CN111904750B - 具有托举功能的护理床垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有托举功能的护理床垫，包括在头部、背部与臀部、腿部位置分别设置的托架，托架下设置内充压单向伸缩柔性驱动器，柔性驱动器通过设置在床垫内的充气管道与充气装置相连，所述的柔性驱动器在不充气时形状为两个相扣的碟形，厚度与床垫本体厚度一致，在充入气体后发生轴向伸长变形，通过与活动端头相连的托架将躺在床垫上的人体托起。本发明充气加压即可将人体托起一定高度使其离开床垫，极大地方便了对卧床人员背部进行透气或清洁。

Description

具有托举功能的护理床垫
技术领域
本发明涉及护理用具技术领域，具体是一种具有托举功能的护理床垫。
背景技术
对于身体活动不便、需长时间卧床的人群，很容易由于床垫长期紧贴皮肤导致密不透气，不利于身体的健康，且会在一定程度上引起后背腐烂，肌肉萎缩等。故此需要有人经常帮助他们对后背进行透气或清洁，一般情况下需要两到三人进行协助配合，劳动强度较大且不易操作。目前解决这种问题的主要办法是借助医用床帮助卧床人群经常翻身，其缺点是后背紧贴床体不能减轻长期仰卧对背部的伤害，经常翻身增加护理成本，且医用床价格昂贵，不适合家用。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于柔性驱动器的具有托举功能的床垫，充气加压即可将人体托起一定高度使其离开床垫，极大地方便了对卧床人员背部进行透气或清洁。
本发明包括在头部、背部与臀部、腿部位置分别设置的托架，托架下设置内充压单向伸缩柔性驱动器，柔性驱动器通过设置在床垫内的充气管道与充气装置相连，所述的柔性驱动器在不充气时形状为两个相扣的碟形，厚度与床垫本体厚度一致，在充入气体后发生轴向伸长变形，通过与活动端头相连的托架将躺在床垫上的人体托起。
进一步改进，所述的充气装置为电泵、脚踩泵或手泵。
进一步改进，所述的头部位置托架下设置一个柔性驱动器，背部与臀部位置托架下分别在背部位置和臀部位置设置两个柔性驱动器，腿部位置托架下在左右腿位置各设置一个柔性驱动器。
进一步改进，所述的头部位置柔性驱动器和背部位置柔性驱动器采用联动控制，头部位置柔性驱动器充气时背部位置柔性驱动器同步充气。
进一步改进，所述的托架背部设置有加强筋。
进一步改进，所述的柔性驱动器驱动力表达式为：
Figure BDA0002631763930000021
其中p为驱动器内部气体压强，ε为柔性驱动器的伸长率，D0、α0分别为变形前驱动器密封腔体的平均直径和纤维铺设角。
进一步改进，所述的头部托架和腿部托架为弯曲的圆形，中间低两边高来保证人躺下时的平衡与舒适，背部与臀部托架与人体的背部和臀部形状相适配，保证托起后平衡性的同时兼顾床垫的舒适性。
进一步改进，所述的柔性驱动器包括固定支撑端、活动端头、充气管嘴、密封腔体和纤维增强网，其中，所述的固定支撑端为一圆环状结构，用来支撑或固定柔性驱动器，所述的活动端头为与固定支撑端对应的圆环状结构，端头上开有与被驱动结构连接的连接孔，密封腔体和纤维增强网一端与固定支撑端环状结构的一个端面固定连接，另一端与活动端头环状结构的一个端面固定连接，连接处保持气密性且不变形；所述的充气管嘴从固定支撑端圆环的侧壁引出，伸入密封腔体内部，向密封腔体内充放气体。
所述的密封腔体由橡胶类材料制成，纤维增强网夹在橡胶类材料中间，所述的纤维增强网是由两族对称铺设的纤维材料构成的网状结构，纤维增强网中纤维材料铺设方向与圆周方向的夹角α小于35.26°，夹角越小，驱动行程越大。
