殘障人用室內(nèi)移動升降機(jī)

【作 者】武 博，蔡 萍，吉小軍，劉棟才

1 上海交通大學(xué)儀器科學(xué)與工程系，上海，200240

2 國家康復(fù)輔具研究中心，北京，100020

因腦癱、偏癱、截癱及脊椎損傷等喪失自主運(yùn)動能力的患者，多數(shù)下肢截肢者和老年性疾病等行走功能障礙者，對家庭、社區(qū)或政府護(hù)理機(jī)構(gòu)的依賴程度很大。目前隨著獨(dú)生子女家庭成為普遍態(tài)勢及老齡化社會的到來，護(hù)理難已經(jīng)成為迫切需要解決的社會問題。有軌室內(nèi)移動升降機(jī)作為一種殘障人移動輔助器具，具有輪椅等地面移動輔具不具備的優(yōu)勢，能有效解決殘障人入廁、入浴等基本生活問題，并且避免了復(fù)雜地面情況的干擾。圖1所示反映了有軌升降機(jī)在居室內(nèi)的使用情況[1]。

圖1 有軌室內(nèi)移動升降機(jī)使用示意圖Fig.1 A illustrative drawing of the use of indoor rail lift

上世紀(jì)70年代后期，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始研究室內(nèi)移動升降機(jī)。1976年，美國James設(shè)計了一種通過懸臂承載重量的輔助升降裝置，如圖2所示[7]，該升降裝置擁有可升降的懸臂和可轉(zhuǎn)動的吊架，方便了患者的轉(zhuǎn)接。1998年，美國Capaldi等設(shè)計了一種實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間轉(zhuǎn)移的有軌升降系統(tǒng)，如圖3所示[11]，升降機(jī)通過在固定的軌道上的移動來運(yùn)送使用者。，2006年，在日本東京舉辦的第32回國際康復(fù)輔具展上展出的可推升降機(jī)有18種，固定類有軌類升降機(jī)架有29種，升降架的配套產(chǎn)品有25種。目前，國家開始重視對康復(fù)輔具的研制，并列入國家支撐計劃，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的升降機(jī)產(chǎn)品。

圖2 輔助升降裝置Fig.2 Assisted lift device

圖3 有軌升降系統(tǒng)Fig.3 Rail lift system

1 各類升降機(jī)產(chǎn)品形式及特點(diǎn)

殘障人用室內(nèi)移動升降機(jī)，根據(jù)移動和動力源的不同、是否獨(dú)立操作、是固定于一隅還是可移動和是否限定移動患者類別等，有多種系列。按照固定方式和結(jié)構(gòu)的不同，目前國外升降機(jī)產(chǎn)品分成固定升降機(jī)、手推升降機(jī)和有軌升降機(jī)等幾種類別。固定升降機(jī)通常與輪椅、手扶車等其它輔具配合使用，成本比較低，安裝方便，占用空間小。手推升降機(jī)的升降動力源有電動式、液壓式和手卷式等。便攜式有軌升降機(jī)可以手提到不同地點(diǎn)使用，在軌式電動升降機(jī)為下肢殘障者提供了在預(yù)定移動區(qū)域內(nèi)完全自理生活的可能。

1.1 固定升降機(jī)

固定升降機(jī)由懸臂升降裝置、可拆分支撐承載結(jié)構(gòu)、立式支架和固定裝置組成，通常安裝在臥室、廁所、浴室等需要護(hù)理的地方，其支架可固定于地面、天花板以及門外的墻壁上，不但可以幫助用戶從輪椅等裝置中轉(zhuǎn)移至浴缸或者床上，還可以幫助用戶上下樓梯。固定升降機(jī)使用吊具來承載使用者，不同結(jié)構(gòu)的吊具適合不同姿勢的用戶，通常使用者在傳送的過程中正坐于吊座中，對于病情嚴(yán)重的患者則可以使用具有多根吊帶的吊床。固定升降機(jī)擁有可脫卸吊臂、馬達(dá)，便于拆卸，可用于狹小的空間，但靈活性較差，移動范圍小，如圖4所示[2]。

圖4 固定升降機(jī)Fig.4 Fixed lift

1.2 手推升降機(jī)

手推升降機(jī)底盤移動靈活，活動范圍大，還可以折疊和拆裝，節(jié)省空間。懸吊式手推升降機(jī)由懸臂升降裝置、可拆分支撐承載結(jié)構(gòu)、地面滾動底座等部件組成，如圖5所示[3]。懸吊式手推升降機(jī)同樣使用吊具來承載使用者，使用上較固定升降機(jī)更為靈活。臺座式手推升降機(jī)綜合了懸吊式手推升降機(jī)和輪椅的部分特點(diǎn)，通過可以升降的座椅來傳送使用者，如圖6所示[4]。

