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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 老人帮助站立及移位机系统名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,特殊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,面对公共养老机构或家庭,开发和研制老年人使用的低成本帮助站立及移位的低成本设备,立、身体移位和站立康复训练的护理服务；为老年人供应帮助站起坐困难是体弱的老年人必需面对的日常生活问题；起坐方式的确定、帮助站立机构的人性化设计以及安全爱护是本项目需要
2、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,帮助站立移位机的掌握系统必需保证整个设备在运行过程中的柔顺性,安全性和牢靠性；因此,编 写具有柔顺性、牢靠性的掌握算法是本项目的技术难点之二；老年人帮助站立及移位机采纳自动掌握、人机工程学等先进技术；本课 题研发集老年人帮助站立、 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供应帮助站立以及站立训练,床和轮椅之间、卧房和浴室之间的自由移位等多种护理服务；在满意简洁有用、安全牢靠、轻巧等要求的基础上, 机械系统需要拥有保证老年人的帮助站立时平稳的提 升/ 下降、转运等动作功能；整个掌握系统应在实现基本功能的
3、基础上,具 有安全、稳固、牢靠的性能,并需要考虑在断电情形下的紧急制动情形；此 外,本课题仍需要研制集成的帮助站立及移位机原理样机,需要进行试验验 证其功能的牢靠性、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帮助站立与移位为一体的 助老设备,该设备具有新型、有用和低成本的特点,为老年的帮助站立和移 位提出一种解决方案； 但本课题的核心是帮助站立移位机的掌握系统必需保名师归纳总结 证整个设备在运行过程中的柔顺性,安全性和牢靠性；第 2 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 关键词：帮助站立；位置转移；站立康
4、复训练；自动掌握；人机工程学；AbstractNowadays, the elderly with lower limb movement disorder account for a large proportion. Taking care of the elderly is great difficult, especially moving them between bed and wheelchair, which increased the labor intensity of the medical personnel. Therefore, the task of the el
5、derly with lower limb muscle strength is demanded by public pension institutions or family. The invention and development of the low-cost equipment which can assist the elderly standing and walking are exactly what they want.Sitting difficult is the problem the elderly must face in daily life. The w
6、ay they stand, auxiliary standing mechanism of humanized design and safety protection are problems that the task needs to solve. The elderly with lower limb movement disorder always stand very slow. Auxiliary standing control system must ensure that the equipment, in the process of compliance, safet
7、y and reliability. Therefore, keeping the program from accidents is one of the technical difficulties in the task.The elderly standing and shift machine adopts automatic controlling, ergonomics and other advanced technology. It is invented as a incorporate product which can assist the elderly in sta
8、nding, walking exercise, and shifting from a room to another. Based on reliable, safety and lightweight, the system needs to make sure the functions running smoothly. Once the battery has worn out, the machine should be able to keep the owner safe. Besides, a sample is also needed to assess the reli
