帶有平衡電路的護理床的制作方法

專利名稱：帶有平衡電路的護理床的制作方法
帶有平4軒電路的護理床
DE 10 2004 019 144描述了一種護理床，其帶有固定在床墊框架 上的可升降基座。借助于可升降基座，床墊框架與躺在它上面的病 人就可以從普通的床高調整到護理高度，在這個高度更容易對需照 顧的病人進4于護理。
為了調節高度，公知的床都帶有電機，電機通過蝸輪蝸桿傳動 裝置來驅動螺紋軸。這個螺紋軸在基座的足部和頭部之間延伸，這 樣基座升降器就可以到達相應的高度。這種驅動是自鎖的。這里的 電機本身是低壓直流電機。它的供電電壓是大約24V左右的直流電 壓。
通過現有的床，可以提升或降低不大于給定最大體重的病人， 這個最大體重由設計所預先限定。這個設計限值很大程度上由所用 電機的提升力所決定。
以此為基礎，本發明的任務在于實現一種可以提升或降低更高 體重的病人的護理床。
依照本發明的護理床帶有可以調節高度的基座。為了可以實現 高度調節，使用了兩個動力學上并行工作的電機。由于這兩個電機 采用螺紋軸驅動，所以是自鎖的，如果不采取相應手段，就會出現 過大張力，這會損害床和電機。由于基座提升機械裝置的剛性，在 這里，電機路徑很小的差別就可以引起這種損害。
為了避免這種損害，根據本發明的護理床帶有附加的平衡電路。 此平衡電路至少在提升操作過程中測量兩個電機的耗用電流。如果 出現兩個電流之差超過給定值的情況，那么，在測量中所測得耗用 電流較高的電機就會出現穩定的、固定時間長度的短時間電流中斷。
因此，需要使兩個電機具有大致相等的電流，也就是說，要使 得兩個電機產生的用來提升病人的提升力也是大致相等的。這樣尤 其可以避免過大張力，這種過大張力可能是由于一個電機跑到了另 一個電機的前面而產生的。這樣一來，跑到前面的電機不僅要承受 病人的體重，而且還要在克服落后電機對其產生的不利影響的情況 下工作。優選的是，這種護理床可以進一步改進，平衡電路不僅可以在 提升時測量耗用電流，在降低時同樣也可以測量耗用電流。在降低 時可能出現這樣的情況，即，落后的電機具有較大的耗用電流，這 是因為此電機沒有受到返回基準位置的方向上的負載的支持。因此， 優選的是，當出現這種運行狀態時，耗用電流較小的電機的電力供 應將會中斷。也有可能，情況會反過來。在這種情況下，以上的調節是有害 的。它會擴大偏差。當存在這種故障情況時，自適應的平衡電路是 很有優勢的。如果平衡電路在電流中斷后，電流偏差不僅沒有變小 反而變大了，則另一個電機的電力就會中斷，并且只執行那個電機 的短時間電力中斷。因為在每一種情況下，兩個測量都是連續進行的，因此，在相 對專交短的時間內就可以達到兩個電流實際相等的狀態。為了使短時間電流中斷不至于阻礙運行并導致不必要的調節波 動，為電機電流之差定義容限窗是很有好處的。電機電流只有在偏 差超出容限窗時才會中斷。根據應用情況的不同，可能有利的是，容限窗是電流值的大小 的函數。最適合的值必須通過經驗來得到，這是因為它依賴于電機 和床的設計。本發明的其它進一步的改進則是從屬權利要求的主題。 通過閱讀


，專業技術人員應當理解，根據各種給定情 況而作的一系例改變也是可能的。另外，在所有變換中都沒有描述
的進一 步的組合也是可以想到的，它們沒有被描述是為了不想增加 不必要的

篇幅。在附圖中顯示了本發明主題的一個實施例。附圖顯示了 圖1是根據本發明的護理床，其處于床的狀態； 圖2是根據本發明的護理床，其處于安樂椅的狀態； 圖3是根據本發明的護理床升降器的結構，該圖是側視圖和部 分分解圖；圖4在兩個提升電機上的負載分布平衡的電路原理圖，和 圖5是在提升操作過程中負載分布平衡的流程圖。圖1顯示了處于平躺狀態的護理床1的透視圖，而圖2中的護 理床1則表現為處于椅子或者說是安樂椅狀態。護理床1具有帶有頭部3的床緣2，足部4,以及側板5和6。 在如圖所示的平躺狀態時，面向觀察者這一面的側板5離開地面一 段距離，這樣在側板5的下邊緣和地面之間就有一定的空隙，這就 使得護理人員的腳尖可以放進床下面。側板5設置成是可活動的， 并且在護理床1處于安樂椅狀態時可以向下移動，如圖2所示。側 板5的特定結構在DE 199 12 937 Al中有詳細的舉例描述。在床緣2內部設有床升降器7 ，如圖3所示。床升降器7包括，頭部固定著帶有垂直旋轉軸線的旋轉鉸鏈9 的可調節高度的基座8,中間框架IO,以及床架ll,床墊12就是位 于床架11上。