1.3 有軌升降機(jī)

有軌升降機(jī)分便攜式和在軌式兩種，除了在垂直方向能上下移動外，有軌升降機(jī)還可沿著軌道進(jìn)行水平運(yùn)動。圖7（a）所示為便攜式有軌升降機(jī)，其通過卷揚(yáng)帶吊掛在軌道掛鉤上，裝卸方便，可以手提到不同地點(diǎn)使用。其軌道多為自立式結(jié)構(gòu)，對房屋結(jié)構(gòu)要求不高，不需要對房頂進(jìn)行改造。

在軌式電動升降機(jī)是移動輔具中的高端產(chǎn)品，軌道通常采用頂置式，圖7（b）所示反映了在軌式升降機(jī)安裝在軌道上的情形。這種移動升降機(jī)可由患者自行操作，如果在起居環(huán)境的預(yù)定移動區(qū)域內(nèi)軌道鋪設(shè)完備，行走功能障礙者完全可以在居室內(nèi)自主料理生活。

圖5 懸吊式手推升機(jī)Fig.5 Suspended type push lift

圖6 臺座式手推升降機(jī)Fig.6 Chair type push lift

圖7 兩種不同類型的有軌升降機(jī)Fig.7 Two different types of rail lift

2 升降機(jī)的技術(shù)與試驗(yàn)要求

1998年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了關(guān)于升降機(jī)類產(chǎn)品的技術(shù)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（編號ISO10535）：Hoists for the transfer of disabled persons—Requirements and test methods（殘疾人運(yùn)送用升降架技術(shù)要求和試驗(yàn)方法），對升降裝置的最大負(fù)荷、上升或下降的最大速度和耐久性等作了明確的要求。此外，該標(biāo)準(zhǔn)特別體現(xiàn)了對安全性的要求，如要求所有承載緊固件能夠自鎖或者安裝有鎖定裝置，電動升降裝裝置應(yīng)備有一個易于觸到且能與電源斷開的應(yīng)急裝置等。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了諸多測試項目，包括升降度試驗(yàn)、靜載強(qiáng)度試驗(yàn)、動載荷強(qiáng)度試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、操縱力試驗(yàn)、制動距離試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)和電池電量試驗(yàn)等，應(yīng)嚴(yán)格保證產(chǎn)品的可靠性。

軟支撐吊具用于承載使用對象，應(yīng)柔軟、輕便，并且使用方便，如在材料上使用新型的輕質(zhì)高分子材料，入浴移動需要便于解衣和防水等。另外，軟支撐吊具還有一些穩(wěn)定性、安全性和舒適性的指標(biāo)，如吊具應(yīng)價廉、美觀耐用和易于維護(hù)保養(yǎng)，并具有合適的厚度；制作材料要具有抗菌性，密度和硬度適中，兼有彈性與塑性和有良好的阻尼特性；有助于身體軟組織壓力（表面壓力，剪切力和摩擦力）的分布均勻；良好的熱傳導(dǎo)性并透氣防濕，有利于促進(jìn)穩(wěn)定和減小峰值壓力；防壓瘡和創(chuàng)傷，等等。

3 有軌室內(nèi)移動升降機(jī)基本組成

有軌室內(nèi)移動升降機(jī)，由驅(qū)動電機(jī)、可充電電池、高可靠性、高效率的傳動單元、可靠的安全裝置和操作人性化的人機(jī)接口和軟支撐吊具數(shù)部分構(gòu)成。

(1) 驅(qū)動電機(jī)

升降機(jī)的動力由驅(qū)動電機(jī)提供。有軌室內(nèi)移動升降機(jī)要求電機(jī)體積小、重量輕、運(yùn)行平穩(wěn)并能夠輸出較大的力矩。由于交流電機(jī)的供電電纜會給移動帶來不便，另還存在用電安全問題，因此各類升降機(jī)大都采用直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)相對普通直流電機(jī)而言，可靠性高、壽命長、沒有換向噪聲，但價格相對較高，因此前者常用在升降機(jī)的高端產(chǎn)品中。

(2) 傳動單元

有軌室內(nèi)升降機(jī)的傳動單元主要由蝸輪蝸桿、傳動齒輪和卷帶輪所組成。蝸輪蝸桿傳動比大，其特有的自鎖特性能在斷電時終止機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。傳動齒輪用以進(jìn)一步增加輸出扭矩和減速。

