一種智能移位機設(shè)計

羅 熙 吳麗華 陸英男 包仁人 吳 琦 韓 璐

（1.沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省殘疾人服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110179）

1 設(shè)計背景

對于由災(zāi)難、事故或先天疾病造成的殘障人士、身體衰弱導(dǎo)致喪失行動能力的老年人，長期臥床不但會產(chǎn)生褥瘡等身體疾病，也不利于心理健康。但不同于單純的下肢功能喪失患者，對于機能全面衰退、上肢缺陷或高位截癱的患者等，其肢體功能障礙程度會導(dǎo)致自身無法通過輔助器具完成位置轉(zhuǎn)移活動，而在他人協(xié)助進行位置轉(zhuǎn)移時，有效的輔助器具可增加轉(zhuǎn)移活動的安全性與穩(wěn)定性，并降低護理人員的工作強度，防止活動損傷[1]。一般的移位機雖然也可以解決患者移床的需求，但對護理人員仍然有很高的體力要求，當(dāng)患者體重較大，護理者體力欠佳時，移動移位機是比較吃力的，并且可能因?qū)π羞M中的移位機控制不力而產(chǎn)生危險。因此，亟需一種智能移位機，能夠額外提供行進時的助力以及移動速度過快時的保護阻力，方便、安全地對患者進行移動。針對上述問題，設(shè)計了一種智能移位機，相比一般移位設(shè)備添加了動力模塊，當(dāng)患者坐在本智能移位機上時，護理人員可以利用動力模塊提供的助力更加輕松地移動患者，同時，速度過快或下坡時能提供阻力甚至剎車保證安全，這樣大大降低了對護理人員的體力要求，廣泛地適用于家庭護理中。另外，該智能移位機由于其配備動力模塊，可提供動力助行和阻力安全保護，也可以在路況較好的室外使用。

2 功能與結(jié)構(gòu)

2.1 功能

一般的移位設(shè)備，在移動患者的過程中，護理人員需要依靠自己的體力推動或牽引移位設(shè)備，在家庭護理中，如果患者體重較大，則對護理者的體力有很高的要求，并且，如果出現(xiàn)因護理者對移位機控制不力等導(dǎo)致的移位機行進速度過快的情況，則可能存在對患者造成傷害的安全隱患。該智能移位機設(shè)計了智能的動力模塊，可提供持續(xù)的助力輔助護理者完成推動和牽引移位機。而且，此動力模塊可以實時地對行進速度、地面狀況等進行判斷，調(diào)整動力參數(shù)，在速度超出設(shè)定值或者移位機處于下坡的狀態(tài)等情況時，可以提供持續(xù)的阻力或剎車，以保障患者及護理者的人身安全。

