老人辅助站立及移位机系统

老人辅助站立及移位机系统摘要在现实中，有下肢运动障碍的老人占有很大比重。护理这些老人具有很大难度，特别是在床和轮椅之间的移位加大了医护人员的劳动强度。因此本课题针对下肢肌力不足老年人的需求，面向公共养老机构或家庭，开发和研制老年人使用的低成本辅助站立及移位的低成本设备，为老年人提供辅助站立、身体移位和站立康复训练的护理服务。起坐困难是体弱的老年人必须面对的日常生活问题。起坐方式的确定、辅助站立机构的人性化设计以及安全保护是本项目需要解决的主要技术难点之一。有下肢运动障碍的老年在站立时都很缓慢，辅助站立移位机的控制系统必须保证整个设备在运行过程中的柔顺性，安全性和可靠性。因此，编写具有柔顺性、可靠性的控制算法是本项目的技术难点之二。老年人辅助站立及移位机采用自动控制、人机工程学等先进技术。本课题研发集老年人辅助站立、位置转移以及站立康复训练于一体的高技术产品，为患有下肢活动障碍的老年人提供辅助站立以及站立训练，床和轮椅之间、卧室和浴室之间的自由移位等多种护理服务。在满足简单实用、安全可靠、轻便等要求的基础上，机械系统需要拥有保证老年人的辅助站立时平稳的提升/下降、转运等动作功能。整个控制系统应在实现基本功能的基础上，具有安全、稳定、可靠的性能，并需要考虑在断电情况下的紧急制动情况。此外，本课题仍需要研制集成的辅助站立及移位机原理样机，需要进行实验验证其功能的可靠性、安全性评估，实现产品的示范应用及定型。我们的创新点在于：提出一种适用于老年人的辅助站立与移位为一体的助老设备，该设备具有新型、实用和低成本的特点，为老年的辅助站立和移位提出一种解决方案；但本课题的核心是辅助站立移位机的控制系统必须保证整个设备在运行过程中的柔顺性，安全性和可靠性。关键词：辅助站立；位置转移；站立康复训练；自动控制；人机工程学。AbstractNowadays,theelderlywithlowerlimbmovementdisorderaccountforalargeproportion.Takingcareoftheelderlyisgreatdifficult,especiallymovingthembetweenbedandwheelchair,whichincreasedthelaborintensityofthemedicalpersonnel.Therefore,thetaskoftheelderlywithlowerlimbmusclestrengthisdemandedbypublicpensioninstitutionsorfamily.Theinventionanddevelopmentofthelow-costequipmentwhichcanassisttheelderlystandingandwalkingareexactlywhattheywant.Sittingdifficultistheproblemtheelderlymustfaceindailylife.Thewaytheystand,auxiliarystandingmechanismofhumanizeddesignandsafetyprotectionareproblemsthatthetaskneedstosolve.Theelderlywithlowerlimbmovementdisorderalwaysstandveryslow.Auxiliarystandingcontrolsystemmustensurethattheequipment,intheprocessofcompliance,safetyandreliability.Therefore,keepingtheprogramfromaccidentsisoneofthetechnicaldifficultiesinthetask.Theelderlystandingandshiftmachineadoptsautomaticcontrolling,ergonomicsandotheradvancedtechnology.Itisinventedasaincorporateproductwhichcanassisttheelderlyinstanding,walkingexercise,andshiftingfromaroomtoanother.Basedonreliable,safetyandlightweight,thesystemneedstomakesurethefunctionsrunningsmoothly.Oncethebatteryhaswornout,themachineshouldbeabletokeeptheownersafe.Besides,asampleisalsoneededtoassessthereliabilityandthesecurity,andcheckoutthefunctions.Ourinnovationliesinputtingforwardareliable,incorporateequipment,whichcanassisttheelderlyinstandingandshifting.Theequipmentisnew,practicalandlowcostcharacteristics,andit’salsoanewsolutionfortheelderly.Auxiliarystandingtransfermachinecontrolsystemmustensurethattheequipment,intheprocessofcompliance,safetyandreliability.Keywords:auxiliarystand;positiontransfer;standingrehabilitationtraining;automaticcontrol;ergonomics.