(3) 安全裝置

有軌室內(nèi)升降機(jī)的安全裝置包括蝸輪蝸桿、限位開關(guān)、緊急下降開關(guān)和電池報警裝置。蝸輪蝸桿傳動具有自鎖功能，在意外斷電時可以防止墜落。限位開關(guān)用以感知升降運(yùn)動的極限位置，在極限位置時會立即關(guān)斷電源，使升降機(jī)停止運(yùn)行。使用緊急下降開關(guān)，可以使升降機(jī)在斷電或者不需要動力的情況時下降。電池報警裝置用于監(jiān)測電池電量，并在電量不足時發(fā)出報警信號。

(4) 電量監(jiān)測報警和電池充電

有軌室內(nèi)移動升降機(jī)中的直流電機(jī)通常由鉛酸蓄電池供電?！稓埣踩诉\(yùn)送用升降架技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》中規(guī)定：對于所有用電池供電的室內(nèi)升降機(jī)，為保證其啟動后能完成最大負(fù)載時一個完整的升降周期，應(yīng)設(shè)有一個報警裝置。該報警裝置在電池電量不足時發(fā)出報警信號，此時需使用充電器來進(jìn)行充電，并且電池剩余電量能提供完成最大負(fù)載下一個完整的升降周期所需的動力。在軌式升降機(jī)的充電器安裝于軌道末端，通常是在睡床上方軌道處，以利用使用者休息的時間充電。升降機(jī)的電池通過接到機(jī)體外的凸形觸點(diǎn)，與充電器的相應(yīng)叉形簧片端子接觸。便攜式軌道升降機(jī)的機(jī)體上配置有充電接口，將機(jī)體取下進(jìn)行充電即可。

(5) 軟支撐吊具

軟支撐吊具的設(shè)計應(yīng)該盡可能使使用者脊柱處于生理體位，保持正常的生理曲度，身體各部分肌肉處于放松狀態(tài)，身體曲伸部位的角度以及受壓部位要利于人體保持正常的血液循環(huán)。吊具的材料選擇有尼龍織布、抗菌棉布或聚酯網(wǎng)眼布等。尼龍織布具有結(jié)實(shí)、柔軟、耐磨的特點(diǎn)；抗菌棉布是天然材料，具有抗菌性；聚酯網(wǎng)眼布具有透氣、結(jié)實(shí)、柔軟的特點(diǎn)。此外，還可以根據(jù)使用者的自身狀況、使用場合和移動要求設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)和形狀，諸如適合手或/和腿部殘疾的患者（如圖8（a））、神經(jīng)不良或和頭部僵直的患者、躺著的患者（如圖8（b））、以及適合如廁時使用（如圖8（c））和適合患者步行訓(xùn)練（如圖8（d））等[1]。

圖8 不同用途的吊具Fig.8 Slings for different users

4 結(jié)語

殘障人用室內(nèi)移動升降能有效地提高行走功能障礙者的生活質(zhì)量，并解決一些護(hù)理難的問題。借鑒國外產(chǎn)品的設(shè)計理念，升降機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)綜合利用已有的成熟技術(shù)，遵循安全、可靠和方便使用的原則，在保證質(zhì)量的前提下降低成本，并充分考慮個體殘障情況的差異性，不斷完善各種需求功能。

[1] http://www.meidenkohsan.co.jp

[2] http://www.og-giken.co.jp

[3] http://www.liko.se

[4] http://www.barrierfreelifts.com

[5] Hoists for the transfer of disabled persons—Requirements and test methods[s]．ISO10535，2006.

[6] Roger Bostelman, James Albus．Survey of patient mobility and lift technologies: Toward advancements and standards [R]．Intelligent Systems Division National Institute of Standards and Technology, 2006.

[7] James．Lifting means [P]．United States Patent: 3,962,737,1976-06-15.

[8] Lawless D. McCord, et al．Transfer hoist for disabled person [P]United States Patent: 4,372,452, 1983-02-08.

[9] Stefan Horcher, et al．Device for lifting and/or transporting of a person, in particular a patient lifter [P]．United States Patent:5,649,329, 1997-07-22.

[10] Duane L. Roy, et al．Patient lifting and transfer system [P]．United States Patent: 5,694,654, 1997-12-09.

[11] Capaldi, et al．Patient lift mechanism [P]．United States Patent:5,809,591, 1998-09-22.

[12] Willi Horcher, et al．Device for movement/transfer of a person[P]．United States Patent: 6,219,862, 2001-04-24.

[13] Wake．Patient lift and transfer apparatus [P]．United States Patent: 6,715,167, 2004-04-06.