基于“互聯網+”的高端智能護理床設計研究

王洋 何文才

摘要：人口老齡化與人們生活水平的提高使高端智能護理床具有良好的應用前景。本文根據目前護理床基本使用手動操作、功能簡單的現狀，設計了一款具有電動抬背、側翻、曲腿等功能并與“互聯網+”相結合的智能護理床，完成了該護理床的本體結構設計；將負壓潔廁裝置以模塊化的方式嵌入護理床中；利用互聯網技術提供用戶與外界方便實時的交流方式；基于傳感器測量用戶生命體征參數并實時上傳，在大數據的基礎上進行數據統計分析反饋，幫助用戶更好地掌握其健康狀況。

關鍵詞：智能護理床；機構；負壓廁所；“互聯網+”

中圖分類號：G632.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）23-0262-03

一、概述

2015年我國達到了人口老齡化的頂峰。家庭或養老機構的護理越發重要，護理床作為護理工具不可或缺，需求量巨大；另一方面，隨著人們生活水平的提高，對護理床的質量和功能提出了更高的要求，智能化的高端護理床以方便使用、可減輕陪護人員數量和負擔、實現人性化護理及多功能等優點逐漸受到人們青睞。然而智能化和高端的護理床相關的設計與研究在我國剛剛起步，與國外各種功能完善的智能護理床產品相比，我國護理床多數停留在手動操作、功能單一的技術水平。基于此，本文研究基于“互聯網+”的高端智能護理床設計，在具備完善的抬背、側翻、曲腿等自動化功能基礎上，集成真空潔廁系統，保證了護理床的衛生，同時面向“互聯網+”開發了一系列智能化功能模塊，使產品更加人性化，更好地服務于用戶。

二、護理床結構設計

基于面向高端、體現技術先進性和智能化的設計理念，本文設計的護理床采用模塊化設計，可根據功能需要進行模塊組合，并整合多自由度運動控制、人機工程、自動控制、智能通信等多學科領域新技術和實現方法。按照功能要求與設計指標，護理床的機械結構設計分為6個部分，分別是床板、床架、曲腿機構、側翻機構、抬背機構及輔助機構。整機模型如圖1所示。

床板主體結構采用不銹鋼板材焊接，承載能力強，使用壽命長。如圖2示，床板按功能分為10塊，通過不同的聯動實現相應的功能，在符合功能實現要求的前提下，將床板分為左右背板、中間背板、左右臀板、臀板連接板、小腿板和腳板、廁所板6部分。

所有床板均使用鉸接，使用銷軸連接在一起，各個床板均可以連軸轉動，使整個床板組合成一個整體。其中腳板和小腿板連接在一起，接到床架上，形成一個獨立的整體完成曲腿動作。剩余床板連接在一起嵌置于床架上，由床架和抬背支撐桿、左右側翻連桿支撐平面，限制自由度。

床架的作用在于放置各個功能模塊，為床板做支撐，是整床的結構骨架，在符合結構強度的要求下，盡量使結構緊湊。床架分為3層，第1層主要用來支撐床板，結合各個功能模塊的連桿與加裝上去的廁所支撐架，一起擔負起支撐床板的作用；第2層是為了給各個功能模塊的線型推桿安裝用，第3層屬于其他集成模塊放置層，在這個層內，放置主要的負壓潔廁系統的各種電機、污物箱以及水箱等其他附件。整個床架使用6061鋁材制造。

實現曲腿功能需要床板的支持，由于使用者的身高、腿長有差別，因此采取坐起曲腿。這樣會降低結構的復雜性，而且采取坐起曲腿也符合使用者的舒適性要求。在設計坐起曲腿時要求腳板應當時刻保持水平位置。設計時在使用一個動力源的情況下，使小腿板和腳板聯動，使用平行四邊形連桿機構實現。曲腿機構具有極限位置鎖死機構，防止夾傷病人，在0到70度之間可以任意調節到最佳姿勢，保證舒適感。

抬背功能是護理床的一個主要功能，抬背過程中考慮到安全性等問題，對機構的自鎖有嚴格的要求，使用電動推桿作為動力，在平穩性和安全性上都能得到很好的保證，且結構簡單，安裝方便。抬背機構可實現安全傾斜角度內自由和定時翻身。清潔老人身體時，可以任意設置傾斜角度，同時翻身傾斜設置有安全角度與高強度護欄，確保老人身體與床體不會側翻，保障安全。

