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開題報告 開 題 報 告 1 課題介紹 1 1 課題名稱 多功能醫(yī)用護(hù)理床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化 1 2 課題背景 1 1 課題的目的及意義 多功能醫(yī)用護(hù)理床是針對生活不能自理的病人 危重病人和癱瘓病人的 特殊需要而設(shè)計的 能隨意調(diào)節(jié)床的背部和腳部的角度 即使不能自理者 護(hù)理人員也可通過床邊的控制器進(jìn)行操作 減少照顧病 殘患者的勞動強(qiáng)度 課題根據(jù)國家和上海市中長期發(fā)展綱要確定的研究方向和企業(yè)的具體需要 設(shè)計一種用于醫(yī)院重癥病人用的多功能床 解決病人身體和生理方面的需要 抬背 翻身等 也減輕護(hù)理人員的勞動強(qiáng)度 針對市場需求開發(fā)設(shè)計一 種結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 使用方便的多功能護(hù)理床并進(jìn)行動態(tài)仿真 對于產(chǎn) 品的產(chǎn)業(yè)化具有重要的意義 1 2 國內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢 隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 人民生活水平不斷提高 人口壽命不斷延長 思想的進(jìn)步 城市人口正逐步進(jìn)入老齡化 人口老齡化已成為世界范圍內(nèi)的社 會問題 據(jù)統(tǒng)計 歐洲發(fā)達(dá)國家和日本的老年人獨(dú)居率已高達(dá)40 如此之高 的比例迫使社會采取措施解決老年人的護(hù)理服務(wù)問題 如果完全依靠家庭人 工照料 與西方國家子女與老年人分居 家庭規(guī)模小型化的觀念有抵觸之處 我國60 歲及其以上老年人口已達(dá)1 32 億 占全國總?cè)丝诘?0 并以年均 3 32 的速度持續(xù)增長 其中 空巢家庭 占所有老齡家庭總數(shù)的25 8 在一 些大城市中該比例更大 解決因身體虛弱臥床不起或因疾患導(dǎo)致生活不能自 理的老年人的家庭照料與看護(hù)問題是人口老齡化國家所面臨的共同問題 1 為此 國家也大力加強(qiáng)了對護(hù)理機(jī)器人的研發(fā)扶持力度 為偏癱病人或長期 使用病床的病人提供一個集護(hù)理和排泄等各功能于一體的多功能護(hù)理床 現(xiàn) 在家庭需求護(hù)理床的潛力日益增加 以前是簡易的記理床 后來加上護(hù)欄 餐桌 再 后來加上大便孔 輪子 現(xiàn)在產(chǎn)生了很多集多功能為一體的多功能 電動護(hù)理床 極 大的提高了患者的康復(fù)護(hù)理水平 也為護(hù)理人員提供了極大的方便 所以操作 簡單 功能強(qiáng)大的護(hù)理產(chǎn)品越來越受到追捧 護(hù)理床在國內(nèi)的設(shè)計研究尚處于初級階段 產(chǎn)品的功能 結(jié)構(gòu) 造型有 待進(jìn)一步的完善 國外護(hù)理床的研究以德國 日本為代表 各種護(hù)理功能正 在逐步完善 成熟 但因其價格昂貴 一般售價在20 萬人民幣以上 很難 為一般的消費(fèi)者所接受 護(hù)理床的基本分類情況如下 1 1 3 工作內(nèi)容和要求 可編程控制器 PLC 作為新一代的工業(yè)控制裝置 由于具有結(jié)構(gòu)簡單 組合靈活 性能優(yōu)良 通用性強(qiáng) 簡單易用等特點(diǎn) 特別是它的高可靠性和 適應(yīng)性 深受廣大用戶的歡迎 已在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用 4 現(xiàn)在 的PLC 可管理高達(dá)5000 多點(diǎn)的I O 口 并有很高的指令執(zhí)行速度和高可靠性 使它能滿足多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制要求 PLC對護(hù)理病床多軸運(yùn)動控制主要 的優(yōu)勢表現(xiàn)為有足夠容量的存儲單元和大量高速運(yùn)算指令 能夠進(jìn)行各種接 口 通信 數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算及復(fù)雜的邏輯控制 然而PLC 的高可靠性 靈活高 速的運(yùn)算指令并不能彌補(bǔ)其昂貴的造價和有限的擴(kuò)展性 