一种仿人体工学脊背系统的制作方法

本发明涉及医疗器械及智能家居辅助设备，具体为一种仿人体工学脊背系统。

背景技术：

1、电动床及护理床作为卧床照护与辅助支撑的重要设备，在医疗康复和居家生活中应用广泛。此类设备普遍配备起背功能，通过机械结构将床板抬升，以辅助使用者完成从平躺到坐卧的姿态转换，从而满足日常进食、活动或特定护理体位的需求。

2、在现有的常规使用场景中，绝大多数起背系统采用刚性平板结合单轴定点旋转的方案，当系统接收到起背指令后，底层电机驱动刚性背板绕床架底座上的固定铰接轴向上翻转，使用者的上半身依靠在背板上随之被动抬升，借由调节背板的仰角来改变人体的仰卧姿态。

3、这种基于定轴翻转的传统结构在实际应用中会引发明显的人体轴向滑移现象，由于床体刚性背板的固定旋转轴与人体起背时的天然弯折点存在位置偏差，在背板持续翻转顶升的过程中，其单一的圆周运动轨迹会对人体背部施加一个沿床面向下方的轴向分力，该分力迫使人体躯干及臀部不由自主地向床尾方向发生持续的轴向滑动，且滑动位移量随起背角度的增加而显著放大，这种相对位移不仅导致使用者的实际坐姿脱离预设的床面支撑区域，同时人体皮肤与床面在滑动过程中会产生持续的剪切力，严重破坏了起背支撑的稳定性，并增加了使用者局部软组织受压损伤的隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种仿人体工学脊背系统，解决现有电动床起背时因单轴翻转引发的两大核心缺陷：一是背板旋转导致躯干轴向滑移，产生皮肤剪切力与受压损伤风险；二是刚性直板无法匹配人体脊柱s型曲度，导致腰部悬空与肌肉代偿紧绷的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明第一方面提供一种仿人体工学脊背系统，包括：驱动控制模块、人体轴向滑移抵消单元、联动从动支撑模块、人体工学支撑塑形模块以及多分区复合支撑面层；

3、所述驱动控制模块输出直线驱动力至所述人体轴向滑移抵消单元，所述人体轴向滑移抵消单元带动连接的起背框架产生向床尾方向滑动与向上旋转的复合运动；

4、所述联动从动支撑模块接收所述复合运动，并驱使所述联动从动支撑模块包含的大腿支撑板向下倾斜并在接触面生成反向摩擦力，所述反向摩擦力结合前述水平直线位移共同实现轴向滑移抵消；

5、所述人体工学支撑塑形模块受人体自重下压作用，所述人体工学支撑塑形模块内部的弹性承载部件发生形变并抵接于底部仿脊柱弯管进行限位，所述人体工学支撑塑形模块发生弯曲形变并对应贴合人体胸椎后凸与腰椎前凸曲度；

6、所述多分区复合支撑面层处于所述人体工学支撑塑形模块上方，所述多分区复合支撑面层同步受压变形以将人体向下的压力向多个支撑区域分散以建立表面承托状态。

7、优选的，所述人体轴向滑移抵消单元包括带有加强筋的铁质框架、内滑动框架、低摩擦配合面、滑槽及尼龙轮限位部件、起背固定管以及驱动管；所述起背框架内设置有起背框架加强管与起背框架横向加强管；

8、所述内滑动框架与所述铁质框架沿水平方向通过所述低摩擦配合面连接并进行相对滑动，所述驱动控制模块内设的起背电机连接所述内滑动框架以提供水平直线推力；

9、所述起背固定管与所述铁质框架的铰接端设有所述滑槽及尼龙轮限位部件；在所述起背固定管的端部塞打螺栓未到达滑槽预设临界位置的自由行程内，所述起背固定管不对所述起背框架施加顶升推力，所述驱动管随所述内滑动框架移动并施加向上推力；