所述的驱动器不充压时，密封腔体的形状为扣在一起的碟形，外径D0，长度L0，其腔体纵截面切线与圆周径向夹角为仰角β，固定支撑端和活动端头的环状直径d，则
Figure BDA0002631763930000022
向密封腔体充压，随着压力增大，驱动器沿着轴向伸长，腔体仰角β逐渐变大，驱动器的形状逐渐变为纺锤形，当仰角为90°时，驱动器变为圆柱形，随着形状变化，驱动器形成沿轴向的伸缩运动。
本发明有益效果在于：
1、该具有托举功能的护理床垫在方便长期卧床人员对背部进行通风透气或清洁的同时保证了床垫的舒适性；
2、该床垫在驱动器活动端头设置不同形状的托架，保证了人体被托起后的舒适性与平衡性；
3、该床垫可通过充气装置控制不同位置的驱动器发生变形以托起人体的不同部位，满足多种使用需求。
附图说明
图1为具有托举功能的护理床垫结构示意图；
图2为柔性驱动器结构示意图；
图3为头部位置柔性驱动器托举变形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1所示，包括床垫本体8，床垫本体8上在头部、背部与臀部、腿部位置分别设置有头部托架1、背部与臀部托架2、腿部托架3，头部托架1下方设置有头部柔性驱动器4，背部与臀部托架2下方分别设置有背部柔性驱动器5和臀部柔性驱动器6，腿部托架3下方设置有腿部柔性驱动器7，各柔性驱动器通过设置在床垫本体8内的充气管道10与充气装置9相连。
柔性驱动器在不充气时形状为两个相扣的碟形，厚度与床垫本体厚度一致，在充入气体后由于其独特的变形特性，使其发生轴向伸长变形。柔性驱动器具体尺寸及驱动力大小根据所托起部位具体设计。在柔性驱动器充气变形过程中，通过与活动端头相连的托架将躺在床垫上的人体托起，实现背部的透气或清洁。
所述的柔性驱动器如图2所示，包括固定支撑端11、活动端头12、充气管嘴15、密封腔体13和纤维增强网14，其中，所述的固定支撑端为一圆环状结构，用来支撑或固定柔性驱动器，所述的活动端头为与固定支撑端对应的圆环状结构，端头上开有与被驱动结构连接的连接孔，密封腔体和纤维增强网一端与固定支撑端环状结构的一个端面固定连接，另一端与活动端头环状结构的一个端面固定连接，连接处保持气密性且不变形；所述的充气管嘴从固定支撑端圆环的侧壁引出，伸入密封腔体内部，向密封腔体内充放气体。
所述的密封腔体由橡胶类材料制成，纤维增强网夹在橡胶类材料中间，所述的纤维增强网是由两族对称铺设的纤维材料构成的网状结构，纤维增强网中纤维材料铺设方向与圆周方向的夹角α小于35.26°，夹角越小，驱动行程越大。
所述的驱动器不充压时，密封腔体的形状为扣在一起的碟形，外径D0，长度L0，其腔体纵截面切线与圆周径向夹角为仰角β，固定支撑端和活动端头的环状直径d，则
Figure BDA0002631763930000041
向密封腔体充压，随着压力增大，驱动器沿着轴向伸长，腔体仰角β逐渐变大，驱动器的形状逐渐变为纺锤形，当仰角为90°时，驱动器变为圆柱形，随着形状变化，驱动器形成沿轴向的伸缩运动。
为保证将人体托起时的舒适性和平衡性，本发明在床垫本体上设置三种托架，分别为头部位置托架、背部与臀部位置托架和腿部位置托架，其中头部位置托架下设置一个柔性驱动器，背部与臀部位置托架下分别在背部位置和臀部位置设置两个柔性驱动器，左右腿位置各设置一个。头部位置驱动器和背部位置驱动器设计成联动控制，即在托起背部的同时托起头部，保证床垫的舒适性。为达到便于背部通风透气和清洁的目的，驱动器充气后需将人体托举一定高度，本发明所使用的内充压单向伸缩柔性驱动器具有结构简单，体积小，变形和驱动力大的特点，完美符合床垫厚度以及人体重量对驱动器的要求。床垫上五处托架根据所托起部位设计相对应的外部形状，且根据受力特点在托架背部设置不同形状的加强筋。其中头部和腿部托架可设计为弯曲的圆形(如附图3)，中间低两边高来保证人躺下时的平衡与舒适。背部与臀部根据其形态设计托架形状，保证托起后平衡性的同时兼顾床垫的舒适性。
