基于“互联网+”的高端智能护理床设计研究

摘要：人口老龄化与人们生活水平的提高使高端智能护理床具有良好的应用前景。本文根据目前护理床基本使用手动操作、功能简单的现状，设计了一款具有电动抬背、侧翻、曲腿等功能并与“互联网+”相结合的智能护理床，完成了该护理床的本体结构设计；将负压洁厕装置以模块化的方式嵌入护理床中；利用互联网技术提供用户与外界方便实时的交流方式；基于传感器测量用户生命体征参数并实时上传，在大数据的基础上进行数据统计分析反馈，帮助用户更好地掌握其健康状况。

关键词：智能护理床；机构；负压厕所；“互联网+”

中图分类号：G632.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）23-0262-03

一、概述

2015年我国达到了人口老龄化的顶峰。家庭或养老机构的护理越发重要，护理床作为护理工具不可或缺，需求量巨大；另一方面，随着人们生活水平的提高，对护理床的质量和功能提出了更高的要求，智能化的高端护理床以方便使用、可减轻陪护人员数量和负担、实现人性化护理及多功能等优点逐渐受到人们青睐。然而智能化和高端的护理床相关的设计与研究在我国刚刚起步，与国外各种功能完善的智能护理床产品相比，我国护理床多数停留在手动操作、功能单一的技术水平。基于此，本文研究基于“互联网+”的高端智能护理床设计，在具备完善的抬背、侧翻、曲腿等自动化功能基础上，集成真空洁厕系统，保证了护理床的卫生，同时面向“互联网+”开发了一系列智能化功能模块，使产品更加人性化，更好地服务于用户。

二、护理床结构设计

基于面向高端、体现技术先进性和智能化的设计理念，本文设计的护理床采用模块化设计，可根据功能需要进行模块组合，并整合多自由度运动控制、人机工程、自动控制、智能通信等多学科领域新技术和实现方法。按照功能要求与设计指标，护理床的机械结构设计分为6个部分，分别是床板、床架、曲腿机构、侧翻机构、抬背机构及辅助机构。整机模型如图1所示。

床板主体结构采用不锈钢板材焊接，承载能力强，使用寿命长。如图2示，床板按功能分为10块，通过不同的联动实现相应的功能，在符合功能实现要求的前提下，将床板分为左右背板、中间背板、左右臀板、臀板连接板、小腿板和脚板、厕所板6部分。

所有床板均使用铰接，使用销轴连接在一起，各个床板均可以连轴转动，使整个床板组合成一个整体。其中脚板和小腿板连接在一起，接到床架上，形成一个独立的整体完成曲腿动作。剩余床板连接在一起嵌置于床架上，由床架和抬背支撑杆、左右侧翻连杆支撑平面，限制自由度。

床架的作用在于放置各个功能模块，为床板做支撑，是整床的结构骨架，在符合结构强度的要求下，尽量使结构紧凑。床架分为3层，第1层主要用来支撑床板，结合各个功能模块的连杆与加装上去的厕所支撑架，一起担负起支撑床板的作用；第2层是为了给各个功能模块的线型推杆安装用，第3层属于其他集成模块放置层，在这个层内，放置主要的负压洁厕系统的各种电机、污物箱以及水箱等其他附件。整个床架使用6061铝材制造。

实现曲腿功能需要床板的支持，由于使用者的身高、腿长有差别，因此采取坐起曲腿。这样会降低结构的复杂性，而且采取坐起曲腿也符合使用者的舒适性要求。在设计坐起曲腿时要求脚板应当时刻保持水平位置。设计时在使用一个动力源的情况下，使小腿板和脚板联动，使用平行四边形连杆机构实现。曲腿机构具有极限位置锁死机构，防止夹伤病人，在0到70度之间可以任意调节到最佳姿势，保证舒适感。

抬背功能是护理床的一个主要功能，抬背过程中考虑到安全性等问题，对机构的自锁有严格的要求，使用电动推杆作为动力，在平稳性和安全性上都能得到很好的保证，且结构简单，安装方便。抬背机构可实现安全倾斜角度内自由和定时翻身。清洁老人身体时，可以任意设置倾斜角度，同时翻身倾斜设置有安全角度与高强度护栏，确保老人身体与床体不会侧翻，保障安全。

辅助机构包含搬运机械臂（如图3）、安全防护栏（如图4）、餐桌（如图5）。搬运机械臂采用机械手，主要由支撑腿、刹车机构、机械臂和动力源电动缸组成，机械臂可上下升降。动力源电动缸具有断电、急停自锁功能，可保证安全搬移。搬运机械臂解决了被褥的换洗、卫生打扫和病人洗浴等挪移中的劳动力问题。安全防护栏采用可折叠式结构，根据病人的需要可以展开或折叠，可防止病人的滑落，起到保护作用。护理床拥有可以拆卸的餐桌，餐桌具有餐具稳定、饮料防倾斜、汤类防洒落等多项功能，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。餐桌可以在安全护栏上滑动。