床架11在平面圖中是矩形的。床架11分成與中間框架固定在一起的中部段13,和中部段13 鉸接在一起的背部段14,同樣和中部段13鉸接在一起的大腿部段 15，以及小腿部段16。小腿部段16 4吏接在大腿部段15與中部段相 反的一端。為了使部段14,15,16可以與中部段13相對運動，鉸鏈軸 線設置成水平的。最后，床架還包括另一腳部段17,腳部段17與基床架11的中部段13具有兩個相互平行向的側梁18，它們之間 的距離與護理床1的寬度相關。由于是側視圖的原故，可視側梁18 遮擋住了中部段13位于背面的相關側梁。背部段14由梁19以及另一根與之平行的、在圖3中不可見的 梁所限定。梁19連接在梁18上，而另一根一皮遮住的梁則連接在與 側梁18平行的側梁上。背部段14的兩根梁19通過在圖中不可見的 頂端橫支柱在標號20處相互連接。另外，另一橫支柱21在下部把 兩根側梁19連接起來。同樣，大腿部段15也由兩根側梁來限定，這里僅僅可以看到其 中一根側梁22。另一根側梁^R側梁22遮擋住了。兩根側梁22都通 過橫支柱23連接在一起。橫支柱26大致位于相應側梁22下部的中 間。最后小腿部段16也是由兩根側梁所限定，其中在圖中同樣只能 看到側梁24。兩根側梁24通過一根不可見的橫支柱在下端25處相 連。另外在這根橫支柱之外，兩根側梁24還通過支柱26相連，在 支柱26上固定有相互平行的一起延伸到端25的導軌27。如圖所示， 它們與側梁24成一定角度，這樣它們就會向足端25收斂。兩根導 軌27間的距離明顯要小于兩根側梁24之間的距離。導軌27相對于 側梁24向內偏移了大約20cm。所有側梁18,19,22和24支承著指向床中心的軸頸，以便使得其 上的模制橡膠部分與側梁18,19,22和24相連，側梁以已知的方式固 定了跨在床架11上的彈簧片。用來使床1各側相鄰的側梁18,19,22,24相連的鉸鏈用29,30和31 來圖示表示。小腿部段16可以通過不可見的電機來升高或降低。電機與桿32 以傳動方式相連，且位于中間框架10中。另一電機33支撐在中間框架10中，且指向橫支柱21。背部段14可以這種方式而提升或下降。中部段13的兩根側梁18和中間框架10剛性地連接在一起。中間框架10由相互焊接在一起組成矩形框架的方形管組成，其 中只有方形管34是可見的。與之平行的方形管被方形管34擋住了 。矩形框架要窄于相應的側梁18相互間的距離。在相互平行的方 形管34上，總共焊有四個臂35，其中每兩個臂支撐起一根側梁18。 臂35沿著水平方向延伸，并且與護理床1的縱軸線呈直角。旋轉鉸鏈9把中間框架10與高度可調節的基座8連接在一起。 它由環36與在環36中設置成可旋轉的轉盤37組成。轉盤37通過 沒有示出的螺絲而與中間框架10擰在一起。旋轉鉸鏈9的具體結 構在DE 102 50 075 Al中有描述，這個文件通過引用而結合于本文 中。通過旋轉鉸鏈9，中間框架10可以和床架11 一起繞著垂直旋轉 軸線而旋轉。這種旋轉可以通過電機38來實現，此電機的一端與基 座相連，而另一端支起在轉盤37上。高度可調的基座8還包括上部框架39以及下部框架41，它們都 是由相應的相互焊接在一起的方形管組成，其中兩兩平行的方形管 構成了側梁39a和41a。通過總計四對桿對42和43，上部框架39 #皮 支撐在下部框架41之上。旋轉4史鏈9與上部框架39連接在一起。桿對42、 43各自位于基座8的縱側旁，這樣一來相應的另一縱 側的桿對42、 43在圖3的側視圖中就是不可見的。這對桿對42、 43由上部桿臂44和下部桿45組成。每個桿42、 43通過帶有水平軸線的鉸鏈46而在相關的床側面和上部框架39以 及下部框架41鉸接相連。鉸鏈46的全部軸線都是沿軸向平行的。 鉸鏈46的軸線與不可見桿42、 43的鉸鏈的軸線是同軸的。鉸鏈47把桿對42、 43和下部框架41連接在一起。鉸鏈47的 軸線與4交鏈46的軸線是相互平行的，在兩側彼此對應的4交鏈46 、 47 的軸線是彼此同軸的。