輔助機構包含搬運機械臂（如圖3）、安全防護欄（如圖4）、餐桌（如圖5）。搬運機械臂采用機械手，主要由支撐腿、剎車機構、機械臂和動力源電動缸組成，機械臂可上下升降。動力源電動缸具有斷電、急停自鎖功能，可保證安全搬移。搬運機械臂解決了被褥的換洗、衛生打掃和病人洗浴等挪移中的勞動力問題。安全防護欄采用可折疊式結構，根據病人的需要可以展開或折疊，可防止病人的滑落，起到保護作用。護理床擁有可以拆卸的餐桌，餐桌具有餐具穩定、飲料防傾斜、湯類防灑落等多項功能，便于病人的用餐和餐后清理，使用完之后就可以收在床下面。餐桌可以在安全護欄上滑動。

三、負壓潔廁系統設計

目前護理床基本都能夠通過各種方式實現翻身起坐等基本功能，但在病人大小便問題上一直沒有很好的解決方法。現有的帶坐便器的護理床，大多采用簡單的盆代替坐便器，在床進行翻身及起坐時由于角度的變化，會造成盆的位置變化，污染到床體的可能性很大。重要的是，該結構很難控制異味的擴散。

本設計參照飛機和高鐵使用的坐便器原理，設計一種負壓坐便器。由坐便器開啟和關閉按鈕控制坐便器蓋子的開合，從而控制整個系統的工作狀態。按下自動沖水按鈕后集便器自動建立負壓，增壓閥將清水箱的清水通過清水管輸送到坐便器完成5秒沖水動作，之后通過界面閥的打開聯通坐便器與負壓狀態的集便器，完成污物排放。同時順序啟動自動沖洗系統和自動烘干系統。在沖水回路接通后于沖水前進行5秒沖洗動作，通過增壓閥將熱水通過沖洗噴頭噴射到病人臀部達到沖洗目的。同時沖洗回路在座便器開啟狀態下可以單獨控制。在沖洗回路結束后自動進入烘干回路，通過電阻絲加熱高壓氣源的空氣，通過烘干出風口作用于用戶臀部，達到烘干作用。在座便器開啟狀態下同樣可以單獨控制。該系統三維模型如圖6所示，由污物箱、清水箱、自動抬升裝置、坐便器、真空發生裝置、和增壓氣泵組成，以完成上述功能。圖7為真空原理圖。

四、基于“互聯網+”的智能化模塊設計

本護理床入智能化的設計理念，用模塊化的方式將各個獨立的模塊結合到護理床中，根據用戶的需求和需要自行刪減，做到私人訂制。其智能化主要體現在人性化設計和互聯網的應用。通過基于開放式的人機交互系統android實現整個系統的操控，通過傳感器實時或定時測量病人的各項體征參數，通過室內Wi-Fi將數據發送至云端服務器進行記錄和備份，并通過比對生成一段時間的體征參數變化曲線，數據返回病人的病床，使其可以實時把握自己的健康狀況。系統將記錄病人的使用習慣并進行功能優化，使復雜的過程變簡單，具有記憶功能。此外坐便器部分也采用全自動化控制，引入濕度傳感器，針對一部分大小便失禁的用戶做到自動如廁操作，大大減輕了護理人員的工作壓力。

如圖8所示，本設計采用7自由度的導桿連接的平板作為護理床的操作面板，面板運行Android系統，通過相應的APP操控全床的所有部件做相應的運動，操作平板相對于導桿為可拆卸結構，除軟件控制外產品同樣設有控制臺，實現直接控制。

本設計集成了音頻、視頻及遠程監控系統，同時具有生命體征參數測量共享功能。通過傳感器測得用戶實時的生命體征參數，在體征參數被測量的同時，數據將會保存在RAM中，在連通網絡的情況下將被上傳至云端，進行數據處理，并以可視化示圖（如圖9）的形式返回產品配套的APP中。信息傳遞的流程如圖10所示。

智能護理床具有基于大數據的應用模式。通過該應用模式，智能護理床可將全國各地的用戶的體征參數等數據統一存儲到中控服務器中，通過數據比對和后處理，完成對用戶身體狀況的全方位數字化監測，將每一項功能量化為數值，保證其精準性。通過處理后的數據幫助用戶調節飲食及生活狀態，促進用戶擁有更加健康的生活，提升其生活品質。

五、總結

本文根據我國目前護理床產品低端、功能嚴重不滿足用戶需求的現狀，設計了基于“互聯網+”技術的高端智能護理床，對床體各功能模塊進行了結構設計；設計了智能護理床負壓潔廁系統；給出了集音頻、視頻及遠程生命體征參數監控于一體的智能系統設計。立足于“互聯網+”的智能平臺，本護理床是對現有產品的重大變革，是未來護理床產品的必然技術方向。

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