根据人体不同部位重量占体重的比例，具体分析本发明所需驱动器的驱动力大小。根据相关研究，人体各部位所占体重比例分别为：头部和颈部占比7.8％、躯干占比47.9％、双下肢占比34.4％、双上肢占比9.9％。为达到便于背部透气和清洁的目的，驱动器充气后需将人体托起一定高度，本发明所使用的内充压单向伸缩柔性驱动器驱动力表达式为：
Figure BDA0002631763930000042
其中p为驱动器内部气体压强，ε为柔性驱动器的伸长率，D0、α0分别为变形前驱动器密封腔体的平均直径和纤维铺设角。根据驱动力方程与人体各部位重量比例，即可计算出各个驱动器满足所需驱动力大小的外形尺寸。
a、护理床垫结构设计
本例的目的是通过充气使床垫上各处的驱动器发生变形，托举身体产生垂直位移。考虑床垫的平整和舒适性，设计本实例床垫长1.8m、宽1.2m、厚度设计为16mm，根据一般人体构造，分别在头部、背部、臀部和腿部位置设置托架，托架形状根据所托起部位设计，托架背部根据受力特性设置加强筋。托架下安装内充压单向伸缩柔性驱动器，其中头部位置放置一个，背部和臀部位置分别对称放置两个，双腿位置各放置一个。柔性驱动器底部的固定支撑端厚度设计为8mm，顶部活动端头与托架组合厚度也为8mm，此种尺寸组合保证了在未充气时驱动器加托架厚度与床垫本体厚度相当。充气装置设计为电泵，通过充气控制装置实现在不同变形需求时对不同部位驱动器进行充放气体。根据人体各部位重量比例可以计算出各个部位重量分别为：头部和颈部占比5.46kg、躯干占比33.53kg、双下肢占比24.08kg、双上肢占比6.93kg。考虑背部和臀部为主要承重部位，设计各部位单个驱动器需提供的最小驱动力分别为：头部和颈部位置60N、背部位置150N、臀部位置150N、腿部位置120N，因此本发明床垫所需驱动器共有三种尺寸，一种设置在头部位置，共1个；一种设置在背部和臀部位置，共4个；一种设置腿部位置，共2个。
设计头部位置驱动器的密封腔体在未变形时外径最大处值为D1＝100mm、背部和臀部位置驱动器D2＝150mm、腿部位置驱动器D3＝130mm，底部固定支撑端与顶部活动端头环状直径均为d＝50mm，充气后密封腔体的初始长度L0设计为10mm。为实现100mm的驱动位移，密封腔体的伸长率至少为0.9。密封腔体材料选择橡胶类，保证腔体至少可承受0.1倍大气压。纤维增强网中纤维的铺设方向与圆周方向夹角设为5°。根据柔性驱动器驱动力表达式可以估算出该结构下床垫各部位驱动器提供的最大驱动力为：头部和颈部位置78N、背部位置174N、臀部位置174N、腿部位置131N，满足设计要求。对于体重高于70kg的使用者，要实现同样的托举效果，在驱动器形状尺寸不变的情况下，只需提高驱动器密封腔体可承受的最大气体压强即可。
b、床垫充气托举过程
在一般情况下，人体躺在床垫上时床垫本体与托架在同一高度。为了方便对长期卧床人员背部进行通风透气或清洁，需要将人体背部托起一定高度使其脱离床面，此时只需通过充气控制装置控制充气装置对头颈部、背部和臀部位置驱动器进行充气，柔性驱动器在充入气体后产生垂直方向的伸长位移，当驱动器腔体内气体压强足够时，即可托起人体。或者需要活动卧床人员腿部时，同样只需控制腿部位置的两个驱动器充气伸长即可。根据本发明使用的柔性驱动器外形尺寸，足以托起质量为70kg的人体产生垂直向上100mm的位移，满足需求。