基座8各側的兩個桿對42、 43各自通過相應的水平連4妄桿48 而相互相連。如圖所示，各個連接桿48與各自桿對42、 43的桿結 構49鉸鏈連接。最后，在基座8的每一側，斜向的連接桿50把桿對42的上部 桿臂44和桿對43的下部桿臂45連接在一起。至少在床足部的兩側 相互對齊的桿45通過不可見的軸相互連接。同樣，對于在頭部的兩 個下部鉸接桿45也是如此。和電機33、 38 —樣，設置成主軸電機的電機51在上部框架39 和下部框架41之間延伸。它在桿42旁與下部框架41上用虛線表示 的橫支柱52鉸鏈連接。電機51的另一端與上部框架的被遮擋住的 橫支柱52鉸連在一起，且位于桿43旁邊。這樣，電才幾就直4妻位于 兩個框39和41之間，并且因此而橫向于斜連接桿50。另一個提升 電機設置成與可見的電機51并行，且也是以相同方式鉸鏈連接。由 于是側視圖的原故，第二個提升電機被可見的電機遮擋住了。兩個 電機在動力學上是并行的，且相互間布置得盡可能的近。為了使兩個框39、 41可以相對運動，桿42、 43和水平連^^桿48 與斜連桿50以并行的引導方式一起運行。升降器8的提升機構本身具有很強的剛性。由于兩個提升電機51 的直接相鄰設置，因此，即使是出現很小的路徑偏差，在兩個電機 之間也很容易出現過大的張力。當兩個提升電機51是所謂的主軸電 機時，情況會更糕。這種傳動是自鎖的，且會產生很大的力。即使兩個提升電機設置成在初始時可以相互矯正，但是，當它 們運行足夠長的時間時，由于提升電機的容差而引起的運動速度偏 差也是不可避免的，這種運動速度偏差會在運行中導致兩個提升電 機間的提升偏差。同的總提升力，設置了如圖4的電路原理圖中所示的平衡電路。在圖4中，兩個聯動并行提升電機用A和B來表示。每個提升
電機都有外伸縮管52以及內伸縮管53,內伸縮管53設置成可以繞 著在圖4中以虛線表示的可旋轉螺紋主軸54旋轉，這樣內伸縮管53 就可以相對于外伸縮管偏移。出于傳動的目的，在外伸縮管52的一 端有電4幾55，此電4幾可以通過已經4是過的蝸桿副來驅動螺紋主軸54。 提升電機A具有兩個電流輸入端56和57，通過它們可以輸入 大約在24 - 48V的低壓范圍的電流。電機B也具有相同的構造，因 此這里也用了相同的附圖標號來表示此機械部件。電機B由電流輸 入端58和59來供電。兩個電流輸入端56和58是并聯的，且通過 導線61而直接通到端子62。端子57連通到可控半導體斷路開關63， 從開關63處又通到電流感測電阻64,最后通過導線65連接到另一 供電端66。供電輸入端59的連接也是類似的。此供電輸入端59和受控半 導體斷路開關67相連，從開關67處連接電流感測電阻68和導線65, 最后通到供電端66。兩個半導體斷路開關63的控制都是通過微處理 器/微控制器69來實現的。微處理器/微控制器69有兩個輸出端71 和72,這些輸出端連接到兩個半導體開關63和67的控制輸入端73 和74。另外，微處理器69通過輸入端75、 76、 77和電流感測電阻64 和68并聯。除此之外，在導線65處有輸入端67,而輸入端76則連 4妄到電流感測電阻68和半導體斷路開關67之間的節點。輸入端75 也以相同的方式連^^到電流感測電阻64 。在這兩個輸入端75和76之后是微處理器的才莫/數轉換器，它可 以把在電流感測電阻64或68處測到的電壓轉換成數字值，在微處 理器中的程序會對數字值作進一步的處理。在供電輸入端62和66連接著上級控制控制電路(未示出)的相關 控制輸出端，由此用戶可以用習慣的方式通過電4定來控制提升電才幾 A和B的運行，并且根據操作的不同，電機會提升或下降。當釋放 按鍵時，輸入端62和66的供電就被切斷，這樣提升電機A和B就 在各自的位置保持自鎖狀態。微處理器69的供電電源沒有進一步地示出，因為這對于專業人員來說是顯而易見的，而且它也不是本發明的主題。以上所示的平衡電路的工作模式可以結合圖5中的流程圖來說明。如果用戶想要在提升操作中調節護理床的高度，就可以按手控 開關上的相應的控制鍵。由此通過中心控制單元而將電壓提供給供 電輸入端62和66。例如，在這種驅動才莫式下，正極和供電輸入端66 相連，而負才及和供電輸入端62相連。在電路的空閑狀態下，當微處理器69處于活動狀態時，在它的 輸出端71和72提供電信號，這個電信號可以用來控制兩個諸如為 功率MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)形式的半導體斷路開 關63和67。開始時，電流從供電輸入端66通過電流感測電阻68，導通的半 導體斷路開關67 —直流到提升電才幾B,從那里又流到電流端子62。 另一電流從供電輸入端66通過電阻64,半導體開關63 —直流到提 升電機A,并從那里流到供電輸入端62。流到各個提升電機A和B的電流的信息可以由微處理器獨立地 借助于電流感測電阻64和68不斷地獲知。在指令框80中，微處理器69計算從提升電機A和B處根據兩 個電阻64和68的電壓而獲得的電流IA和Ib之差。然后在判斷框81 中就需要檢查，電流差值D是否大于程序給定差F。如果不滿足條 件，微處理器69的程序就會在必要時經過一個短暫的等候循環后返 回到指令框80的開始。如果出現差值超過預先給定閾值F時，程序就運行到判斷框82。 在判斷框82中，會檢查電流IA是否大于IB。當電流L大于電流lB時，這就是提升電機A比提升電機B貢獻 了更大的提升力的標志。這里假設提升電機的提升力和所耗用的電