而MS51 系列單片機(jī) 系統(tǒng)卻以其低成本 高集成 速度快 易擴(kuò)展被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方 方面面 圖 1 4 一種嵌入式控制器控制框圖 1 2 4 機(jī)器人化智能語音系統(tǒng) 語音作為當(dāng)前控制方法中最自然的控制命令 隨著計算機(jī)和語音處理技 術(shù)的發(fā)展 語音識別系統(tǒng)的實(shí)用性不斷提高 語音識別控制技術(shù)將是今后一 段時期語音技術(shù)的發(fā)展方向 將語音識別技術(shù)引入到護(hù)理床控制 將為喪失 自理能力的使用者帶來極大的便利 護(hù)理床的語音控制系統(tǒng)包含語音識別模 塊和語音回放模塊 從而使護(hù)理床不但能實(shí)現(xiàn)語音控制操作 而且通過語音 回放模塊可以為使用者提供語音反饋 更有親和力 更具人性化 語音控制 技術(shù)是現(xiàn)有各種控制方式中的一種高級控制方式 它具有控制方式自然 方便 親 和力好 適用范圍廣的特點(diǎn) 將語音控制技術(shù)引入到護(hù)理床的控制之中 將極 大地方便使用者 尤其對于那些喪失或部分喪失活動 自理能力的患者而言 語音控制可以幫助他們增強(qiáng)自信心 減輕對他人的依賴 增添生活的勇氣和信 心 13 1 語音信號的采集處理過程 語音信號是一種典型非平穩(wěn)信號 但常?？杉俣槎虝r平穩(wěn)的 既在 10 20ms內(nèi)其頻譜特性可近似看作不變 可采用平穩(wěn)過程的分析處理方法來 處理 即語音信號的時域處理方法 圖 1 5 語音信號處理過程 2 語音識別方式 語音識別分為特定人識別系統(tǒng)和非特定人識別系統(tǒng) 由于使用者的語音 以及地方語言存在很大差異性 我們使用可不依賴于對地方語言識別的特定 人識別系統(tǒng) 即每一位使用者都必須在使用前建立自己專用的參考模式庫 然后說話人的語音數(shù)字流與一套公用的參考模式庫嚙合 進(jìn)行少量的訓(xùn)練修 改 使之能自動適應(yīng)用戶的語音特性 3 語音回放方式 在現(xiàn)有語音識別技術(shù)的基礎(chǔ)上再增加與識別技術(shù)相對應(yīng)的語音回放技術(shù) 將為使用者提供更友善的提示語句和更便利的操作性能 該語音回放模塊采 用了高音質(zhì)單晶片語言錄放IC 芯片內(nèi)部集成語音信號放大 濾波 采樣 轉(zhuǎn)換等模塊 可選擇2 4 8等長分段或自動或手動錄音 電路所需外 圍零部件少 線路簡單可靠 更改錄放內(nèi)容簡便 靈活 易操作 成本低 6 鑒于人口老齡化的發(fā)展 醫(yī)療和護(hù)理費(fèi)用的不斷增加以及國內(nèi)外市場需求的 不斷擴(kuò)大 本文提出了一種新型的多功能醫(yī)用護(hù)理床 提出幾種新型的護(hù)理 床側(cè)翻機(jī)構(gòu) 抬背機(jī)構(gòu)以及曲腿機(jī)構(gòu) 以單片機(jī)為主控制芯片 控制多臺直 流電機(jī)驅(qū)動整臺護(hù)理床工作 實(shí)現(xiàn)床面的多種姿態(tài)的切換 達(dá)到滿足護(hù)理要 求的多功能醫(yī)用護(hù)理床 主要研究內(nèi)容如下 1 設(shè)計各種護(hù)理床的運(yùn)動機(jī)構(gòu) 并用圖解法的方法得到初始設(shè)計尺寸 2 利用三維設(shè)計軟件 根據(jù)初始設(shè)計數(shù)據(jù)對其建模 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計 并對其 進(jìn)行干涉檢查 然后導(dǎo)出CAD圖 3 根據(jù)初始設(shè)計數(shù)據(jù)在 ADAMS中建模 利用優(yōu)化功能對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動 力學(xué)優(yōu)化仿真 得到優(yōu)化后的設(shè)計數(shù)據(jù) 4 根據(jù)優(yōu)化數(shù)據(jù)修改三維模型 并同時檢查模型中是否存在干涉 得到滿足 設(shè)計要求的護(hù)理床 5 對護(hù)理床的主要零件進(jìn)行受力校核 檢驗(yàn)整臺護(hù)理床使用的安全性及穩(wěn)定 性 6 設(shè)計護(hù)理床的整體控制方案 設(shè)計控制流程框圖 用PROTEL軟件完成單 片機(jī)接線圖 以及外部接線圖 編寫單片機(jī)主要程序 參考文獻(xiàn) 1 徐曉云 楊曉勇等 護(hù)理床的模塊化研究設(shè)計 J 藝術(shù)與設(shè)計 