三、负压洁厕系统设计

目前护理床基本都能够通过各种方式实现翻身起坐等基本功能，但在病人大小便问题上一直没有很好的解决方法。现有的带坐便器的护理床，大多采用简单的盆代替坐便器，在床进行翻身及起坐时由于角度的变化，会造成盆的位置变化，污染到床体的可能性很大。重要的是，该结构很难控制异味的扩散。

本设计参照飞机和高铁使用的坐便器原理，设计一种负压坐便器。由坐便器开启和关闭按钮控制坐便器盖子的开合，从而控制整个系统的工作状态。按下自动冲水按钮后集便器自动建立负压，增压阀将清水箱的清水通过清水管输送到坐便器完成5秒冲水动作，之后通过界面阀的打开联通坐便器与负压状态的集便器，完成污物排放。同时顺序启动自动冲洗系统和自动烘干系统。在冲水回路接通后于冲水前进行5秒冲洗动作，通过增压阀将热水通过冲洗喷头喷射到病人臀部达到冲洗目的。同时冲洗回路在座便器开启状态下可以单独控制。在冲洗回路结束后自动进入烘干回路，通过电阻丝加热高压气源的空气，通过烘干出风口作用于用户臀部，达到烘干作用。在座便器开启状态下同样可以单独控制。该系统三维模型如图6所示，由污物箱、清水箱、自动抬升装置、坐便器、真空发生装置、和增压气泵组成，以完成上述功能。图7为真空原理图。

四、基于“互联网+”的智能化模块设计

本护理床入智能化的设计理念，用模块化的方式将各个独立的模块结合到护理床中，根据用户的需求和需要自行删减，做到私人订制。其智能化主要体现在人性化设计和互联网的应用。通过基于开放式的人机交互系统android实现整个系统的操控，通过传感器实时或定时测量病人的各项体征参数，通过室内Wi-Fi将数据发送至云端服务器进行记录和备份，并通过比对生成一段时间的体征参数变化曲线，数据返回病人的病床，使其可以实时把握自己的健康状况。系统将记录病人的使用习惯并进行功能优化，使复杂的过程变简单，具有记忆功能。此外坐便器部分也采用全自动化控制，引入湿度传感器，针对一部分大小便失禁的用户做到自动如厕操作，大大减轻了护理人员的工作压力。

如图8所示，本设计采用7自由度的导杆连接的平板作为护理床的操作面板，面板运行Android系统，通过相应的APP操控全床的所有部件做相应的运动，操作平板相对于导杆为可拆卸结构，除软件控制外产品同样设有控制台，实现直接控制。

本设计集成了音频、视频及远程监控系统，同时具有生命体征参数测量共享功能。通过传感器测得用户实时的生命体征参数，在体征参数被测量的同时，数据将会保存在RAM中，在连通网络的情况下将被上传至云端，进行数据处理，并以可视化示图（如图9）的形式返回产品配套的APP中。信息传递的流程如图10所示。

智能护理床具有基于大数据的应用模式。通过该应用模式，智能护理床可将全国各地的用户的体征参数等数据统一存储到中控服务器中，通过数据比对和后处理，完成对用户身体状况的全方位数字化监测，将每一项功能量化为数值，保证其精准性。通过处理后的数据帮助用户调节饮食及生活状态，促进用户拥有更加健康的生活，提升其生活品质。

五、总结

本文根据我国目前护理床产品低端、功能严重不满足用户需求的现状，设计了基于“互联网+”技术的高端智能护理床，对床体各功能模块进行了结构设计；设计了智能护理床负压洁厕系统；给出了集音频、视频及远程生命体征参数监控于一体的智能系统设计。立足于“互联网+”的智能平台，本护理床是对现有产品的重大变革，是未来护理床产品的必然技术方向。

参考文献：

[1]刘倩倩.多功能护理床的结构设计与力学分析[D].北京：中国地质大学，2011.

[2]晋新敏，梁兆培.基于行动障碍的老年人家用护理床的设计研究[J].湛江师范学院学报，2014，35（3）：76-80.

[3]胡绍忠，洪云.多功能护理床的机构设计与动力学分析[J].科学技术与工程，2012，12（36）：9937-9941.

[4]陈磊，朱淑云，张华，刘继忠，聂强.多功能护理床抬背机构设计与仿真[J].机械设计与制造，2013，（9）：94-100.

[5]张春彬.智能翻身护理床造型设计研究[J].机械设计，2014，31（4）：120-122.

[6]秦辉，曹燕燕，周丽杰，董蓓蓓，刘艳霞，刘钰，马艳丽.全自动废水坐便器的设计[J].工程设计学报，2010，17（2）：151-154.

[7]周传记.MD_90飞机真空废水系统设计[J].民用飞机设计与研究，2000，（02）：27-30.

[8]李F，周敬宣，温兴锁.铁路列车真空厕所系统设计[J].真空，2010，47（4）：100-103.