新型智能护理床

智能护理床是一种能够帮助家人或者医生更好的护理老人和病人的工具，不仅能够极大的节约人们的时间而且能够更好的狐狸需要护理的人。

目前，人们生活水平越来越高，大家也越来越开始关注老人的身体，对于自己父母目前所使用的产品，不管是什么物品，大家都会去考虑它的实用性和功效性，以此最终决定购买的产品类型。而智能护理床非常适合家庭使用，也很适合医院采购，因为这款床在设计上是根据病人长时间卧床不起而打造的，为的是让需要的人们能够很好的减轻身体的负担,获得舒舒服服的身体体验。

这种床使用的时候十分方便,可以自由方便的起背调高放下，这样当病人无力起来的时候，不用道过手的帮助，只需要简单的摇下开关，就可以把背部抬升，从而方便了大家熙顾病人，病人也可以舒服的享受。当然智能护理床的功效不只这些，目前有些它是集娱乐为一体，可以说十分适合那些喜欢享受生活的人，也适合那些年老的人，这款床实用性十分的强大，应用也非常的广。文章中的智能护理床具有它独特的优势，它的优势关键在于方便和功能齐全，特别适合行动不便的老年人，不管从哪个方面来看都是不错的。躺在这样的一张床上，你可以享受着身体的放松，还能够实现基本的生活自理，还时常可以把床的起背高度调整，让老人不至于保持一个姿势，这样老人就可以享受着生活，而不是痛苦的活着。

每一个产品它的出现都不是横空过市，它都是经过深入调查，从消费者接受程度各种方面经过谨慎考虑最终研发出来，智能护理床在未来都有着广阔的前景，因为它在设计的时候充分考虑到消费者的喜好，一个产品的成功，必然离不开技术人员的研发创新，这放床之所以可以在市面上受到不管足来自医院的购买，还是家庭，或者其他一些休闲场所的购买，这都源于它的实用性。

1.2人口老龄化带来的机遇与问题 

随着经济的发展、我国当今面临着严重的人口老龄化现象 ，近几年老龄人口占比显著提升。从前几次普查结果来看，我国 65 岁以上（一般被 视为老龄人口）人口占比虽然持续提升，但每十年间增幅一般不超过两个百分点。但 据本次普查，老龄人口占比不仅首次突破 10%（达到 13.5%），而且增幅高达 4.63 个 百分点，显示人口老龄化正在加速。

我国将面临着空前的医疗资源挤兑，人口的老龄化势必带来的是对医疗物资、护工人员的急剧需求，这关乎中国的每一个家庭，经济的发展，国家的伟大复兴，离不开对这一问题的解决，因此在科技迅速发展的今天，智能护理床可以十分合理的缓解这一问题，在可以预计的将来，医用、家用智能护理床在社会上的需求愈发强烈。

此外，由疾病及事故造成的残障人士的护理康复需求也日益凸显。老龄化的严重加剧和庞大的卧床患者数量给医疗资源和护理工作带来严峻挑战，进而导致护理质量的不足及护理效率低下。

本质上看，积极应对人口老龄化无外乎两条思路：一是高度重视少子化问题，建立长期、包容和全面的人口政策，提升生育意愿;二是建立健全相关政策体系和制度框架，化解老龄化带来的矛盾与问题。然而，目前无论是制度层面，还是政策应用层面，少子化问题引发的重视程度，明显强于围绕人口老龄化所引发的关注。而国内外的实践证明，解决少子化问题的个体、家庭因素强于社会因素，解决人口老龄化问题则社会因素强于个体、家庭因素。我们必须在充分意识到这一问题对社会发展重要性的基础上，适时出台一系列行之有效的“迎老化”“适老化”具体举措。而与这些举措提出、论证、比较和试行相关的老龄化应用性政策研究的相对不足，恰恰成为影响这些举措提出和实施的重要因素。