10、在所述起背固定管的端部塞打螺栓滑动到达所述滑槽预设临界位置并结束自由行程后，所述滑槽及尼龙轮限位部件对所述起背固定管形成机械限位，所述起背固定管与所述驱动管共同对所述起背框架施加持续顶升推力，使所述起背框架的旋转中心发生向人体头部侧偏移并整体上移至不超过六十度的预设起背角度。

11、优选的，所述起背框架向上向后移动产生反向位移量，传统定轴起背状态下存在人体向床尾滑移的初始位移量，所述反向位移量与所述初始位移量依据起背人体滑移位移中和计算公式协同计算；

12、所述起背固定管与所述驱动管协同工作使所述反向位移量与所述初始位移量的数值相等，人体髋关节相对床体底座位置在起背全程维持固定状态并完成位移抵消。

13、优选的，所述人体工学支撑塑形模块包括配设有弯管加强管的仿脊柱弯管、弹性承载部件、多层板以及独立腰椎支撑板；

14、所述仿脊柱弯管采用焊接或冲压成型工艺制造且材质选自铁质管、铝合金管、钛合金管或不锈钢管以构成最低限位边界；

15、所述弹性承载部件设于所述仿脊柱弯管上方，且所述弹性承载部件包括蛇形弹簧、直弹簧、钢绳或强力弹力绳，所述多层板与所述弹性承载部件进行多点连接固定；

16、所述弹性承载部件承受所述多层板传递的重力并发生向下弹性形变直至与底层的所述仿脊柱弯管表面相切抵接，所述多层板跟随变形并形成腰部向上凸出且背部向下弯曲的s型生理曲线；

17、所述独立腰椎支撑板对人体腰椎区域进行定点硬性顶托以填补空隙并维持人体腰椎生理前凸角度。

18、优选的，所述多分区复合支撑面层包括自上而下堆叠的第一功能层、第二功能层与第三功能层，且划分为肩周支撑区、胸椎支撑区、腰椎支撑区以及骶尾骨支撑区；

19、所述多层板的最上段支撑板配合所述第一功能层于所述肩周支撑区提供支撑力；所述多层板的上胸椎段支撑板与下胸椎段支撑板配合所述第二功能层于所述胸椎支撑区提供支撑力；所述独立腰椎支撑板配合所述第三功能层于所述腰椎支撑区提供硬性支撑力；所述多层板最下段的臀部多层板配合所述第二功能层于所述骶尾骨支撑区提供承托面；

20、其中，对应所述胸椎支撑区的支撑板组合总纵向长度与所述独立腰椎支撑板的纵向长度比值设定为一点五五比一，以匹配脊柱胸椎与腰椎的黄金工学比例。

21、优选的，所述人体工学支撑塑形模块的床板弧形轮廓设计基于脊柱圆弧曲率计算公式设定，结合脊柱弯曲圆弧半径、脊柱弦长以及矢状面拱高参数构建构成所述人体工学支撑塑形模块的最低限位边界。

22、优选的，还包括固定设于床架底座并沿水平纵向延伸的纵向架；

23、在接收平躺复位指令后，所述起背框架跟随所述人体轴向滑移抵消单元的向后水平直线移动同步向下执行降落动作，带动所述多层板向下移动；

24、所述多层板设定的横向尺寸大于两根所述纵向架之间的横向间距，使所述多层板的底部边缘与所述纵向架发生物理干涉以阻断向下移动的路径；

25、所述纵向架对所述多层板施加向上的阻挡力，使所述多层板从对应人体胯部位置的最下段支撑板开始依照自下而上的顺序逐块放平，所述弹性承载部件同步释放弯曲形变并脱离底层的所述仿脊柱弯管的限位面。