在透气或清洁结束时，只需通过控制装置清空驱动器腔体内的气体，人体即可缓慢下降，使用简单方便，单人即可操作。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有托举功能的护理床垫，其特征在于：包括在头部、背部与臀部、腿部位置分别设置的托架，托架下设置内充压单向伸缩柔性驱动器，柔性驱动器通过设置在床垫内的充气管道与充气装置相连，所述的柔性驱动器在不充气时形状为两个相扣的碟形，厚度与床垫本体厚度一致，在充入气体后发生轴向伸长变形，通过与活动端头相连的托架将躺在床垫上的人体托起；所述的头部位置托架下设置一个柔性驱动器，柔性驱动器驱动力为60N，背部与臀部位置托架下分别在背部位置和臀部位置设置两个柔性驱动器，柔性驱动器驱动力为150N，腿部位置托架下在左右腿位置各设置一个柔性驱动器，柔性驱动器驱动力为120N，所述的柔性驱动器驱动力表达式为：
Figure FDA0003180678090000011
其中p为驱动器内部气体压强，ε为柔性驱动器的伸长率，D0、α0分别为变形前驱动器密封腔体的平均直径和纤维铺设角。
2.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的充气装置为电泵、脚踩泵或手泵。
3.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的头部位置柔性驱动器和背部位置柔性驱动器采用联动控制，头部位置柔性驱动器充气时背部位置柔性驱动器同步充气。
4.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的头部托架和腿部托架为弯曲的圆形，中间低两边高，背部与臀部托架与人体的背部和臀部形状相适配。
5.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的托架背部设置有加强筋。
6.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的柔性驱动器包括固定支撑端、活动端头、充气管嘴、密封腔体和纤维增强网，其中，所述的固定支撑端为一圆环状结构，用来支撑或固定柔性驱动器，所述的活动端头为与固定支撑端对应的圆环状结构，端头上开有与被驱动结构连接的连接孔，密封腔体和纤维增强网一端与固定支撑端环状结构的一个端面固定连接，另一端与活动端头环状结构的一个端面固定连接，连接处保持气密性且不变形；所述的充气管嘴从固定支撑端圆环的侧壁引出，伸入密封腔体内部，向密封腔体内充放气体。
7.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的密封腔体由橡胶类材料制成，纤维增强网夹在橡胶类材料中间，所述的纤维增强网是由两族对称铺设的纤维材料构成的网状结构，纤维增强网中纤维材料铺设方向与圆周方向的夹角α小于35.26°，夹角越小，驱动行程越大。
8.根据权利要求1所述的具有托举功能的护理床垫，其特征在于：所述的柔性驱动器不充压时，密封腔体的形状为扣在一起的碟形，外径D0，长度L0，其腔体纵截面切线与圆周径向夹角为仰角β，固定支撑端和活动端头的环状直径d，则
Figure DEST_PATH_BDA0002631763930000022
向密封腔体充压，随着压力增大，驱动器沿着轴向伸长，腔体仰角β逐渐变大，驱动器的形状逐渐变为纺锤形，当仰角为90°时，驱动器变为圆柱形，随着形状变化，驱动器形成沿轴向的伸缩运动。
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