因此解决老龄问题是目前的重大问题，老龄化的现状需要我们准备多数护理床来给予老人应得的基础生活问题。

1.3本章小结：

本章主要介绍了新型智能护理床建设的现状以及原因，和人口老龄化带来的护理床的功能以及数量品质的需求。之后将介绍新型智能护理床的建模和组装。

2、市面智能护理床的分析

们观测了市面上已有的智能护理床，根据他们的缺点进行了一系列的改良，并且在很多结构上大胆的创新发展。

欧美、日本等少数的发达国家对多功能护理床研发较早，研制时间较长，机械结构设计较合理，功能配置较齐全。经过长期发展，国外部分企业已具备批量生产多功能护理床的能力，如日本的松下公司、八乐梦公司，美国的 Stryker Medical 公司、Hill-rom

公司等。现阶段国外主要利用传感器技术、互联网技术和先进科技产品研制高端智能护理床，如Hill-rom 公司设计的护理床（如图 1 所示）。国外众多科研机构针对下肢存在运动障碍，不能独立上下床、室内行走的一般卧床患者，设计了可由床转换成轮椅多功能护理床。同时，该类护理床还配备了部分其他辅助功能，患者可根据自身实际需求程度进行相应选择。

日本Murate Machinery公司研制了一款多功能电动遥控护理床，该床分为主床体与电动轮椅2个部分，电动轮椅嵌于主床体内部，患者平躺时，轮椅与主床体嵌合成一个平面；患者坐起时，轮椅平面脱离主床面，收缩变形成坐姿形态，此时患者可以乘坐该轮椅离开床体，四处活动，分离后轮椅相对较小，运动灵活。美国公司早期生产了一款床和轮椅相互融合的护理床，如图2所示，患者可以通过人机界面控制该护理床转变成轮椅，辅助卧床患者户外活动。长期卧床患者需经常变换体位，护理人员工作 量大、劳动强度高。为使患者得到更细致的照顾，减轻护理人员劳动强度，众多研发机构设计了具有多体位变换的护理床。同时，设计人员为帮助患者远离褥疮，还在多功能护理床上添加了相应辅助功能。德国弗尔克公司生产了一款多体位变换的多功能护理床，该床安装了射频识别装置，在患者需要照顾时能自动提醒护理人员，方便护理人员及时满足患者的需求，使患者得到更加细致的照顾。

(图一）Hill-rom公司设计的护理床      

（图二） Devicelink公司研制的护理床

2013 年，胡木华等开发了E-bed系列多功能护理床（如图三所示），具有辅助支背、屈腿及翻身等多种功能，还可自动转换成轮椅，在床椅分离后，可由遥控器控制座椅的移动，利用碰撞传感器和巡线传感器可以实现两者的自动连接；同时该护理床还安装有血压、体温等生理参数监测及报警系统，可对患者进行实时监测；其安装的智能液晶显示屏可以供患者进行多种互联网操作；而且该护理床突破了传统护理床的设计理念，对已有产品的特点进行了综合，集多种护理功能于一身，方便使用。

（图六）

2014 年，Ma等设计的护理床如图四所示，其安装有按钮、语音和远程操作等多种控制系统，控制模式多样，且该护理床的传动系统均采用电力驱动，充分减少了护理人员的工作量。

（图七）

2015 年，刘继忠等研发了一种安装有音视频远程监护系统的多功能护理床（如图五 所示），该床可以帮助护理人员对卧床患者进行远程音、视频交互，生理参数采集，信息数据管理等，充分发挥了现代互联网的高科技性能。

（图八）

尽管市面上的智能护理床已有很出色的功能，但任然有部分不足：

（1）智能护理床造价较高，造价较低的却又不够智能。高端护理床推广较慢，主要是价格高，设计生产者要充分利用现有资源，努力降低生产成本，使价格亲民，促进产品快速投入市场。

（2）护理床产品使用者多，个体之间存在差异，若想满足大多数使用者的要求，设计生产者就要从细节出发，做到更加人性化。无论是护理床的外形尺寸还是功能属性都要充分依照人机工程学的相关标准进行设计，使其符合大多数使用者的使用习惯。