流成比例，因為除此以外，兩個提升電機在元件容差范圍內具有相 同的尺寸、相同的構造。如果提升電機A所耗用的電流較大，則這是它超前于另一提升電機B的標志，這意味著升降器8中同時也有了一定的過大張力， 而原則上這是不希望出現的。這樣程序就運行到了指令框83，指令 框83的作用是使提升電機A的電流中斷一段程序給定的時間t。出 于這個目的，微處理器69在它的輸出端71處提供使半導體斷路開 關63進入阻塞狀態的信號。時間t的范圍在0.01秒到2秒之間。它的最佳值可以憑經-驗得 到。在這段時間t結束以后，程序又繼續運行到指令框80的入口 。如果在執行了判斷框81后，在判斷框82中檢查發現，電流^小 于電流Ie，那么程序就運行分支指令框84，框84的功能在于使得微 處理器69中斷電流IB達一段時間t。為此，微處理器69在它的輸 出端82就提供可以使半導體斷路開關67阻塞一段時間t的信號。在運行了指令框84后，程序又回到指令框80的入口 。時間t必須選擇成在運行指令框83或者84多次之后，IA和IB 能夠彼此接近。如果在提升電機A或者另一提升電機B電流中斷之 后，耗用電流大小很明顯地反轉過來，即其差值要大于F，那么時間 t就選得太長了。當然，即使設置較小的t值時，也還會存在剩余偏差，然而這是 無害的。因此t要選擇成這樣，指令框83和84不會經常一個接一個 地運行，這種情況的發生是因為，比如，在運行了指令框83后出現 了相反的偏差而電流差值現在變得還大于容限值F。另外，時間t的大小還應當相匹配于程序執行的持續時間，這樣 在提升電機A和B之間就可以盡可能快速地達到平衡。通過使由微處理器69控制的提升電機電流出現短時間的斷路， 同時提升電機也會短時間停止，這樣，另一個還是與先前一樣供電 的落后提升電機就可以趕上來。
在有限次數地執行程序后，可以達到這樣的狀態，即，兩個電
機A和B達到大致相等的耗用電流，這樣也就產生了大致相同的推
進力。同時，這也意味著，在框架自身不會有出現過大的張力，或 者一個提升電機必須要牽引另一個提升電機。如果隨著時間推移， 由于轉速不同而使得偏差又變大，那么，這個偏差就會自動地通過 平衡電路來補償。
為了盡可能快地達到平衡，讓被允許的電流差值F與斷路時間 都取決于所測電流是很有益處的。
如果在提升電機A和B向著下降方向運行時不希望有控制介 入，那么，半導體斷路開關63和67就可以如圖所示通過虛線表示 的二極管86和87來旁^各。
如果希望在下降時程序還M作用，則不使用二極管86和87， 取代這些二極管的是允許雙向電流的半導體斷路開關63和67。如果 有必要的話，這也可以通過反極性地并聯的MOSFET來實現。
為此而設置的適合電路對于技術人員來說是熟知的，因此不需 要在這里進行描述。
根據構造和條件的不同，在下降操作時也可以實現平衡，這只 有通過中斷通往耗用電流較小的那個電機的電流來實現，而不是和 提升時 一 樣中斷通往電流較大的電機的電流。這是出于如下的考慮
在下降操作時，施加在提升管53上的力支撐電樞的旋轉運動， 換而言之，是落后的電機承受著更大的負載。因此，在下降操作中 執行和圖5中相對應的程序是很有意義的，然而，其中在判斷框82 中使用符號"<"來取代符號">"。
最后也可以想到，在下降操作中情況會發生變化。因此在下降 操作中，在必要時完全可以在指令框83和84的輸出端都設置檢查， 以便檢查在運行了指令框83和84后，在指令框80中所測的電流差 是不是變大了。為此需要加入另一個判斷框，此判斷框可以實現把 判斷框82中的符號"〉"動態地變換為"<"，或者與之相反地變
換。通過這種方式，此設備就有了自適應能力，并且可以短時間斷
開通往提升電機的電流，由此在這兩個提升電機A和B中的電流可
以在大小上相同大小地變化，并且保持相同的大小。