9、ability and the security, and check out the functions. Our innovation lies in putting forward a reliable, incorporate equipment, which can assist the elderly in standing and shifting. The equipment is new, 名师归纳总结 practical and low cost characteristics, and its also a new solution for the 第 3 页,共 19
10、页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - elderly. Auxiliary standing transfer machine control system must ensure that the equipment ,in the process of compliance, safety and reliability.Key words:auxiliary stand; position transfer; standing rehabilitation training; automatic control; ergonomics.名师归纳总结
11、 - - - - - - -第 4 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录第一章 绪论 .1 1. 项目目标与任务需求分析 .1 .1 .12项目主要技术难点、重点和创新点.2 3国内外现状 .2 其次章 讨论内容 .3 1. 帮助站立及移位机机械系统设计.3 名师归纳总结 2.帮助站立及移位机掌握系统设计.3 第 5 页,共 19 页 3.人机工程学设计 .4 4.系统样机的牢靠性、安全性讨论.4 第三章技术路线 .4 1.工作原理 .4 2.帮助站立及移位机机械系统设计.5 3.帮助站立及移位机掌握系统设计.6 4.人机工程学讨论 .8 第四章创新点 .10
12、- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 第五章 预期目标 .10名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 绪论1项目目标与任务需求分析由于下肢肌力不足,许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巨大的人群,特殊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,面对公共养老机构或家庭, 开发和研制老年人使用的低成本帮助站立及移位的低成本 设备,为老年人供应帮助站立、身体移位和站立康复训练的护理服务产品；当前,
13、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%；据估量,从 2022 年开头,中国将步入严峻老龄化阶段； 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、社会保证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进展相对滞后,难以满意巨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
14、 换,移位都是一个难题； 目前,帮助站立及移位设备在国外已有讨论并显现了一 些产品,但价格昂贵, 国内用户很难承担； 国内也有少量类似产品问世但缺乏人 性化考虑,使用不便利,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意需要,亟待解决；且功能过于单一、 自动化水平和安全质量问题因此,从我国社会养老服务的实际需求动身,开发老年人帮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 2022 年“ 人人享有康复服务” 的国家战略目标和社会和谐进展；解决人口老龄化等带来的重大社会服务问题；名师归纳总结 - - - - - - -
15、第 7 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2项目主要技术难点、重点和创新点1人性化的帮助站立机构优化设计讨论起坐是体弱的老年人必需面对的日常生活问题；起坐方式的确定、帮助站立机构的人性化设计以及安全爱护是本项目需要解决的主要技术难点之一；新颖、有用、低成本的帮助站立移位机构设计是本项目的创新点之一；2柔顺化的帮助站立掌握算法讨论有下肢运动障碍的老年在站立时都很缓慢；帮助站立移位机的掌握系统必须保证整个设备在运行过程中的柔顺性,安全性和牢靠性；因此,编写具有柔顺性、牢靠性的掌握算法是本项目的技术难点之一；3. 国内外讨论现状国外发达国家在老年人、 残疾人护理方面讨
16、论起步较早, 具有较高的水平,也显现了一些高技术产品；美国弗吉尼亚高校在 2001 年提出了一种叫做 PersonalMobility Aid 的装置,如图 1 所示是一种三轮的智能型帮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 弗吉尼亚高校的PersonalMobility Aid系统麻省理工学院在 2003 年提出了闻名的 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,可以实现帮忙使用者行走的功能；名师归纳总结 - - - - - - -第 8