（3）辅助排便功能不够完善，解决卧床患者的排便问题是护理人员以及卧床患者的迫切需求。市面上普遍在排便功能有所欠缺，不够完善。

（4）在生活生产娱乐等功能上有所欠缺，应该在智能护理床上多功能模块化的设计多种娱乐设施，根据患者需求配备相应的娱乐设备。

（5）生理参数的检测上任有不足，可以加强全方位对人体数据进行分析，使得医生可以第一时间观测到人体数据的变化，尽早为患者进行治疗。

（6）姿态调整的缺失，市面上的智能护理床大多集成化程度不高，将护理床转为轮椅形态，并且能够智能排便是一种奢望。

（7）模块化程度不高，不能够根据不同患者的实际需求实现不同功能的拆分，使得智能护理床在价格上更加亲民。

（8）根据以上情况，我们在这些功能上都有一定的体现，集成化程度更高、并且兼具模块化、使得智能护理床可以在客户的需求情况下，装配不同的组件实现不同的功能。

3、智能护理床的结构与实现

智能护理床主要分为悬浮床和护理床两个部分各有各的的功能。

3.1悬浮床（清洁模块）

如图所示：此装置就是我们建模出来的悬浮床。

3.1.1液体的选择

我们知道任何物质都有密度，在气体和液体等流体中，密度越小的物质，就越浮在上面，越重的物质就越沉在下面。

纯水的密度在1个大气压4℃时为1，也就是说密度为1g/cm^3；而人体密度约1.02g/cm^3。这看起来是差不多的，因此理论上人体是能够浮在水中的，有一些水性好的人就可以静静的浮在水面一阵子。但人体既然和水的密度差不多，甚至有那么一点点多，只能浮在“水中”，而不是水面。由于人要呼吸，人浮在水面还要把鼻子露出水面，这就要求人体比水密度小一个相当的量。

盐的密度为2.165g/cm^3 ，显然比水和人体比重都要大，因此人躺在盐上面当然就不会下沉了。这里面有一个物体形态问题，固体即便密度小，也能够承载密度大的物质，比如干木头木板、软木等等，这些物体都能够浮在水面上，但人也可以躺在上面。

但密度大的物质，即便成了液体，同样也还能浮起相对密度小的物质。

比如汞（水银）的密度为13.6g/cm^3，因为汞的熔点很低，为-38.87℃，因此常以液态呈现。在这种高密度液体中，你把密度19.26g/cm^3的黄金放入，它就会下沉，而把密度 10.50g/cm^3的白银放入，它就会漂浮在汞的液面上。

因为水的密度和人体差不多，本来人就可以漂浮在水中，只不过不能够稳定的露出头来呼吸罢了。如果把能够躺在液面上不下沉，甚至可以自由的呼吸才算是浮起来，就要增加水的密度。

如图所示：认识可以浮在死海上

     我们的这一个装置就是按照死海的特性来使人浮在水面上的。

死海就是因为含盐度极高，密度大，才能够浮起人来。

死海位于以色列、巴基斯坦、约旦等国家交界处，实际上是一个湖泊，在世界最低海拔出，海拔高度为-430.5m。它之所以成为死海，是因为那个地方气温高，且降水量极少，每年进入死海中的水都只能够蒸发，长年累月矿物质和盐分积淀，海水含盐量就越来越高，是世界其他海洋盐度的8.6倍。一般海水含盐量在3.5%左右，死海的含盐量达到了23~25%。

而饱和盐水含盐量只有26.47，也就是每百毫升水中最高能够溶解的盐为36克。饱和盐水的密度达到1.33g/cm^3，死海含盐量已经接近饱和，这样死海的水密度达到了1.25~1.29g/cm^3，当然就能够把人浮起来，可以躺在水面呼吸了。

不过在这样高的盐度下，又严重缺氧，那里的生物无法存活，岸边连草也无法生长，因此叫它“死海”恰如其分。不过适者生存，死海里也有些微生物菌类藻类活得很快活，比如有一种红色“盐菌”就繁殖得很旺盛，把海水都染红了，每立方厘米竟存活有2000亿个。

