一种智能移位机设计

罗 熙 吴丽华 陆英男 包仁人 吴 琦 韩 璐

（1.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，辽宁 沈阳 110168；2.辽宁省残疾人服务中心，辽宁 沈阳 110179）

1 设计背景

对于由灾难、事故或先天疾病造成的残障人士、身体衰弱导致丧失行动能力的老年人，长期卧床不但会产生褥疮等身体疾病，也不利于心理健康。但不同于单纯的下肢功能丧失患者，对于机能全面衰退、上肢缺陷或高位截瘫的患者等，其肢体功能障碍程度会导致自身无法通过辅助器具完成位置转移活动，而在他人协助进行位置转移时，有效的辅助器具可增加转移活动的安全性与稳定性，并降低护理人员的工作强度，防止活动损伤[1]。一般的移位机虽然也可以解决患者移床的需求，但对护理人员仍然有很高的体力要求，当患者体重较大，护理者体力欠佳时，移动移位机是比较吃力的，并且可能因对行进中的移位机控制不力而产生危险。因此，亟需一种智能移位机，能够额外提供行进时的助力以及移动速度过快时的保护阻力，方便、安全地对患者进行移动。针对上述问题，设计了一种智能移位机，相比一般移位设备添加了动力模块，当患者坐在本智能移位机上时，护理人员可以利用动力模块提供的助力更加轻松地移动患者，同时，速度过快或下坡时能提供阻力甚至刹车保证安全，这样大大降低了对护理人员的体力要求，广泛地适用于家庭护理中。另外，该智能移位机由于其配备动力模块，可提供动力助行和阻力安全保护，也可以在路况较好的室外使用。

2 功能与结构

2.1 功能

一般的移位设备，在移动患者的过程中，护理人员需要依靠自己的体力推动或牵引移位设备，在家庭护理中，如果患者体重较大，则对护理者的体力有很高的要求，并且，如果出现因护理者对移位机控制不力等导致的移位机行进速度过快的情况，则可能存在对患者造成伤害的安全隐患。该智能移位机设计了智能的动力模块，可提供持续的助力辅助护理者完成推动和牵引移位机。而且，此动力模块可以实时地对行进速度、地面状况等进行判断，调整动力参数，在速度超出设定值或者移位机处于下坡的状态等情况时，可以提供持续的阻力或刹车，以保障患者及护理者的人身安全。

智能移位机主要功能有7 个。1）移位功能：该功能为移位机的基本功能，通过可开合和关闭的左右半座板和护栏组件，将患者从不同的设施移乘到移位机上，再将患者从移位机转移到目的设施上。2）升降功能：使患者坐在移位机的座位上后，通过操控电动推杆的升降，带动座位的举升和降低，使患者的位置升高或者降低，使患者在不同高度的设施之间进行移位，比如在床、轮椅、餐椅、坐便器之间的移位。3）方便如厕：老年人常患有关节炎，由于膝关节软骨表面破坏，会造成下蹲困难[2]。使用该智能移位机可将患者转移到坐便器上方，在乘坐模块上轻松如厕，不需要下蹲和起身。4）速度、阻力、助力设定值可调节：护理人员可以根据自身实际体力情况以及患者的接受能力，设定智能移位机的限定行进速度、持续提供的助力或阻力大小[3]。智能移位机的限定速度设置为5 档可调，1-5 档对应的限定速度分别为0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s。5）地面坡度判断功能：智能移位机可通过控制器中的陀螺仪模块判断当前所行驶路面的坡度，陀螺仪模块能检测到的坡度大于5°，当地面坡度大于5°时，判定为在坡道上行进，并可识别行进时是处于上坡状态还是下坡状态，以此作为判断依据，控制动力模块提供持续助力或者持续阻力。6）提供持续助力：当护理人员推动智能移位机行进的速度小于或等于预先设置好的限定速度时，智能移位机的动力模块在行进方向提供持续的助力，辅助护理人员行进，减轻护理人员的负担；当智能移位机在大于5°的坡度地面上上坡时，智能移位机的动力模块同样在行进方向提供持续的助力，助力值大小为当前所设定的“助力”档位的值。7）提供持续阻力：当护理人员推动智能移位机行进时的速度大于预先设置好的限定速度时，智能移位机的动力模块在行进方向提供持续的阻力，设备立即刹车停止；当智能移位机在大于5°的坡度地面上下坡时，智能移位机的动力模块同样在行进方向提供持续的阻力，避免移位机速度过快造成危险。阻力值大小为当前设定的“阻力”档位的值。

