（定稿）多功能医用护理床的结构优化设计（全套下载）

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分别选择四个设计变量作为优化时的设计变量，进行优化设计，优化目标函数为小腿板转动角加速度最大值的最小化，优化后设计如表。表优化前后曲腿机构杆件尺寸变化表初始值.优化值图曲腿机构运动学优化前后腿板角加速度曲线观察图，可以知道曲腿机构经过运动学优化之后，机构的运动学性能得到了显著的改善，其角加速度的最大值由原来的.减小为优化后的.由此可知，经过运动学优化之后，机构的整体的运动学特性得到了改善。.本章小结根据图解法得到的初始设计数据，建立了虚拟样机模型，经过运动学优化之后，得到了满足机构运动要求的参数及尺寸。但这样的虚拟样机优化与实际样机还存在着定的距离，所以，本文作者通过运动学优化之后的数据，作为动力学优化的初始数据，再对机构进行动力学优化，真正满足机构在运动过程中的安全性及可靠性。本章是动力学优化的基础。护理床动力学优化.引言动力学是理论力学的个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。动力学是物理学和天文学的基础，也是许多工程学科的基础。动力学以牛顿第二定律为核心，这个定律指出了力加速度质量三者间的关系。牛顿首先引入了质量的概念，而把它和物体的重力区分开来，说明物体的重力只是地球对物体的引力。多功能医用护理床的运动学分析是基于建立于在运动学分析的基础之上的，根据先前的运动学分析，以运动学分析结果作为动力学分析的初始值，综合考虑线性推杆的推拉力的限制以及机架各支点的受力状况，主要对线性推杆的受力状况及各床架支点的受力状况进行动力学分析。.侧翻机构动力学分析为机构添加外力侧翻机构在运行的过程中，会有以下几个方面对机构运动产生影响。它们是机构自身质量，患者体重以及各个运动副之间的摩擦力。由于摩擦力很小，在此忽略不计，只考虑机构的重量及患者的体重。通过软件对虚拟样机进行质量测量，测得背板质量为，通过设计手册查得我国身高.的成年人平均体重为左右。为了真实的模拟虚拟样机的性能，本文采用背板质量为，人体背部重量为。对机构添加力之后，运行次动力学仿真。测量各个点的受力以及电机的受力。仿真时间为，步数为步。添加力测量，测得的各点受力曲线如图所示。图各点受力曲线侧翻机构动力学优化仿真从图中，得知点的受力最大，机构的受力优化就从着入。这些设计数据对应于设计变量的取值范围，定义好后的设计变量如表所示表初始设计变量变量名说明点方向坐标点方向坐标点方向坐标点方向坐标点方向坐标点方向坐标点方向坐标点方向坐标图关键点的建立在中完成样机的建模图侧翻机构在中的建模添加传感器后的仿真图添加传感器后的仿真样机的参数化设计研究通过提供的设计研究，对各个设计变量进行设计研究得到报表如下试验设计通过上述的设计研究发现和的敏感度最大，所以在实验研究的时候着重对这三个点进行研究，改变三个设计变量的变化范围的变化范围是，的变化范围是，的变化范围是实验研究报表为图各数据下的角加速度曲线优化分析在实验研究的时候着重对这三个点进行研究，改变三个设计变量的变化范围的变化范围是，的变化范围是，的变化范围是实验研究报表为图优化前后角加速度对比通过对比，我们很容易发现优化后角加速度明显减小，图中实线为初始角加速度曲线，虚线为优化后曲线。经过优化，可以确定三个变量的值分别为为.为线性推杆的底部安装点到床板转轴距离根据机构的始末位置把电机的行程范围定为。利用的旋转功能，将侧床板翻转，利用偏移指令，找到侧翻构件翻转后的位置，再次旋转得到电机前端的安装点，这样就可以得到了侧翻机构在水平状态时的机构的各点的参数，根据设计要求侧翻的翻转最大角度为，所以将背板旋转之后，又得到了个新的机构的位置，通过观察发现，机构在终了位置时，杆件并没有发生碰撞干涉，符合机构的运动要求，测量线性推杆在终了位置时的伸长长度，推杆在许用选用范围之内，满足了推杆的选用行程，至此侧翻机构的图解法设计结束，各点的安装位置及初步设计尺寸如图所示。图侧翻机构初始设计尺寸图.抬背机构抬背机构是多功能医用护理床上的个关键机构，其主要的功能实现患者在护理床上的抬背及端坐功能。