在浴缸里，只要把水的密度调整到足够高，就能够把你浮起来。加盐当然是一个很不错的选择，因为盐的密度大，溶解度高。如果你能够调制出饱和盐水，就会比死海浮力更大。

在实验过后发现只要按照1吨水放入360kg的盐，最好多放点，就能制备出饱和盐水。然后你就可以静静的躺在上面，不用万里迢迢背井离乡颠沛流离的前往死海，就能享受那种漂浮的死亡气息了。

3.1.2悬浮床的床位

在床位上我们设置了多个孔可以防止人体因为人体后被的挤压导致人的后背吸附在床位上以至于难以分离。设计的床位可以进行认为在水面上的移动和翻转更适合老年人的活动防止老年人因为骨质的原因伤害到老人。

悬浮床对老人的翻转更加的容易，因为是浮在水面上所以不需要接触过多的硬物从而保证对老年人的身体进行保护。

悬浮床中的液体具有自动更换清理等功能，可以从下方的水管进行工作。

密封圆柱面玻璃面板

（保持清洁环境卫生并有效清洁）

整体装置可自动清洁本身，无需人工清洁

水位控制及排水装置

左边为安装状态

我们采用水位控制开关原理--电极式

原理如下：电极式水位开关由一次电极式传感器和二次控制器组成一体式测量系统，液位开关安装在容器的顶部或容器的壁上，电极插入液体。以单电极供液型控制为列。测量时，电极上通有交流信号电压，当液位上升接触到电极时，电极间就有交流信号电流流过从而产生液面信号，控制板接收到液面信号后，进行整流、滤波、放大等处理，最后转换成继电器闭合触点输出或标准电流16mA输出给用户使用。当液位下降离开电极时，电极间就没有交流信号电流流过，控制板接收不到液面信号，继电器又恢复成释放状态或标准电流又回到8mA。因此通过液体与电极接触与不接触，继电器吸合与不吸合或电流大小，就能正确测量出液位高低位置。用户可以使用继电器触点或输出电流与外部设备联系，实现液位的自动控制。电极式水位开关有个缺点是：如果电极探头有水垢，就容易产生误动作或者不动作。

3.2日常起居床（日常起居模块）

2.2.1智能机械手臂

智能机械手臂（可自动切换工具头）

手臂可切换工具头

执行机构的组成：

1、手部

与需要操作的物体接触的部件，有夹持式手部和吸附式手部。夹持式手部由手指或手爪和传力机构组成，传力机构类型比较多，有滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。

2、手腕

连接手部和手臂的部件，主要用来调整抓取物件的方位。

3、手臂

是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。通过与驱动装置的配合，就可实现各种不同的动作。

4.驱动系统：

驱动系统是驱动执行机构运动的动力源。由动力装置、调节装置和辅助装置组成。一般有液压传动、气压传动和马达传动。

5.位置检测装置： 

位置检测装置主要是传感器组成，控制系统通过传感器反馈的信息，就可以实现对机械手臂实现每个自由度的运动方式，形成稳定的闭环控制。

2.2.2侧面翻身装置

侧面翻身装置

侧面翻身装置利用了传送带和翻折，将人传送到传送带上进行泛着传送带的滚动从而达到翻身的效果。

翻身装置的床面履带布可调节松紧

传送带因为使用久了可能会导致传送带的松动可以利用这个伸拉进行送进的调正。

万向轮

实际上是运用了力的分解原理，它的转轴的中心点与轮子的转轴不在同一直线上它才能转向。具体来说，万向轮指安装在脚轮轮子的支架能在动载或者静载中水平360度旋转，就是所谓的活动脚轮，脚轮是个统称，包括活动脚轮和固定脚轮。固定脚轮没有旋转结构，不能水平转动只能垂直转动。这两种脚轮一般都是搭配用的，比如手推车的结构是前边两个固定轮，后边靠近推动扶手的是两个活动万向轮。

轮椅床面松紧调整

为了使老年人使用轮椅床面更加的舒服方便调节，我们在创面下方进行改造使得两岸可以调节从而改变创面的松紧。

可关闭排泄窗口（反面有链节门）

为了方便老年人的排泄，我们在床上对着人的臀部的位置改造成了可以方便的方行口并且为了老人的舒适安装了可以打开关闭的门。

轮椅下清洁探头（可控制伸缩、自动智能AI识别清洁及烘干）

人工智能识别技术是指通过计算机、照相机、扫描仪等设备，自动获取并识别出目标指令、数据等信息的技术手段。最早起源于声控技术（语音识别技术），声控技术曾被广泛应用于智能手机的控制和互动中，其核心是将人的语音识别出来，与手机指令集进行对比，从而控制手机。