17、 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2 美国麻省理工学院的PAMM SmartCane和 SmartWalker 系统由于一些国家的法律规定主动式机器不能随便使用,因此一些讨论者创造了被动式智能帮助站立及步行支持机,主要代表为日本东北高校Hirata等人提出的 RT Walker 系统；该系统利用被动式的车闸调剂机器人的动力学特性,具有防止操作者跌倒的功能；图 3 日本东北高校的 RT Walker 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,一些讨论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
18、有 SmartCane智能拐杖系统；但是 SmartCane不能实现任意全向运动,为改良这个不足,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高校于2007 年底提出并设计了智能全方向拐杖系统, 图 3 所示；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 日本名古屋高校的Intelligent Cane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学问产权,缺少核心竞争力；目前 , 我国帮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,特殊是人性化、有用化的产品仍未看到,因此,开发
19、帮助 站立及移位机系统意义重大；其次章 讨论内容本课题是研制老年人使用的帮助站立及移位的低成本设备,为老年人供应辅 助站立、身体移位和站立康复训练的护理服务产品；老年人帮助站立及移位机采纳自动掌握、人机工程学等先进技术, 研发集老年人帮助站立、 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供应帮助站立以及站立训练,床和轮椅之间、 卧房和浴室之间的自由移位等多种护理服务；主要讨论内容如下：1. 帮助站立及移位机机械系统设计 在满意简洁有用、 安全牢靠、 轻巧的基础上, 机械系统需要完成老年人的辅助站立时平稳的提升 / 下降、转运等动作功能；其中, 老年人的提升 / 下降
20、动作通过电机驱动的滚珠丝杠来实现 , 同时,为保证系统的安全性,需要在升降机构上增加机械限位机构； 此外,帮助站立及移位机的底部安装有带有锁定功能的低阻安全脚轮, 低阻力的设计使移位过程更加平稳敏捷,要讨论的内容有：减轻了护理人员的负担； 所1基于虚拟仿真技术的人体重心和重量分布的讨论；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2帮助站立、转运移位等功能的实现；3基于人机工程学的机构设计与优化；2. 帮助站立及移位机掌握系统设计整个掌握系统应能够帮助站立及移位机在实现功能的基础上,具有安全、稳定、牢靠的性能, 并需要考虑
21、在断电情形下的紧急制动；需要采纳高性能的伺服掌握器和硬件系统,并开发具有运动柔顺性的掌握算法；主要讨论内容有：1低成本、小型化的嵌入式基于高性能电机伺服掌握器的硬件集成掌握 系统硬件集成；2具有运动柔顺性的掌握算法讨论；3系统安全和稳固性的讨论；3. 人机工程学设计 在实现运动功能的基础上, 综合老年人心理学、 生物力学、 人体测量学等内容,设计高舒服度的帮助站立及移位机把手、安全提升带、 护腿安全垫及满意护理人员操作习惯控件布局设计； 根据中国人的身高统计学数据, 帮助站立及移位 机的尺寸应当具有普遍适用性, 通过建立的三维人体模型和虚拟样机模型进行电 脑仿真分析, 保证帮助站立及移位机符合
22、人机工程学的要求,保证产品的安全舒适性；通过问卷调查讨论老人以及护理人员的心理需求,颜色方案,提高产品的品质；讨论内容包括：1老年人心理学、人体测量学等方面的讨论；设计符合其审美的外观2帮助站立及移位机的外观造型、颜色搭配设计；3帮助站立及移位机使用舒服性评判；4. 系统样机的牢靠性、安全性讨论研制集成的帮助站立及移位机原理样机,需要进行试验验证其功能的牢靠性、名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 安全性评估,实现产品的示范应用及定型；主要讨论内容有：1帮助站立及移位机原理样机的试验验证；2帮助站立及移位机的示范应用
23、及产品定型；第三章 设计路线1老人坐在床上,护理人员把帮助站立及移位机推到合适的位置,如图6 中左图；2把安全带从老年人的双臂下穿过, 通过安全带对老年人进行爱护,老人伸出双手握住帮助站立及移位机的两个把手；移位机进行提升, 使得老年人由坐姿转换成站姿,3护理人员掌握帮助站立及 如图 6 中右图所示； 在帮助老人站立时, 帮助站立及移位机的脚轮处于锁定状态,当老人处于站姿时, 护理人员解除脚轮的锁定, 可以把老人移动到想到达的地方；帮助站立及移位机可以简便地将老人在轮椅、床上、浴室、马桶、餐桌、汽车座椅间移位,移位快速安全省时省力, 增加了老人在移位时的舒服和安全感,减轻了护理人员的负担, 增
24、加了老人外出的意愿,扩大了活动范畴,并爱护了老人的尊严；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 站立及移位机机械系统设计机械系统在设计中,主要解决帮助站立、移位、安全爱护等功能的实现、参数优化等方面的要求,在设计过程中遵循的设计路线如图 7 所示：结构功能的确定基于统计学的身高、体重分析整体方案方案的确定结构的初步设计三维仿真建模分析基于人体工效学的结构优化设计结构评审结构确定图 7 机械结构设计路线图1人体重心和重量分布的讨论名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 19 页精选学习资料 - - -
25、- - - - - - 人体从坐姿转换成站姿时时, 人体的中心处于变化中, 身体各个部分的重量分布也是不同, 因此在帮助老人由坐姿转换成站姿,要基于虚拟仿真技术人体重心和重量分布进行讨论；或者身体移位的过程中, 需 在人体运动生理学等理论研究的基础上,考虑不同的人体身高、体型、体重,采纳电脑三维建模技术,仿真分析人体坐姿和站姿转换中的重心和重量分布,受力分析、电机选型和结构优化供应依据；为帮助站立及移位机的机械结构2帮助站立和移位等功能实现方式的讨论帮助站立及移位机完成帮助老人站立、移位等功能； 在实现帮助站立的功能时,必需供应向上提升的动作,并且有安全限位装置；在实现移位的功能时,辅助站立及