抬背机构的结构和工作原理多功能医用护理床的台北机构类似于侧翻机构，由线性推杆抬背连杆抬背滚子背板以及部分床架组成。线性推杆端铰接于床架上，另端铰接于抬背构件上，抬背构件的端铰接于床架上，另端通过滚子与背板连接，中部床板焊接固定于床架上，使之充当机架作用，线性推杆的推动使得抬背构件绕着床架发生转动，通过滚子的作用，使得背板绕着它与中部床板的铰接点为转轴发生转动。简图如图所示。图抬背机构抬背机构的设计图解法多功能医用护理床的抬背机构采用个四杆机构，用单个线性推杆驱动。查阅手册得人体的坐高大约为左右，所以本机构中背板的长度为，滚子的直径为，与侧翻机构相似，图解法设计，设臀部床板的长度为，线性推杆的行程范围得出水平距离为，由此得出线性推杆的初始安装长度，这样得到了初始状态下的抬背机构的尺寸，但由于机构需要满足运动要求，根据设计要求，将背板向上翻转之后，利用偏移命令，找到转动摆杆的所在位置，得出线性推杆的终了安装位置，这样就可以得到线性推杆的行程，其行程为，此行程正好满足了线性推杆的选用范围，可以直接采用厂家提供的线性推杆。初步设计完成之后的尺寸图如图所示，各点安装位置也如图所示。图抬背机构初始设计尺寸图.曲腿机构曲腿机构是医用护理床上的个关键机构，主要实现腿部床板的向下弯曲。在向下弯曲的时候，脚板必须处于水平位置。曲腿机构的结构和工作原理多功能医用护理床的曲腿机构是个五杆机构，由单线性推杆驱动，实现曲腿的动作。简图如图所示。图曲腿机构多功能医用护理床的曲腿机构包括线性推杆曲腿连杆Ⅰ曲腿连杆Ⅱ腿部床板和部分床架。线性推杆端铰接于床架上，另端铰接于曲腿连杆Ⅰ上，曲腿连杆Ⅰ又和曲腿连杆Ⅱ相铰接，曲腿连杆Ⅱ再和腿部床板铰接曲腿连杆Ⅰ和腿部床板通过不同的铰接分别固定于床架上，线性推杆的推动使得曲腿构件绕着床架发生转动，通过曲腿连杆Ⅱ与腿部床板相铰接，使得腿部床板绕着它与中部床板的铰接点为转轴发生转动。曲腿机构的设计图解法多功能医用护理床的曲腿机构采用个五杆机构，设大腿板的长度为，线性推杆的行程范围得出水平距离为，由此得出线性推杆的初始安装长度，这样得到了初始状态下的曲腿机构的尺寸，但由于机构需要满足运动要求，根据设计要求，机构做拉动，将腿板向下翻转之后，利用偏移命令，找到转动连杆的所在位置，得出线性推杆的终了安装位置，这样就可以得到线性推杆的行程，其行程为，此行程正好满足了线性推杆的选用范围，可以直接采用厂家提供的线性推杆。初步设计完成之后的尺寸图如图所示，各点安装位置也如图所示。图曲腿机构初始设计尺寸图在大腿板和脚板的连接处添加两处支撑滚子，在曲腿没有或初进行时，滚子起支撑脚板的作用。在床架下框架再添加两处支撑滚子。当曲腿运动进行时，脚板碰到床下框架的滚子，使得小腿板弯曲变为接近水平位置，起到支撑脚的作用。而腿板与脚板连接处的滚子由于曲腿动作失去支撑作用。.护理床的三维建模通过图解法的方法得到了护理床的初始设计数据，这些是对护理床进行建模的基础，根据上述初始设计数据，通过软件对其进行建模，软件功能强大，组件繁多。功能强大易学易用和技术创新是的三大特点，使得成为领先的主流的三维解决方案。能够提供不同的设计方案减少设计过程中的错误以及提高产品质量。不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便易学易用。得到的模型如图所示。.本章小结本章通过对多功能医用护理床的各个机构经过论证讨论，初步确定了各个机构的方案，并用图解法而系列单片机系统却以其低成本高集成速度快易扩展被广泛地应用于工业生产的方方面

多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图01 多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图02 多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图03 多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图04 多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图05 多功能医用护理床的结构设计及优化CAD截图06