智能移位機主要功能有7 個。1）移位功能：該功能為移位機的基本功能，通過可開合和關(guān)閉的左右半座板和護欄組件，將患者從不同的設(shè)施移乘到移位機上，再將患者從移位機轉(zhuǎn)移到目的設(shè)施上。2）升降功能：使患者坐在移位機的座位上后，通過操控電動推桿的升降，帶動座位的舉升和降低，使患者的位置升高或者降低，使患者在不同高度的設(shè)施之間進行移位，比如在床、輪椅、餐椅、坐便器之間的移位。3）方便如廁：老年人?；加嘘P(guān)節(jié)炎，由于膝關(guān)節(jié)軟骨表面破壞，會造成下蹲困難[2]。使用該智能移位機可將患者轉(zhuǎn)移到坐便器上方，在乘坐模塊上輕松如廁，不需要下蹲和起身。4）速度、阻力、助力設(shè)定值可調(diào)節(jié)：護理人員可以根據(jù)自身實際體力情況以及患者的接受能力，設(shè)定智能移位機的限定行進速度、持續(xù)提供的助力或阻力大小[3]。智能移位機的限定速度設(shè)置為5 檔可調(diào)，1-5 檔對應(yīng)的限定速度分別為0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s。5）地面坡度判斷功能：智能移位機可通過控制器中的陀螺儀模塊判斷當(dāng)前所行駛路面的坡度，陀螺儀模塊能檢測到的坡度大于5°，當(dāng)?shù)孛嫫露却笥?°時，判定為在坡道上行進，并可識別行進時是處于上坡狀態(tài)還是下坡狀態(tài)，以此作為判斷依據(jù)，控制動力模塊提供持續(xù)助力或者持續(xù)阻力。6）提供持續(xù)助力：當(dāng)護理人員推動智能移位機行進的速度小于或等于預(yù)先設(shè)置好的限定速度時，智能移位機的動力模塊在行進方向提供持續(xù)的助力，輔助護理人員行進，減輕護理人員的負(fù)擔(dān)；當(dāng)智能移位機在大于5°的坡度地面上上坡時，智能移位機的動力模塊同樣在行進方向提供持續(xù)的助力，助力值大小為當(dāng)前所設(shè)定的“助力”檔位的值。7）提供持續(xù)阻力：當(dāng)護理人員推動智能移位機行進時的速度大于預(yù)先設(shè)置好的限定速度時，智能移位機的動力模塊在行進方向提供持續(xù)的阻力，設(shè)備立即剎車停止；當(dāng)智能移位機在大于5°的坡度地面上下坡時，智能移位機的動力模塊同樣在行進方向提供持續(xù)的阻力，避免移位機速度過快造成危險。阻力值大小為當(dāng)前設(shè)定的“阻力”檔位的值。

2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

智能移位機的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其結(jié)構(gòu)主要分成4個模塊，分別為動力模塊、移動模塊、舉升模塊和乘坐模塊。其主要設(shè)計參數(shù)見表1。

圖1 智能移位機總體結(jié)構(gòu)

表1 智能移位機設(shè)計參數(shù)

2.2.1 動力模塊

動力模塊如圖2 所示，主要由2 個輪轂電機和控制器組成?？刂破靼惭b在移動模塊上，控制器外部設(shè)有上電開關(guān)和控制面板，通過上電開關(guān)上電后，操作控制面板對控制器輸入控制變量，控制輪轂電機的運動。控制器內(nèi)部包含通信控制板卡和雙軸驅(qū)動板卡等，是該智能移位機的核心部分，其通過內(nèi)部的控制系統(tǒng)智能地對行進速度、地面狀況等進行判斷，調(diào)整動力參數(shù)，提供助力、阻力或剎車，以減輕護理人員的負(fù)擔(dān)及保障患者的人身安全。

圖2 動力模塊

2.2.2 移動模塊

移動模塊如圖3 所示，主要由底盤框架、2 根導(dǎo)柱、導(dǎo)柱定位銷、腳踏板、4 個帶有剎車的萬向腳輪等組成。其作用是作為整個移位機的移動底座，4 個帶有剎車的萬向腳輪配合輪轂電機帶動移位機移動，并提供轉(zhuǎn)向和輔助剎車功能；當(dāng)患者使用時，雙腳放置在移動模塊的腳踏板上。

圖3 移動模塊

2.2.3 舉升模塊

舉升模塊如圖4 所示，主要由升降架機構(gòu)和升降執(zhí)行機構(gòu)組成；升降架機構(gòu)為焊接結(jié)構(gòu)，包括2 個固定軸、左立柱、右立柱、橫梁、電動推桿套、輸液架插管；升降執(zhí)行機構(gòu)由搖擺開關(guān)、電動推桿、電池組成；電動推桿固定端與底盤框架上的電動推桿連接板通過銷軸連接，電動推桿的伸縮端與升降架上的電動推桿套通過銷軸連接，左立柱、右立柱套在移動模塊的導(dǎo)柱上，通過操控?fù)u擺開關(guān)控制電動推桿伸長與縮短，控制升降架沿著導(dǎo)柱上升或下降。

