床椅一体化多功能护理床_实现卧床老人生活自理的梦想_胡木华

应，更降低了产品成本。 a. 分离对接方式：激光雷达对接；巡线对接。 b. 独创分离方式：开门式；旋转座椅式；旋转底盘式。
时间
碰撞传感器
巡线传感器1 巡线传感器2
图 2 床椅自动对接
该多功能床椅一体化系统既可自动从护理床变形为 轮椅，又可从轮椅变换回护理床。在护理床状态时，通过 语音控制可以实现翻身、抬背与曲腿等功能，其机械结构 如图 3 所示。
口主要体现在两个方面：养老机构内床位数量不足以及专 业护理人士的人数不够，并且养老服务专业度不高，这些 现状都与老龄化的问题形成了巨大的矛盾。发达国家的养 老服务机构的床位能够供 5%-7% 的老人入住。在中国， 床位数仅能满足 2.35% 的老人的需求，这样的数量显然难 以满足需要。以北京为例，目前全市养老床位数约为 6.5 万张，仅能供约 2.5% 的老人入住。北京市统计局的调查 显示，31.6% 的被访老人表示可能会选择入住养老机构。 从四季青敬老院调研得知，养老机构内部每位护理人士照 料 10 位左右的老人，其中还包括 3-4 位完全失能老人，2-3 位半失能老人。护理人员紧缺。
Feature 特稿连载
床椅一体化多功能护理床
——实现卧床老人生活自理的梦想
胡木华 刘静华 陈殿生 王田苗 （北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京，100191）
摘要：针对失能老人的自理生活需求，开发模块化、可变形的床椅一体化多功能护理床：有效实现床椅转换与自动对接、抬背 与曲腿及翻身等多种功能；配备血压、脉搏和体温等生理参数监测及报警系统、网络视频娱乐、吃药提醒、与远方子女进行视频交流 等。在四季青敬老院示范应用中，该床大大减轻了护理人员的负担，扩大了失能老人的活动范围和独立生活能力。
3.3 适用人群 a) 面向卧床的老年人：自理或半自理解决褥疮翻身、 大小便自理、精神孤寂等问题。 b) 行动不便的住院病人：自主控制床椅分离、去卫生 间大小便自理等。 c) 下肢瘫痪的残疾人：从卧床状态转移至移动器具， 如轮椅上时，必须有护理人员的抱起搬动，而且转移时还 有跌落的危险。该系统不需要在人床与椅之间的变动，通 过自动进行床椅转换来实现，扩大了残疾人的活动范围， 提高其生活自理能力，减轻了护理人员的劳动强度。 3.4 功能特点 a) 具有抬背、曲腿和翻身的多功能护理床基本功能。
关键词：服务机器人，床椅一体化
1. 背景 1.1 人口老龄化现状 截至 2012 年底，中国老年人口数量达到 1.94 亿，比 上年增加 891 万，占总人口的 14.3％。2013 年，老年人 口数量将突破 2 亿大关，达到 2.02 亿，老龄化水平将达 到 14.8％。老年人口的高龄、失能和空巢化将进一步加剧 应对人口老龄化的严峻性和复杂性 [1]。首先，高龄（75 岁 以上）与失能老年人口继续增长，年增长率超过 100 万， 今年将分别达到 2300 万人与 3750 万人；其次，慢性病与 空巢老年人持续增多，到今年均将突破 1 亿人大关；再者， 无子女老年人和失独老年人开始增多，由于执行计划生育 政策的一代陆续开始进入老年期，加上子女风险事件的发 生等因素，无子女老年人越来越多。2012 年，中国至少 有 100 万个失独家庭，且每年以约 7.6 万个的数量持续增 加。 老龄人口的持续增长，无法完全自理老人越来越多， 均对社会服务的需求越来越大。据估计，老龄化问题将伴 随 21 世纪始终，2050 年到 2100 年期间，老年人口将维 持在 4 亿人左右，占总人口比例的 30%[2]。因此，当前必 须加以足够的重视并立即采取行动，才能够应对老龄化所 带来的未富先老、未备先老以及孤独终老的问题。 1.2 养老服务缺口 老龄、失能、慢性病、空巢、无子以及失独老年人口 的持续增长引起对专业老年护理的需求激增，养老服务缺
2.1 设计路线 a) 实地考察调研。设计团队前往四季青敬老 院、国家康复辅具中心及北京航空航天大学老人 社区进行实地考察调研，以访谈、发放调查问卷
项目
身高 站姿 肩高
胫骨点高 坐高 肩高 坐姿 膝高 坐深 小腿加足高 胸围 体宽 肩宽 臀宽
老年男性
老年女性
P5
P50 P95 P5 P50 P95
1536
b) 从人机工程学以及老人护理学的角度进行调研设 计，以保证安全性、实用性和舒适性。具体来说，从人体 测量学出发，研究老年人的机体变化，并通过人体变化率 推算出老年人人体尺寸数据，如表 1 所示，用以辅助确定 产品尺寸。结合国标相关规定，确定 e-Bed 整体尺寸， 长 × 宽 × 高：2030mm×950mm×540mm。 其 中 轮 椅 部 分尺寸：座深即座面的前后距离，应能保证臀部得到全部 支承，其深度一般相当于大腿全长的 3/4，按标准取 400430mm；座宽即座面的左右距离。座宽要满足臀部横宽所 需要的尺度，应大于 400mm，并小于国标中规定的居家 使用的极限 650mm。座高应考虑坐姿膝盖
的高度，合适高度为 430mm 左右。