護理床在高度可以調節的升降器中具有兩個彼此機械式地并置 的提升電機。為了對提升電機平緩地加載并避免升降器出現扭轉， 提供了可測量提升電機的供應電流的平衡電路。如果確定了電流差， 那么就可短暫地中斷相應的電流若干次，以便使電流的大小彼此4妾 近。
權利要求
1.一種護理床(1)，其包括，高度可以調節的升降器(8)，用來控制升降器(8)的第一和第二電機(A，B)，用來為電機(A，B)供電的電源，和平衡電路，所述平衡電路-位于連接到所述電機(A，B)的供電線(61，65)中，-用來分別測量所述兩個電機(A，B)的耗用電流(64，68，80)，-用來對測得的電流值(81，82)進行相互比較，和-當所述電機(A，B)被控制用來提升所述護理床時，用來中斷所述電機(A，B)中耗用電流較大的那個電機的電力供應，中斷時間為(t)。
2. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述電機(A，B)各裝 備有螺紋主軸。
3. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述電機(A,B)是永 久激勵的直流電才幾。
4. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，在所述電源和所述 平衡電路之間具有控制電路，借助于所述控制電路，可以改變供給 所述電機(A,B)的電流的極性。
5. 根據權利要求4所述的護理床，其特征在于，所述控制電路具有 手控開關，通過所述手控開關，供給所述電機(A,B)的電流可以從斷 路狀態變化到某 一極性的或相反極性的通路狀態。
6. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述控制電路只有 所述兩個電機(A,B)所共用的電流輸出。
7. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述平衡電路具有 供電輸入端(62,66)和兩個輸出端(56,57;58,59),其中，在每個所述輸 出端(56，57;58,59)連接所述兩個電機(A,B)中的一個電機。
8. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，當所述電機(A,B^皮 控制用來降下所述護理床時，所述平衡電路用來中斷所述電機(A,B) 中耗用電流較小的那個電機的耗用電流，中斷時間為(t)。
9. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，當所述電機(A,B)一皮 控制用來降下所述護理床時，所述平衡電路用來中斷所述電機(A,B) 中耗用電流^^大的那個電機的耗用電流，中斷時間為(t)。
10. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，在電流中斷后， 所述平衡電路檢查電流差值(D)是否小于電流中斷以前的電流差值， 如果檢查結果是正值，那么另 一電機的電流會中斷一段固定時間， 中斷時間優選為該固定時間的2倍。
11. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，只有當兩所述電 機(A,B)的所述電流差值(D)大于固定窗值(F)時，耗用電流輸入才會中 斷一段所述固定時間(t)。
12. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述窗值(F)依賴 于耗用電流輸入。
13. 根據權利要求1所述的護理床，其特征在于，所述固定中斷時 間(t)的值在0.01秒到5秒之間。
全文摘要
本發明涉及一種護理床，在其高度可調節的升降器中，具有兩個機械式并行連接的提升電機。為了使提升電機可以平衡負載，并避免升降器中出現過大的張力，還設置了測量供給提升電機的電流的平衡電路。當出現偏差時，相應的電流會多次短時間中斷，以便通過電流中斷，來使得電流的相關工作參數彼此接近。
文檔編號A61G7/018GK101111210SQ200680003800
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月13日 優先權日2005年2月4日
發明者漢斯-彼得·巴塞爾特 申請人:漢斯-彼得·巴塞爾特