圖4 舉升模塊

2.2.4 乘坐模塊

乘坐模塊如圖5 所示，包括左護欄組件和右護欄組件，分別安裝在升降架的升降架固定軸上，并以升降架固定軸為軸心旋轉(zhuǎn)；左護欄組件和右護欄組件閉合后使用鎖具鎖上；左護欄組件和右護欄組件上分別安裝半座板，閉合后組成完整座板，供患者乘坐。組成的完整座板中央有可供患者如廁的孔洞；左護欄組件和右護欄組件上分別有安全帶安裝環(huán)，可安裝安全帶。

圖5 乘坐模塊

3 操控方案

3.1 操作方式

以將患者從床上移動到該智能移位機上為例：首先，將患者移至床邊坐好，升降模塊上電，電池給電動推桿供電，通過搖擺開關(guān)控制電動推桿的升降，調(diào)整移位機高度，使座板底部高度與床板同高，打開帶有半座板的左、右圍欄組件靠近患者，當(dāng)患者的雙腳可以放置在移位機的腳踏板上時，閉合左、右圍欄組件，將患者移乘至該智能移位機上。動力模塊的控制器上電后，控制輪轂電機，輔助護理人員牽引或推行智能移位機移動?？刂破骺勺孕信袛喈?dāng)前的移動速度，當(dāng)前移動速度未達到限定速度時提供持續(xù)的助力；當(dāng)前移動速度超過限定速度時提供阻力。并且控制器可由內(nèi)部陀螺儀模塊判斷當(dāng)前路面的坡度狀況，當(dāng)路面坡度大于5°時，智能移位機工作在斜坡模式，在上坡過程中提供持續(xù)的助力，下坡過程中提供持續(xù)的阻力。

移動限定速度及所提供的助力值或者阻力值大小可通過控制面板進行設(shè)定，控制面板如圖6 所示，包括“菜單”按鈕、“增加+”按鈕和“減少-”按鈕、7 段數(shù)碼管顯示屏、“速度”、“阻力”、“助力”和“電量”狀態(tài)顯示燈，通過“菜單”按鈕切換功能操作，同時狀態(tài)顯示燈顯示對應(yīng)的功能；“速度”、“阻力”、“助力”支持1-5 檔循環(huán)調(diào)節(jié)，通過“增加+”按鈕和“減少-”按鈕增減，限定“速度”1-5 檔對應(yīng)的速度約為0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s。

圖6 控制面板

電池“電量”在7 段數(shù)碼管顯示屏上分0-9 檔顯示，當(dāng)電池剩余電量高于90%時，顯示為“9”當(dāng)電池剩余電量低于10%時，顯示為“0”。

另外，動力模塊被設(shè)計成一個完全獨立的模塊，即將動力模塊單獨拆下后，該智能移位機可作為一無移動輔助的移位設(shè)備使用。

3.2 電氣控制原理

系統(tǒng)上電后，電池給電動推桿供電，通過電線正反接在搖擺開關(guān)上，通過操控?fù)u擺開關(guān)位置控制電動推桿伸長縮短，達到控制舉升模塊升降的目的。同時，電池通過接口J9給通信控制板卡供電，接口J8 連接船型開關(guān)，接口J1 和雙軸驅(qū)動板卡P3 接口相連，雙軸驅(qū)動板卡接口P1，P2，分別連接左輪轂電機M1 和右輪轂電機M2，控制輪轂電機運動。電氣控制流程圖如圖7 所示。

圖7 電氣控制流程圖

4 結(jié)論

該智能移位機能夠解決臥床患者如廁或轉(zhuǎn)移到輪椅等其他設(shè)備上的困難。當(dāng)患者在該設(shè)計的智能移位機上時，護理人員可以利用動力模塊更加輕松地移動患者。降低了對護理人員的體力要求，更適合于家庭護理。另外，該智能移位機不僅可以在室內(nèi)使用，由于其配備動力模塊，可提供動力助行和阻力安全保護，也可以在室外使用。同時，動力模塊是一個完全獨立的模塊，即將動力模塊單獨拆下后，該移位機可作為一無移動輔助的移位設(shè)備使用。