一種智能移位機(jī)設(shè)計(jì)

羅 熙 吳麗華 陸英男 包仁人 吳 琦 韓 璐

（1.沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)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(jì)背景

對(duì)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(dòng)能力的老年人，長期臥床不但會(huì)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(duì)于機(jī)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(huì)導(dǎo)致自身無法通過輔助器具完成位置轉(zhuǎn)移活動(dòng)，而在他人協(xié)助進(jìn)行位置轉(zhuǎn)移時(shí)，有效的輔助器具可增加轉(zhuǎn)移活動(dòng)的安全性與穩(wěn)定性，并降低護(hù)理人員的工作強(qiáng)度，防止活動(dòng)損傷[1]。一般的移位機(jī)雖然也可以解決患者移床的需求，但對(duì)護(hù)理人員仍然有很高的體力要求，當(dāng)患者體重較大，護(hù)理者體力欠佳時(shí)，移動(dòng)移位機(jī)是比較吃力的，并且可能因?qū)π羞M(jìn)中的移位機(jī)控制不力而產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，亟需一種智能移位機(jī)，能夠額外提供行進(jìn)時(shí)的助力以及移動(dòng)速度過快時(shí)的保護(hù)阻力，方便、安全地對(duì)患者進(jìn)行移動(dòng)。針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了一種智能移位機(jī)，相比一般移位設(shè)備添加了動(dòng)力模塊，當(dāng)患者坐在本智能移位機(jī)上時(shí)，護(hù)理人員可以利用動(dòng)力模塊提供的助力更加輕松地移動(dòng)患者，同時(shí)，速度過快或下坡時(shí)能提供阻力甚至剎車保證安全，這樣大大降低了對(duì)護(hù)理人員的體力要求，廣泛地適用于家庭護(hù)理中。另外，該智能移位機(jī)由于其配備動(dòng)力模塊，可提供動(dòng)力助行和阻力安全保護(hù)，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(dòng)患者的過程中，護(hù)理人員需要依靠自己的體力推動(dòng)或牽引移位設(shè)備，在家庭護(hù)理中，如果患者體重較大，則對(duì)護(hù)理者的體力有很高的要求，并且，如果出現(xiàn)因護(hù)理者對(duì)移位機(jī)控制不力等導(dǎo)致的移位機(jī)行進(jìn)速度過快的情況，則可能存在對(duì)患者造成傷害的安全隱患。該智能移位機(jī)設(shè)計(jì)了智能的動(dòng)力模塊，可提供持續(xù)的助力輔助護(hù)理者完成推動(dòng)和牽引移位機(jī)。而且，此動(dòng)力模塊可以實(shí)時(shí)地對(duì)行進(jìn)速度、地面狀況等進(jìn)行判斷，調(diào)整動(dòng)力參數(shù)，在速度超出設(shè)定值或者移位機(jī)處于下坡的狀態(tài)等情況時(shí)，可以提供持續(xù)的阻力或剎車，以保障患者及護(hù)理者的人身安全。

智能移位機(jī)主要功能有7 個(gè)。1）移位功能：該功能為移位機(jī)的基本功能，通過可開合和關(guān)閉的左右半座板和護(hù)欄組件，將患者從不同的設(shè)施移乘到移位機(jī)上，再將患者從移位機(jī)轉(zhuǎn)移到目的設(shè)施上。2）升降功能：使患者坐在移位機(jī)的座位上后，通過操控電動(dòng)推桿的升降，帶動(dòng)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(jìn)行移位，比如在床、輪椅、餐椅、坐便器之間的移位。3）方便如廁：老年人常患有關(guān)節(jié)炎，由于膝關(guān)節(jié)軟骨表面破壞，會(huì)造成下蹲困難[2]。使用該智能移位機(jī)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(hù)理人員可以根據(jù)自身實(shí)際體力情況以及患者的接受能力，設(shè)定智能移位機(jī)的限定行進(jìn)速度、持續(xù)提供的助力或阻力大小[3]。智能移位機(jī)的限定速度設(shè)置為5 檔可調(diào)，1-5 檔對(duì)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(jī)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(shí)，判定為在坡道上行進(jìn)，并可識(shí)別行進(jìn)時(shí)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(dòng)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(hù)理人員推動(dòng)智能移位機(jī)行進(jìn)的速度小于或等于預(yù)先設(shè)置好的限定速度時(shí)，智能移位機(jī)的動(dòng)力模塊在行進(jìn)方向提供持續(xù)的助力，輔助護(hù)理人員行進(jìn)，減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)；當(dāng)智能移位機(jī)在大于5°的坡度地面上上坡時(shí)，智能移位機(jī)的動(dòng)力模塊同樣在行進(jìn)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(hù)理人員推動(dòng)智能移位機(jī)行進(jìn)時(shí)的速度大于預(yù)先設(shè)置好的限定速度時(shí)，智能移位機(jī)的動(dòng)力模塊在行進(jìn)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(jī)在大于5°的坡度地面上下坡時(shí)，智能移位機(jī)的動(dòng)力模塊同樣在行進(jìn)方向提供持續(xù)的阻力，避免移位機(jī)速度過快造成危險(xiǎn)。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(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其結(jié)構(gòu)主要分成4個(gè)模塊，分別為動(dòng)力模塊、移動(dòng)模塊、舉升模塊和乘坐模塊。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