表 1 中 P5、P50、P95 分别代表第 5 百
分位、第 50 百分位及第 95 百分位的人群。
护理床
床体一部分变为轮椅 图 1 床、椅转换与分离过程
床椅分离
Robot Technique and Application2013.2 43
Feature 特稿连载
c) 语音等多模式人机交互技术： 语音控制，实现宜人化交互操作。e-Bed 以床椅互换 为平台，设有生活、康复、医疗、信息四类功能模块，并 细分出如厕系统、清洁辅助、尿湿报警、腿部康复运动、 吃药提醒、生理参数检测、视频聊天等功能模块。通过添 加不同的模块而形成的动态产品模型，可针对不同用户快 速配置出满足其个性化需求的产品。当某个功能需要升级 或研发出新的功能时，用户仅需对相应的功能模块进行更 新操作，不影响其他功能的使用。 d) 技术与艺术造型设计的一体化融合： 结构简单、符合人机工学，人、机和使用环境和谐自 然。如图 8，四款护理床在床头板以及护栏的设计中，考 虑到老人行走、坐下以及站起都有可能需要借助其他物品， 才能更好保持平稳，因此皆有镂空，以形成符合手扶持的 形态；e-Bed 表面粗糙度也符合防滑的标准，并且手感舒 适。e-Bed 本着造型友好的理念，多使用以下几种元素： 水平形体和线条（安全、稳定感），竖直形体和线条（挺 拔感），如图 8 e-Bed Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 床头板及床边护小角度 圆角（严谨感），多部位倒角，手感圆滑，并能防止意外 发生，提升安全性；大圆角（柔和、亲近感）如图 8 e-Bed A 床头板。
图 6 大小便处理过程
d) 具有网络信息交互的系统：实现吃药提醒、远程视 频交流以及生理参数监控检测功能。
图 7 网络信息交互系统
3.5 特色与技术创新 a) 床椅一体化设计创意： 床椅互换，有效解决了卧床人士在床和轮椅之间自理 转换的难题；e-Bed A 在设计中，集成了如厕模块，解决 了老人由于生理机能退化行动困难、如厕不便等问题。在 原始状态下，e-Bed 以护理床的形式存在；当需要出行时， 一键操作便可实现床体向电动轮椅的转换，并轻松出行； 当需要如厕时，同样是一键操作便可实现。 b) 床椅分离与自动对接技术：
该床还配备了血压、脉搏、体温等生理参数监测及报 警系统、网络视频娱乐与吃药提醒系统等，可以与远方的 子女进行视频情感交流；在轮椅状态时，通过手柄控制轮 椅可以在卫生间、室内和走廊等空间进行移动，进行大小 便自理，也可自动寻路对接回床的功能。
3. 设计成果 以“模块化可重构”为设计理念的床椅一体化多功能 护理床，兼顾了人体工程学的需求，实现人性化操作；结 合艺术美感与工程美感，保证安全性与稳定性，经过四代 的不断优化设计，获得了一定的学术研究成果。更重要的 是：满足老年人切实需求的护理产品，必将影响未来老年 人生活的模式和概念，引导助老机器人产品发展的新潮流。
1628 1701 1441 1523 1591
1243
1326 1392 1159 1233 1293
397
431 458 366 398 424
832
881 919 785 829 963
540
580 612 502 539 567
442
478 507 411 444 470
408
443 471 389 420 447
图 4 抬背、曲腿和翻身
b）具有床椅转换、自动分离与对接的功能：可自己 操作，在保持安全舒适的姿态下，变形成床或轮椅，解决 了在床和移动器具之间自理转移的难题。
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特稿连载 Feature
图 5 床椅转换、自动分离与对接
c) 具备大小便处理功能：在座椅下部设置电动的大小 便升降机构，轻松解决卧床人士如厕的问题。
d) 优化设计与应用示范。样机经过验证，总结经验与 不足之后，再进一步优化设计，最终实现产品化，并前往 北京四季青敬老院进行应用示范。
2.2 构成与工作原理 床椅一体化多功能护理床主要由床体、座椅、信息与 控制系统四大部分组成，床椅转换和自动对接如图 1、图 2 所示。经过四代产品的技术探索，e-Bed 不断改进，床 椅分离、对接技术已得到成熟的研究成果，性能稳定。为 适合不同格局的室内环境，有不同的对接分离方式与之适
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2. 创意设计
表 1 老年人人体尺寸（单位：mm）[4]
该项目研究团队所在的北京航空航天大学机 器人研究所，拥有先进的技术研究设备与仪器， 在护理机器人的研究上有深刻的认识和丰富的经 验。研究团队人员由机电控制、机械设计和工业 设计等不同专业方向人士组成，可从不同专业角 度来审视问题，并相互协作完成该项目目标，实 现技术与艺术的融合。
3.1 系列产品展示
名称 e-Bed Ⅰ
e-Bed Ⅱ
表 2 系列产品展示
图片
功能 翻身、抬背、抬腿曲腿曲腿
床椅互换 自动分离对接
信息系统
e-Bed Ⅲ