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我国已经逐渐进入老龄化社会。据卫生部统计,我国约80%的老年人至少患有一种或一种以上慢性疾病。随着年龄的增加,以老年人为主的群体正经历着许多生活上的不便,诸如如厕、散步、购物等,给医护人员以及伤病员造成了很大的困难。在此背景下,辅助移位设备应运而生,正渐渐成为养老院、医院、家庭等场合必不可少的工具。
目前的辅助移位设备大致分为四种:吊栏式、轮椅式、床板式、仿人式。
吊栏式辅助移位装置
吊栏式辅助移位装置(来源:百度)该机构底脚低,底部的两支腿之间存在一定的宽度,设计过程中考虑到该装置的占地面积,采用了一种联动机构实现两支腿的合拢、张开动作,方便使用对象的使用。同时该电动移位机具有良好的自锁性,基于人体工程学的设计采用了符合人体尺寸的式转运方式,即在转运过程中,使用对象位姿调整好以后,将吊袋合理地穿在使用对象身上,随着电动移位机的运动,实现使用对象目的地之间的转运。
该装置具有结构简单,操作简便,成本低廉,稳定性好等优点。由于该转运装置的使用对象是行动不便等人群,吊袋式的转运方式会增加使用对象的恐惧感,或多或少会产生一些心理不适的感觉。
轮椅式人体移位装置
轮椅式人体移位装置(来源:百度)在使用对象需要从轮椅到休息床移位过程中,护理者首先将轮椅推到靠近床身并与之平行的位置,然后向下压安装在轮椅侧面的手柄,调节轮椅的座位高度,使得高度与床面等高,此时使用对象只需往上抬动小腿,护理者通过将轮椅坐板向侧面滑移,即可实现使用对象的人体移位过程。
该移位轮椅采用了坐板滑移移位技术,只需一名护理工,就能轻松实现转运过程,操作简便,占地面积较小,适合家庭、养老院等场合。但该装置不适用一些因伤病难以坐起、全瘫的人群,使用场合具有一定局限性。
床板式人体移位装置
床板式人体移位装置(来源:[5])如上图床板人体移位装置由日本教授FumioKasagami设计研制,该转运装置与车体相互独立,安装设置在导轮推车上,其分为上下两部分,均安装有传送带,驱动方式为电机驱动。一方面,它能有效减少伤病的二次损伤痛苦;另一方面,也有效避免医护人员的搬运压力,在很大程度上提高了伤病员换乘的工作效率。
整体式移位技术能将行动不便的使用对象安全舒适地移动到目的场合,整个过程简单舒适,一气呵成,但由于床板面积过大的原因,床板全部插入人体部位以下相对于分离式转运床板会稍显困难。
仿人式辅助移位装置
仿人式辅助移位装置,由于其具有人形手臂,可以协助护工完成病患转移工作,在护工的指导、操作下进行举升;因其具有强大灵活的手臂,使患者在提升过程中感觉舒适,能满足患者心理需求,但这也是挑战最大的一种移位系统实现方式。
日本名古屋RIBA仿生控制研究中心ToshiharuMukai团队从年至今一直致力于开发相关仿人式辅助移位机器人;年IROS会议的VideoProc上RI-MAN机器人以视频播放的方式首次亮相,当时该机器人可以通过音频和视觉信息实时搜索特定的人,基于声音识别功能理解语音。外身被柔软的触觉传感器覆盖,可对外力的振幅和位置做出反应。
之后的工作里,RIKEN研究团队主要围绕建立评估人体舒适感的新模型与方法,来优化机器人抱人过程中的力与力矩大小,使得可以产生舒适的抱起姿态;以及对机器人与人接触点位、对不同用户从仰卧姿势到最舒适抱起姿态动作过程进行探讨。目前该款机器人已研发出了第三代Robear,被举起人员的最大体重为63公斤,变得更加轻巧与灵活,更智能的橡胶电容触觉传感器和力矩传感器也让Robear的托举更加温柔。
RIBA机器人抱人(来源:RIBA研究中心)韩国机械与材料研究所的DoohyungKim团队研发了一种用于救援行动的仿人抱起机械臂,其有效载荷约为40kg,每臂自由度为5度的双臂机械手,用于战场等地形恶劣地区的救援,驱动模块使用了电机、蜗轮蜗杆、齿轮以及连杆机构所组成的关节模块,控制部分用抗外界振动的鲁棒控制方法,如下图所示。该团队提出了一种用于救援活动的机械手运动学结构,并基于移动机器人实验获得的真实振动数据进行了动力学分析。通过动态仿真研究了机器人运动学和动力学参数,并根据分析结果设计了各工况下的关节模块。
仿人抱起机械臂(来源:[7])目前仿人移位机器人考虑到工作环境清洁的要求(液压驱动难以适用)较大的承载以及技术成熟度,往往采用电机减速器等刚性驱动,但其顺应性,在人机交互时安全性不高,较为依靠复杂的控制算法,但这种算法复杂的同时也带来更多难以估测的不确定性。同时基于成本等问题,难以推进市场化改进。
为了给老人提供更好的人性化服务、针对医疗康养行业对于移位设备的巨大需求,福祉科创一直致力于研发一套成熟的辅助移位设备。
研发人员创造性采用一种基于可变刚度的柔性驱动机械臂,能根据负载大小灵活调整改变各个部件气压大小,从而改变其刚度,极大地提高了柔性驱动机械臂的负载能力,做到安全性和实用性的统一。
研发已取得突破性进展,此前在亚洲国际动力传动与控制技术展览会上,福祉科创受邀参展基于柔性关节驱动的人体移位机械臂。
基于柔性关节驱动的人体移位机械臂福祉科创将继续推进柔性抱人机械臂的研发进展,让我们期待仿人柔性驱动移位装置问世的那一天!
[1]侍才洪,康少华,段秀兵,等.伤员转运机器人全向行走系统研究[J].自动化与仪表,,24(9):5-8.
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[3]徐方,张希伟,杜振军.我国家庭服务机器人产业发展现状调研报告[J].机器人技术与应用,(02):14-19.
[4]HongboWangandFumioKasagami.Careful-PatientMoverUsedforPatientTransferinHospital[A].IEEE/ICMEInternationalConferenceonComplexMedicalEngineering,,(5):20-26.
[5]刘华.医疗辅助移位机器人的研究[D].江南大学,.
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[7]ParkDI,KimH,ParkC,etal.Designandanalysisofthedualarmmanipulatorforrescuerobot[C]//IEEEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics(AIM).IEEE,:-.