一、前语
本文结合多功用主动平衡护理床模型和组成特色，依据SolidWorks三维参数化规划流程，对其参数化规划、装置与运动仿真、作业空间剖析及运动学剖析等方面进行深化剖析。文中彻底摒弃侧重参数化规划思维，而是以多功用护理床的实践问题为中心，该计划也适用于其他类似医疗护理设备的研制。
本文将对多功用主动调平衡护理床规划进程中的一些要害问题进行论述，而关于现在相关文献会集介绍的参数化建模等方面的内容则不再赘述。
二、SolidWorks三维规划流程
现在关于 SolidWorks 在医疗床、护理床规划方面的文章较多，大多会集在零件建模、虚拟装置、运动仿真与零件的有限元剖析等方面，只突出了SolidWorks软件的特色，或许是某个护理床的部分功用，没有有以多功用护理床规划为中心的体系性研讨。SolidWorks仅仅一种东西，而东西有必要服务于规划目标，这也是咱们在规划进程中着重的一点。
图1是在SolidWorks中进行三维规划的技能流程图，这个流程主体是一个并行规划的进程。在此进程中，首要承认规划计划，随后进行三维造型与建模，且首要会集在零件建模方面。建模完结后进行装置，并进行静态干与剖析与部分修正。当承认计划后，进行运动仿真剖析，对运动进程中呈现的动态干与状况进行修正。承认根本尺度后，可对要害零部件进行有限元剖析，承认其力学特性是否满意作业要求，并在此基础上进行结构优化。优化后需从头进行有限元剖析，直到承认终究计划。二维出图和加工则为一些后续作业，在此略过。
多功用主动平衡护理床的总体计划如图2所示，由床身、固定支撑杆、伺服液压缸、电动缸、行走底架和操控体系等 部分构成。
1.主动调平衡体系的结构组成及功用
由图2可见，渠道的上外表，即渠道的安稳面由4个球铰支撑。对两自由度渠道，固定杆3与底架固定衔接，电液伺服缸4、5 关于杆3对称、与底架铰链衔接，三者在一条直线上。液压伺服缸9与杆3在一条中线上，与底架也是铰链衔接。渠道在三个伺服缸的操控下，可做绕经过固定支撑点水平轴的俯仰运动和绕固定支撑点与束缚支撑点纵轴的摇晃运动，以抵达底板摇晃时安稳面坚持水平之目的。
2.体位调整功用
依照人机工程学的原理，将床身分红背板1、座板2和腿板6三部分，背板和座板经过轴铰接，经过操控电动缸的弹性可完结0°～85°背位调整，同理可完结腿板的视点调整。这样就完结了床身坐姿与卧姿间的接连体位调整功用， 如图3所示。
3.床身直立功用
整床的支撑杆系首要由固定杆3和电液伺服缸9两部分组成，操控电液伺服缸9的弹性量使床体绕固定杆3的球铰滚动，然后完结床身在0°～80°规模内的视点调整。
四、模型装置规划中的要害问题
在三维建模中，多功用护理床根本是规范的模型构建，在杂乱曲面方面使用较少。需求考虑的问题包含参数化规划与处理、工业造型与全体处理和零件系列化的问题。
1.参数化问题
在护理床的规划中，参数化首要体现在两个方面，即零件建模与装置。关于零件建模而言，参数可分为三类：
(1)彼此之间存在必定束缚条件，不行随意更改参数，如电动机的外形尺度参数便是如此，有必要经过查阅相关技能参数得到。
(2)查阅相关手册获得，可是能够依据实践状况修正。
(3)依据具体状况自行承认。
在零件规划进程中，应该选用参数化草图建模办法。首要依据规划要求完结较为抱负的结构形状，然后对每一条曲线赋予尺度束缚或几许束缚，使曲线依照规划者的目的更新交流，生成参数化特征。其间，草图完结全束缚制作较为简单，实体建模则需求考虑到布尔运算的影响。经过这种建模方法，能够方便地完结零件的修正及变形规划，生成其他类似零件无需从头建模，这可明显进步规划功率。
在装置进程中，许多零件之间存在承继及束缚联系，如液压缸活塞头部铰接孔内径等于装置销的外径。当改动时，也随之改动，经过表达式树立二者之间的持平联系。一起，由于二者在装置进程中要求有匹配、对齐等束缚联系，当某个零件方位尺度产生变化时，也能够经过这种定位联系主动更改合作零件的方位，这样就确保了零件之间束缚联系的一致性，便于产品规划与参数修正，或许以此为模板进行系列化产品的参数化规划。
2.零件系列化问题
在护理床规划中，参数化建模非常重要，但并不是全部的零件每次都需求阅历参数化规划进程，而是能够树立零件库。在SolidWorks中，关于通用规范件(如螺栓等)，主张直接建库并调用即可。关于厂标系列化零件(如推力轴承)，它们外形和结构都类似，但几许尺度和部分非有必要特征有差异。此刻能够首要树立一个零件模板，将其要更改的重要尺度列入到SolidWorks供给的表格中，这样就形成了零件族。当需求调用时，在表格中直接更改这些尺度则能够生成新的部件，然后缩短规划与装置时刻。