2.2 结构参数

智能移位机的总体结构如图1 所示，其结构主要分成4个模块，分别为动力模块、移动模块、举升模块和乘坐模块。其主要设计参数见表1。

图1 智能移位机总体结构

表1 智能移位机设计参数

2.2.1 动力模块

动力模块如图2 所示，主要由2 个轮毂电机和控制器组成。控制器安装在移动模块上，控制器外部设有上电开关和控制面板，通过上电开关上电后，操作控制面板对控制器输入控制变量，控制轮毂电机的运动。控制器内部包含通信控制板卡和双轴驱动板卡等，是该智能移位机的核心部分，其通过内部的控制系统智能地对行进速度、地面状况等进行判断，调整动力参数，提供助力、阻力或刹车，以减轻护理人员的负担及保障患者的人身安全。

图2 动力模块

2.2.2 移动模块

移动模块如图3 所示，主要由底盘框架、2 根导柱、导柱定位销、脚踏板、4 个带有刹车的万向脚轮等组成。其作用是作为整个移位机的移动底座，4 个带有刹车的万向脚轮配合轮毂电机带动移位机移动，并提供转向和辅助刹车功能；当患者使用时，双脚放置在移动模块的脚踏板上。

图3 移动模块

2.2.3 举升模块

举升模块如图4 所示，主要由升降架机构和升降执行机构组成；升降架机构为焊接结构，包括2 个固定轴、左立柱、右立柱、横梁、电动推杆套、输液架插管；升降执行机构由摇摆开关、电动推杆、电池组成；电动推杆固定端与底盘框架上的电动推杆连接板通过销轴连接，电动推杆的伸缩端与升降架上的电动推杆套通过销轴连接，左立柱、右立柱套在移动模块的导柱上，通过操控摇摆开关控制电动推杆伸长与缩短，控制升降架沿着导柱上升或下降。

图4 举升模块

2.2.4 乘坐模块

乘坐模块如图5 所示，包括左护栏组件和右护栏组件，分别安装在升降架的升降架固定轴上，并以升降架固定轴为轴心旋转；左护栏组件和右护栏组件闭合后使用锁具锁上；左护栏组件和右护栏组件上分别安装半座板，闭合后组成完整座板，供患者乘坐。组成的完整座板中央有可供患者如厕的孔洞；左护栏组件和右护栏组件上分别有安全带安装环，可安装安全带。

图5 乘坐模块

3 操控方案

3.1 操作方式

以将患者从床上移动到该智能移位机上为例：首先，将患者移至床边坐好，升降模块上电，电池给电动推杆供电，通过摇摆开关控制电动推杆的升降，调整移位机高度，使座板底部高度与床板同高，打开带有半座板的左、右围栏组件靠近患者，当患者的双脚可以放置在移位机的脚踏板上时，闭合左、右围栏组件，将患者移乘至该智能移位机上。动力模块的控制器上电后，控制轮毂电机，辅助护理人员牵引或推行智能移位机移动。控制器可自行判断当前的移动速度，当前移动速度未达到限定速度时提供持续的助力；当前移动速度超过限定速度时提供阻力。并且控制器可由内部陀螺仪模块判断当前路面的坡度状况，当路面坡度大于5°时，智能移位机工作在斜坡模式，在上坡过程中提供持续的助力，下坡过程中提供持续的阻力。

移动限定速度及所提供的助力值或者阻力值大小可通过控制面板进行设定，控制面板如图6 所示，包括“菜单”按钮、“增加+”按钮和“减少-”按钮、7 段数码管显示屏、“速度”、“阻力”、“助力”和“电量”状态显示灯，通过“菜单”按钮切换功能操作，同时状态显示灯显示对应的功能；“速度”、“阻力”、“助力”支持1-5 档循环调节，通过“增加+”按钮和“减少-”按钮增减，限定“速度”1-5 档对应的速度约为0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s。

图6 控制面板

电池“电量”在7 段数码管显示屏上分0-9 档显示，当电池剩余电量高于90%时，显示为“9”当电池剩余电量低于10%时，显示为“0”。

另外，动力模块被设计成一个完全独立的模块，即将动力模块单独拆下后，该智能移位机可作为一无移动辅助的移位设备使用。

3.2 电气控制原理

系统上电后，电池给电动推杆供电，通过电线正反接在摇摆开关上，通过操控摇摆开关位置控制电动推杆伸长缩短，达到控制举升模块升降的目的。同时，电池通过接口J9给通信控制板卡供电，接口J8 连接船型开关，接口J1 和双轴驱动板卡P3 接口相连，双轴驱动板卡接口P1，P2，分别连接左轮毂电机M1 和右轮毂电机M2，控制轮毂电机运动。电气控制流程图如图7 所示。

图7 电气控制流程图

4 结论

该智能移位机能够解决卧床患者如厕或转移到轮椅等其他设备上的困难。当患者在该设计的智能移位机上时，护理人员可以利用动力模块更加轻松地移动患者。降低了对护理人员的体力要求，更适合于家庭护理。另外，该智能移位机不仅可以在室内使用，由于其配备动力模块，可提供动力助行和阻力安全保护，也可以在室外使用。同时，动力模块是一个完全独立的模块，即将动力模块单独拆下后，该移位机可作为一无移动辅助的移位设备使用。