26、移位机的脚轮必需可以安全锁定,阻抗特性；为了移动时安全平稳, 脚轮必需有高整体升降功能拟采纳丝杠进行运动传递,并协作限位机构, 从而实现任意位置可调；帮助站立及移位机的底部安装高阻抗特性的万向脚轮 , 便利了移动 , 同时应考虑到扶手、安全带等安全帮助机构,满意用户的需求；在设计的过程中, 应充分考虑实际操作过程中的详细参数,使得结构的设计尺寸和性能能够较好的满意老人对站立和移位功能的需求；此外,仍应当考虑到不同使用人群身高、体重等生理参数,从而满意不同人群的需求；3机械结构的优化设计帮助站立及移位机在满意运动功能的情形下, 应当最大限度的满意老人和护理人员对舒服性和有用性的要求 , 因此需要
27、通过基于人机工程学对整体的结构进行优化 , 从而实现良好的使用成效；在结构设计的过程中,应考虑到机构运动的刚度和稳固性、噪声、震惊等多问题,从而到达良好的使用成效；3. 帮助站立及移位机掌握系统设计掌握系统的设计主要解决高性能的伺服掌握器和硬件系统的集成,具有运动柔顺性的掌握算法的讨论以及在断电等特殊情形下的制动等问题,在设计过程中的主要技术路线如图 8所示：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 运动方式的确定老年人身体参数的分析掌握系统的硬件集成掌握算法的讨论系统稳固性分析试验验证掌握方式的确定图 8 掌握系统设计
28、的技术路线图1掌握系统的整体设计为了降低系统成本, 削减传感器的使用, 我们对整个掌握系统设计提出了更高的要求；整个掌握系统的整体设计如图9所示；集成的电机掌握器必需具备位置掌握、速度掌握和电流掌握的功能；通过位置掌握我们能够掌握电机提升；通过速度掌握,我们可以对运动优化,使电机的启动、运行和刹车更加的平稳,减少运行过程中的晃动和冲击, 从而提高舒服性； 通过电流掌握, 我们可以实时调节运动中力的输出,对运动过程进行电流安全监控, 防止障碍物对设备造成破坏；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 24V蓄电池充电器22
29、0V插座位置反馈操起坐掌握驱动器升降机构电机起坐 / 重心掌握作按钮电流安全掌握安全监控 紧急制动嵌入式掌握器 限位传感器图 9 掌握系统整体图2具有运动柔顺性的掌握算法的讨论在帮助老人站立过程中, 对电机的掌握应当具有肯定的柔顺性,以保证老人的安全性和舒服性； 由于在运动过程中, 老人施加在帮助站立及移位机上的力是随着老人身体的位置和姿势以及重心的移动,随时在变化着, 因此不但需要对电机的速度进行掌握, 仍应当讨论相应的掌握算法对电机的加速度进行掌握,以保证运动的柔顺性； 为了使老年人在站立过程中舒服、平缓,必需对掌握系统进行运动学优化,严格掌握运动的加速度和最高速度,使其具备较软的机械特性
30、；3系统稳固性的讨论掌握系统除了能够实现基本的运动功能外,仍在安全牢靠方面提出了更高的要求；为了防止由于误操作而导致老年人受到损害,掌握系统仍需要具备肯定的自我纠错才能, 同时要时刻检查各个运动的安全阈值；此外,掌握系统的牢靠性必需要高,为了防止意外断电导致老年人受伤, 驱动装置必需具有断电抱死功能；同时在结构方面,应着重设计安全爱护措施,并具有急停、报警等功能；4. 人机工程学讨论人机工程学主要是对老年人的生理特点、生物学特点进行讨论, 从而使得辅名师归纳总结 助站立及移位机使用过程中安全舒服,主要的技术路线如图10所示：第 16 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 -
31、- - - - - - - - 老年人生理特点的讨论老年人生理参数的确定舒服性的讨论及评判指标的确定帮助站立及移位机外观设计老年人进行试用结果评判方案确定图 10 主要技术路线1老年人心理学、人体测量学等方面的讨论老人是一类特殊的群体, 在对帮助站立及移位机进行设计的同时,应对老年人的心理、 人体生理参数等方面进行深化的讨论,依据；为产品工程学设计供应肯定的2整体外观造型、颜色及外表材料的选型设计 为了能够为老年人营造温馨的环境, 需要对帮助站立及移位机的整体外观造型、各部分的颜色挑选以及所用的外表材料进行讨论；在设计的过程中, 基于老名师归纳总结 年人的测量参数, 通过调查问卷的方式明白老年
32、人的需求,从而设计出具有较好第 17 页,共 19 页人机工程学的外观造型,如图11所示；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图11 帮助站立及移位机外观设计2帮助站立及移位机的平稳性和使用舒服性评判帮助站立及移位机的平稳性直接关系到老人在使用过程中的安全性,因此在设计过程中应尤为留意； 此外,应制定相应的舒服性评判指标,建立舒服度与安全性的科学分析与评判系统, 对样机的舒服程度能够进行量化评判,从而为产品的批量生产供应牢靠的依据；第四章 创新点1. 提出了一种适用于老年人的帮助站立与移位为一体的助老设备,该设备具名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 有新型、有用和低成本的特点,为老年的帮助站立和移位提出了一种解决方案；2. 帮助站立移位机的掌握系统必需保证整个设备在运行过程中的柔顺性,安全性和牢靠性；因此,具有柔顺性、牢靠性的掌握算法是本项目的创新点之一；第五章 预期目标1. 突破人性化帮助站立机构、 柔顺性掌握算法等关键技术, 完成帮助站立及移位机系统的设计和样机研制；2. 生产出能够满意有下肢运动障碍的老年人使用的帮助站立及移位机,完成牢靠性试验；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 19 页