圖1 智能移位機(jī)總體結(jié)構(gòu)

表1 智能移位機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.1 動(dòng)力模塊

動(dòng)力模塊如圖2 所示，主要由2 個(gè)輪轂電機(jī)和控制器組成。控制器安裝在移動(dòng)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(duì)控制器輸入控制變量，控制輪轂電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。控制器內(nèi)部包含通信控制板卡和雙軸驅(qū)動(dòng)板卡等，是該智能移位機(jī)的核心部分，其通過內(nèi)部的控制系統(tǒng)智能地對(duì)行進(jìn)速度、地面狀況等進(jìn)行判斷，調(diào)整動(dòng)力參數(shù)，提供助力、阻力或剎車，以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)及保障患者的人身安全。

圖2 動(dòng)力模塊

2.2.2 移動(dòng)模塊

移動(dòng)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(gè)帶有剎車的萬向腳輪等組成。其作用是作為整個(gè)移位機(jī)的移動(dòng)底座，4 個(gè)帶有剎車的萬向腳輪配合輪轂電機(jī)帶動(dòng)移位機(jī)移動(dòng)，并提供轉(zhuǎn)向和輔助剎車功能；當(dāng)患者使用時(shí)，雙腳放置在移動(dòng)模塊的腳踏板上。

圖3 移動(dòng)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(jī)構(gòu)和升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；升降架機(jī)構(gòu)為焊接結(jié)構(gòu)，包括2 個(gè)固定軸、左立柱、右立柱、橫梁、電動(dòng)推桿套、輸液架插管；升降執(zhí)行機(jī)構(gòu)由搖擺開關(guān)、電動(dòng)推桿、電池組成；電動(dòng)推桿固定端與底盤框架上的電動(dòng)推桿連接板通過銷軸連接，電動(dòng)推桿的伸縮端與升降架上的電動(dòng)推桿套通過銷軸連接，左立柱、右立柱套在移動(dòng)模塊的導(dǎo)柱上，通過操控?fù)u擺開關(guān)控制電動(dòng)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(hù)欄組件和右護(hù)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(hù)欄組件和右護(hù)欄組件閉合后使用鎖具鎖上；左護(hù)欄組件和右護(hù)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(hù)欄組件和右護(hù)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(dòng)到該智能移位機(jī)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(dòng)推桿供電，通過搖擺開關(guān)控制電動(dòng)推桿的升降，調(diào)整移位機(jī)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(jī)的腳踏板上時(shí)，閉合左、右圍欄組件，將患者移乘至該智能移位機(jī)上。動(dòng)力模塊的控制器上電后，控制輪轂電機(jī)，輔助護(hù)理人員牽引或推行智能移位機(jī)移動(dòng)。控制器可自行判斷當(dāng)前的移動(dòng)速度，當(dāng)前移動(dòng)速度未達(dá)到限定速度時(shí)提供持續(xù)的助力；當(dāng)前移動(dòng)速度超過限定速度時(shí)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(shí)，智能移位機(jī)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(dòng)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(jìn)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(shí)狀態(tài)顯示燈顯示對(duì)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(duì)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(shí)，顯示為“9”當(dāng)電池剩余電量低于10%時(shí)，顯示為“0”。

另外，動(dòng)力模塊被設(shè)計(jì)成一個(gè)完全獨(dú)立的模塊，即將動(dòng)力模塊單獨(dú)拆下后，該智能移位機(jī)可作為一無移動(dòng)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(dòng)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(dòng)推桿伸長縮短，達(dá)到控制舉升模塊升降的目的。同時(shí)，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(dòng)板卡P3 接口相連，雙軸驅(qū)動(dòng)板卡接口P1，P2，分別連接左輪轂電機(jī)M1 和右輪轂電機(jī)M2，控制輪轂電機(jī)運(yùn)動(dòng)。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(jī)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(jì)的智能移位機(jī)上時(shí)，護(hù)理人員可以利用動(dòng)力模塊更加輕松地移動(dòng)患者。降低了對(duì)護(hù)理人員的體力要求，更適合于家庭護(hù)理。另外，該智能移位機(jī)不僅可以在室內(nèi)使用，由于其配備動(dòng)力模塊，可提供動(dòng)力助行和阻力安全保護(hù)，也可以在室外使用。同時(shí)，動(dòng)力模塊是一個(gè)完全獨(dú)立的模塊，即將動(dòng)力模塊單獨(dú)拆下后，該移位機(jī)可作為一無移動(dòng)輔助的移位設(shè)備使用。