2006 2 江豪 王威 劉永平等 多功能護(hù)理床的研究與開發(fā) J 微計算機(jī)信息 2006 07 9 3 117 119 3 陳佩江 韓虎等 多功能護(hù)理床測量系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) J 電氣技術(shù)與自 動化 2007 06 4 汪吉鵬 穆效江等 PLC 在多功能護(hù)理床控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 J 電子與自 動化 1999 5 姚銀花 王金海等 基于 SoC 單片機(jī)的醫(yī)療護(hù)理床系統(tǒng)設(shè)計 J 天津工 業(yè)大學(xué)學(xué)報 2006 8 19 25 44 47 6 張 東 謝存禧 吳 劍等 機(jī)器人化多功能護(hù)理床的研究與開發(fā) J 機(jī)器 人技術(shù)與應(yīng)用 2003 18 6 21 25 7 王福安 紀(jì)慶聚等 DQC 1 型多功能全自動床的研制 J 醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2001 8 汪 燁等 多功能電動護(hù)理床控制系統(tǒng)研制 J 制造業(yè)自動化 2009 06 9 劉宇 趙京 李謙等 多功能護(hù)理翻身床的設(shè)計 J 機(jī)械設(shè)計與研究 J 2008 10 10 張春梅 張燦灼等 多功能醫(yī)療護(hù)理床的研制與應(yīng)用 J 醫(yī)療設(shè)備信息 2006 8 16 8 15 16 11 周慧強(qiáng) 謝存禧等 機(jī)器人化多功能護(hù)理床實(shí)用雙機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn) J 機(jī)床與液壓 2006 6 19 6 33 36 12 卜薇薇 酈鳴陽等 具有防墜床功能的智能護(hù)理床的研制 J 中國組 織工程研究與臨床康復(fù) 2007 12 13 張鐵 謝存禧等 一種機(jī)器人化的多功能護(hù)理床及其控制系統(tǒng) J 華 南理工大學(xué)學(xué)報 2006 2 14 陳波 王德玉等 醫(yī)用翻身床設(shè)計 J 設(shè)計與研究 2007 9 15 尹志強(qiáng)等著 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 M 北京 機(jī)械工 業(yè)出版 2007 16 張歡歡 辛少杰 基于 ADAMS 的多功能床的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 J 上海 上 海電機(jī)學(xué)院學(xué)報 2008 9 11 3 197 200 12 王季秋 陸景華 著 電機(jī)實(shí)用技術(shù) M 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1997 85 153 15 鄭廣琴 武春香 宮艷鳳 著 實(shí)用護(hù)理床的研制及臨床應(yīng)用 J 黑龍江 護(hù)理雜志 1999 5 1 18 21 16 吳秀忠 王友彩 著 便攜式多功能醫(yī)療護(hù)理床的研制及臨床應(yīng)用 J 醫(yī) 療設(shè)備信息 2001 9 1 54 56 17 電子產(chǎn)品世界網(wǎng)站 18 百思論壇 ADAMS 專區(qū) 19 Todd E Rook Shyam Kumar DYNAMIC AIRCRAFTL ANDING GEAR SIMULATIONUSING FLEXIBLE MULTIBODY METHODS INADAMS TO GUIDE COMPONENT DESIGN AND TESTING C ADAMS User Conference June 2001 20 Mickey White Tony Adamo Sylvain Ligonde Correlation between Experimental Approach and CAEA DAMS Rigid Body Modeling C North American ADAMS User s Conference 2001 21 Ge Wang Darrell SocieRic Mousseau Flexible Body Dynamic Simulation of an ATV Frameand Suspension System C ADAMS User Conference June 2001