根据识别对象是否具有生命特征，人工智能识别技术主要可分为两类：有生命识别和无生命识别。

有生命人工智能识别技术实质是指与人体生命特征存在一定关联的技术，包括语音识别、指纹识别、人脸识别、虹膜识别等。语音识别技术工作原理是基于对识别者自身发出语音的科学有效识别，正确识别出语音的内容，或者通过语音判断出说话人的身份（说活人识别）；人工智能指纹识别技术在实践应用中，其工作原理是通过对人体指纹展开智能识别，最终正确判断识别出指纹所属的对应的人，从而满足实际需求；人工智能人脸识别技术是基于对人的脸部展开智能识别，对人的脸部不同结构特征进行科学合理检验，最终明确判断识别出检验者的实际身份；虹膜识别是通过虹膜的特征判断其实际身份。

无生命识别技术实质是指与人体生命特征不存在任何关联的技术，该项技术主要包括射频识别技术、智能卡技术、条形码识别技术。射频识别技术的工作核心是无线电磁波，其具体的工作原理是:无线电信号在电磁场下进行传送，完成数据和标签的识别；条形码识别技术包括一维码技术和二维码技术，二维码技术是在一维码技术基础之上发展出来的，给数据储存留下的空间更大，同时还可以纠错，在信息标示和信息采集中具有十分有效的运用；智能卡识别技术的识别对象主要是智能卡，智能卡主要是由集成电路板组成的，其工作主要是针对数据展开的运算和储存，通过将计算技术良好的融入到智能卡当中，针对数据进行的各种工作都做到了高效完成。

人工智能识别技术的应用非常广泛，而且不同种类的人工智能识别技术已经应用到了社会各领域，例如在语言翻译、面部识别等多个社会活动中都能够看到计算机人工智能的参与。除此之外，二维码识别和使用是人工智能识别技术运用的最典型的方式，它的利用主要是以二维码的形式生成程序和指令，在用户的移动终端屏幕上生成黑白格子拼接的平面图形，这些平面图形的分布通常来说具有一定的规律性，通过各种图形的排列组合，二维码图案具有唯一性，因此用户可以对二维码图案进行保存和记录。在这里我们可以通过对异物的识别采取清理。

3.3本章小结

本章分别介绍了日常起居模块和清洁模块两个部分，分别将这两个部分的结构的各个功能、原理进行分析，将新型智能护理床的重要的创新部件进行讲解、分析其运作原理,创新性的建模新型装置。在建模实验的设计想法上的大胆的创新和设计的必要性可以相信如果研究出相应的成熟的产品将会带来巨大的市场前景。

3.结论

新型智能护理床的产生会给予医疗，养老重大的帮助。该产品会对从事这行业的人员节省大量的时间。此产品包含了大量的生活所必需品：通过清洁系统可以更快的，便捷的清理老人、病人的身体，大大减少的人们的时间，经理，保护了老人、病人的身体健康，特别是病情严重的病人，高龄老人。

虽然现在还没有系统的设计出完善的控制系统，但是具备了许多帮助老人、病人身体健康的方案的结合，在模型设计上也考虑到许多可以利用在该护理床上的功能，加入了许多智能化元素，在模型设计上集成了控制面板于一体，使用者可以通过语音控制体感识别等功能实现对护理床的控制。在模块化设计方面，我们将许多的装置合而为一，可以实现替换床板用户可以根据自己的需求选择相对应的模块，在日后产品设计上的版本迭代可以为用户节约成本。对于老龄人口的护理工作有重要的帮助，在今后如果能够经过融合更完善的控制系统，加入更多可替换模块，进行产品优化，会实现更多的功能，在日后如果能够走向市场，我们相信这个护理床一定会带来巨大的利益。