目录第一章绪论......................................11.项目目标与任务需求分析..........................11.1项目目标......................................11.2任务需求分析.................................12．项目主要技术难点、重点和创新点....................23．国内外现状........................................2第二章研究内容..................................31.辅助站立及移位机机械系统设计.......................32.辅助站立及移位机控制系统设计.......................33.人机工程学设计.....................................44.系统样机的可靠性、安全性研究.......................4第三章技术路线..................................41.工作原理...........................................42.辅助站立及移位机机械系统设计.......................53.辅助站立及移位机控制系统设计.......................64.人机工程学研究.....................................8第四章创新点...................................10第五章预期目标.................................10第一章绪论1．项目目标与任务需求分析1.1项目目标由于下肢肌力不足，很多老年人不能像正常人一样站立和坐下。在现实中，这类有下肢运动障碍的老人拥有庞大的人群，,特别是在床和轮椅之间的移位也加大了护理医护人员的劳动强度。本课题针对下肢肌力不足老年人的需求，面向公共养老机构或家庭，开发和研制老年人使用的低成本辅助站立及移位的低成本设备，为老年人提供辅助站立、身体移位和站立康复训练的护理服务产品。1.2任务需求分析当前，我国已经步入了老龄化社会，60岁以上人口已经超过了1.49亿，占全国人口的11%。据估计，从2020年开始，中国将步入严重老龄化阶段。2050年，中国将步入超高老龄化国家行列，60岁以上人口将占到人口总数的30%。人口的老龄化对劳动力市场、医疗资源、社会保障等社会诸多方面带来巨大压力。由于社会、经济的转型、急速增长的老龄人口使得家庭养老功能弱化，急需养老院、福利院等公共养老机构，但老人服务行业和服务产品发展相对滞后，难以满足庞大的老年人群的服务需求。全国约有1400多万老年人要求进入老年福利机构养老，无论在养老院或家庭，具有下肢运动障碍的老年人的坐姿与站姿转换，移位都是一个难题。目前，辅助站立及移位设备在国外已有研究并出现了一些产品，但价格昂贵，国内用户很难承受。国内也有少量类似产品问世但缺乏人性化考虑，使用不方便，很难推广。总之，而目前市场上这类能降低护理人员劳动强度的设备远远不能满足需要，且功能过于单一、自动化水平和安全质量问题亟待解决。因此，从我国社会养老服务的实际需求出发，开发老年人辅助站立移位机系统能够切实提高具有下肢运动障碍的老年人的生存质量，让他们感受到社会的关爱，实现我国2015年“人人享有康复服务”的国家战略目标和社会协调发展。解决人口老龄化等带来的重大社会服务问题。2．项目主要技术难点、重点和创新点（1）人性化的辅助站立机构优化设计研究起坐是体弱的老年人必须面对的日常生活问题。起坐方式的确定、辅助站立机构的人性化设计以及安全保护是本项目需要解决的主要技术难点之一。新颖、实用、低成本的辅助站立移位机构设计是本项目的创新点之一。（2）柔顺化的辅助站立控制算法研究有下肢运动障碍的老年在站立时都很缓慢。辅助站立移位机的控制系统必须保证整个设备在运行过程中的柔顺性，安全性和可靠性。因此，编写具有柔顺性、可靠性的控制算法是本项目的技术难点之一。3.国内外研究现状国外发达国家在老年人、残疾人护理方面研究起步较早，具有较高的水平，也出现了一些高技术产品。美国弗吉尼亚大学在2001年提出了一种叫做PersonalMobilityAid的装置，如图1所示是一种三轮的智能型辅助站立及步行支持机，该系统加装了各种传感器如激光测距仪、红外传感器等用于运动中避障。图1弗吉尼亚大学的PersonalMobilityAid系统麻省理工学院在2003年提出了著名的PAMM系统，如图2所示，包括智能型步行支持机和SmartCane两套装置。该系统利用力觉传感器作为主要的输入接口，驱动系统底部的主动轮，可以实现帮助使用者行走的功能。图2美国麻省理工学院的PAMMSmartCane和SmartWalker系统由于一些国家的法律规定主动式机器不能随意使用，因此一些研究者发明了被动式智能辅助站立及步行支持机，主要代表为日本东北大学Hirata等人提出的RTWalker系统。该系统利用被动式的车闸调节机器人的动力学特性，具有防止操作者跌倒的功能。图3日本东北大学的RTWalker系统由于步行支持机一般体积大、重量也大，不便携带以及在狭窄空间运动，一些研究者也提出了小型化版本——智能拐杖系统。如上所述，麻省理工学院提出的PAMM系统中就包含有SmartCane智能拐杖系统。但是SmartCane不能实现任意全向运动，为改进这个不足，项目组主要成员黄剑博士和日本的福田敏男教授在名古屋大学于2007年底提出并设计了智能全方向拐杖系统，图3所示。图3日本名古屋大学的IntelligentCane系统目前国内销售的产品，大多代理国外品牌，在技术方面没有自主知识产权，缺少核心竞争力。目前,我国辅助站立及移位产品的总体水平和应用规模方面落后于西方发达国家