
6.按权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的自动控制电路使用压力传感器作为信号输入端，经所述的译码电路与控制电路通过控制所述的液压主动杆(33)的升降以实现床板定轴旋转运动。
7.按照权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，在床一侧设有液晶显示的触屏装置，具有水平面内旋转机构，该触屏装置显示当前床体的状态，通过点击相应的参数，以使床体完成床头抬起动作，侧向左右翻身动作，床脚抬起与落下动作。
8.按权利要求1所述的压力反馈式自动翻身床，其特征在于，所述的床体的床脚挡板(6)、左侧挡板、右侧挡板通过卡榫机构与床体连接，所述的左侧板右侧板高出所述的上层活动床板的部分为侧护栏。``
【文档编号】A61G7/015GK103505330SQ201310472964
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】张文光, 王一, 徐庆龙, 杨其帆, 钟子文, 朱安林 申请人:上海交通大学