3.工业造型与全体规划
在国外，工业造型是全部规划作业的开端，在策划中将其与总体规划结合在一起。在护理床规划中，与工业造型密切相关的便是床身的规划和烘托处理。床身的规划不但要考虑人机环境，并且要考虑资料选用和流线规划，这儿选用SolidWorks的曲面造型功用完结床身规划。别的，三维实体模型树立后，还需求经过高档烘托制作出具有真实感的护理床产品和部件效果图，一个好的烘托会对产品的推行带来杰出的效果。
五、装置与运动仿真的结构验证
1.装置中的要害问题
这儿所说的装置是指静态装置，在此不再介绍其装置进程，在实践规划中需求处理的问题如下。
(1)装置形式。在多功用护理床的装置中，选用Top-down或许Down-top方法都能够，二者并不敌对，实践上它们是一个并行进程，常常混用。
(2)干与查看。关于护理床而言，在各个部件中，都有必要进行零件干与剖析，以防止在试出产中产生干与磕碰。由于该机器产品杂乱、零件数量多，不行能经过重复出产样机处理问题，而需求在规划阶段就尽量削减这种过错。SolidWorks装置模块中的干与功用能够处理整机的静态干与剖析，如推力轴承与轴承环之间，这是现在常选用的方法。
(3)公役问题。静态装置的三维模型都是处于抱负状态下，也便是无公役模型，这在实践作业环境中参考价值不大，由于加工出来的零件都是带有误差的。因而，还需求考虑不同公役状况对零件装置的影响。相比之下，干与查看仅仅查看抱负尺度与磕碰状况。
选用SolidWorks模块对零件和装置的全进程进行公役剖析与归纳，然后剖析零件公役对产品精度形成的影响，以及装置模型是否契合精度要求。承认影响装置联系和装置精度的要害尺度公役的束缚及其敏感度，经过改动单个要害尺度的公役束缚下降制形本钱。在满意产品精度、功能和技能目标要求的前提下放宽公役目标，使尺度在较宽松的公役规模内满意产品的预期精度要求，下降制形本钱。
2.运动仿真
关于运动仿真而言，效果有两个：即动态干与剖析和剖析运动规则。SolidWorks中的Simulation模块能够进行运动仿真剖析(图4)，然后调查在运动进程中构件之间的干与联系，如液压缸与床身之间可能产生的磕碰干与。在运动剖析中，能够经过位移、速度及加速度曲线调查运动规则是否契合规划要求，如图5所示。
机器人的作业空间是机器人操作器的作业区域，它是衡量机器人功能的重要目标。依据操作器作业时的位姿特色，作业空间又可分为可达作业空间和灵敏作业空间。可达作业空间是指操作器上某一参考点能够抵达的全部点的调集，这种作业空间不考虑操作器的姿态。灵敏作业空间是指操作器上某一参考点能够从任何方向抵达的点的调集。
1.影响护理床渠道作业空间的要素
(1)杆长的约束。杆件长度变化时遭到其结构的约束，每一根杆件的长度有必要满意：，其间和别离表明第i杆的最短值和最长值。当某杆长度抵达其极限值时，运动渠道上的参考点也就抵达了作业空间的鸿沟。
(2)滚动副转角的约束。各种铰链，包含球铰链和万向铰链的转角都会遭到结构约束，每一铰链的转角，其间是第i个铰链的球面副和万向铰链的最大转角，其巨细由运动副的具体结构承认。
(3)杆件的尺度干与。衔接动渠道和固定渠道的杆件都具有几许尺度，因而各杆件之间在运动进程中可能产生彼此干与。设杆件直径为的圆柱体，若两相邻杆件轴线之间的间隔为，则。
2.护理床安稳渠道作业空间的承认
上渠道的面积是1500×1000()，每个液压缸的最小长度为1000mm，最大伸长量为800mm，每个胡克铰的摆角为±45°，每个球铰的摆角为±45°。满意：
用MATLAB仿真得到作业空间，如图6所示。对成果进行剖析：绿色区域是安稳渠道的安全作业区，赤色区域为安稳渠道的风险作业区域。依据工程实践，安稳渠道的调整规模一般在绿色区域。
七、结束语
三维规划仿真技能使用于医疗护理设备的最大的优势在于其集成化，而不是单纯会集在参数化建模上。本文选用的是依据SolidWorks 的多功用自平衡护理床的规划，在实体装置、运动仿真和作业空间等多个方面进行具体论述，其根本功用为主动调平衡、床与轮椅转化和床身直立等，适用于医院、家用、救护车和大型船舶等。
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