26、优选的，所述联动从动支撑模块包括大腿支撑板、屈腿驱动装配体以及重力反向摩擦力生成单元；

27、所述屈腿驱动装配体内设有屈腿线性电机、大腿部分驱动装置以及小腿部分驱动装置；所述屈腿驱动装配体连接所述起背框架与所述大腿支撑板；在起背动作行程中，所述屈腿驱动装配体跟随所述起背框架的复合运动轨迹，通过所述大腿部分驱动装置与所述小腿部分驱动装置牵引所述大腿支撑板向下倾斜旋转；

28、所述重力反向摩擦力生成单元利用随所述大腿支撑板同步倾斜的人体下肢重力分量，在接触区域生成反向摩擦力，抵消人体受轴向推力挤压而向床尾方向滑动的趋势。

29、本发明第二方面提供一种仿人体工学脊背系统的运行方法，采用本发明第一方面提供的仿人体工学脊背系统，包括以下步骤：

30、s1、驱动控制模块通电启动并输出直线驱动力至人体轴向滑移抵消单元，驱使所述人体轴向滑移抵消单元的起背框架产生向床尾方向滑动与向上旋转的复合运动，同时牵引联动从动支撑模块产生反向摩擦力，通过所述反向摩擦力与水平直线位移完成人体轴向滑移的初始抵消，得到初始起背姿态；

31、s2、基于s1中得到的所述初始起背姿态，所述驱动控制模块持续运行推动所述人体轴向滑移抵消单元到达预设限位节点，使所述起背框架的旋转中心向头部偏移，通过所述人体轴向滑移抵消单元产生的向后水平位移量中和人体向床尾滑移位移量，完成持续起背状态下的滑移抵消定位；

32、s3、在s2完成所述滑移抵消定位后，人体工学支撑塑形模块受人体自重下压，所述人体工学支撑塑形模块内的弹性承载部件发生形变直至抵接于底部仿脊柱弯管，使得所述人体工学支撑塑形模块发生弯曲形变以贴合脊柱生理曲线，同时位于所述人体工学支撑塑形模块上方的多分区复合支撑面层受压变形，将人体压力向多个支撑区域分散，建立仿工学表面承托状态；

33、s4、在维持s3中所述仿工学表面承托状态后，接收平放复位指令，所述驱动控制模块反向运行，使得所述人体工学支撑塑形模块表面的多层板在下降过程中与纵向架发生物理干涉，通过所述物理干涉阻断下落路径使所述多层板自下而上逐级展平，最终恢复至水平平面状态。

34、本发明提供了一种仿人体工学脊背系统。具备以下有益效果：

35、1、本发明通过内滑动框架水平移动结合长固定管与短滑动推杆构成的滑槽限位结构驱使背部支撑框架产生向后滑动与向上旋转的复合运动，同时利用联动传动机构同步牵引大腿支撑板向下倾斜依靠下肢重力生成反向摩擦力，使背部支撑框架向后的反向位移量与人体受推力向床尾方向滑动的位移量相互中和，实现了起背全程人体髋关节相对床体底座保持固定并消除皮肤剪切力的稳定防滑移支撑效果。

36、2、本发明通过底层弧形弯管结合多层承托板与弹性承载部件构成表面承载面，在起背时利用人体自重下压迫使内部弹性承载部件发生形变并抵接于弧形弯管限位边界，同时协同独立腰椎支撑板针对人体腰椎区域进行定点硬性顶托以填补腰部空隙，实现了表面承托结构发生弯曲形变并贴合人体胸椎后凸与腰椎前凸生理曲度从而维持脊柱生理姿态并缓解腰背肌肉代偿的工学塑形支撑效果。

37、3、本发明通过在人体工学支撑塑形模块上方铺设由多功能层堆叠构成的多分区复合支撑面层，将其划分为肩周、胸椎、腰椎与骶尾骨支撑区进行差异化承托，并在平放复位动作中利用多层承托板与床架纵向支撑管件发生物理干涉来阻挡下落路径，实现了起背状态下将上半身压力均匀分散至各支撑区域避免局部高压聚集并在平躺阶段依靠干涉阻力迫使多层承托板自下而上逐级展平以恢复平整状态的联动承载效果。