老弱群体人机工程学功能床

摘要

本发明公开了一种老弱群体人机工程学功能床，包括床体、矩阵式气体压缩推进系统、远程通信报警系统、床板翻动机构和曲腿机构；其中，矩阵式气体压缩推进系统中具有多个气囊和多个压力传感器，气囊位于床板的下方，压力传感器以矩阵方式分布在床板与气囊之间；远程通信报警系统包括声音采集终端、图像采集终端和3G通信模块。本功能床可以对卧床者的状态进行实时地跟踪扫描，不仅可以使卧床者主动地与医生、家人直接通信，报告自己的病情和当前状况，也可以使不在现场的家人、医生时刻地了解自己的状态，增加了生命保障的程度。同时，本功能床可以根据卧床者需要，对床面指定部位进行气囊充放气，达到按摩保健的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种护理床，尤其涉及一种具有远程通信报警系统、矩阵式气体压缩推进系统和床板翻动机构，集侧翻、按摩、报警等功能于一身的老弱群体人机工程学功能床，属于医疗护理器械技术领域。

背景技术

我国政府非常重视改善民生，在养老、医疗等关系老百姓重大切身利益的方面，从政策上、经济上都给予了高度的重视和大力的扶持。与此同时，社会老龄化、养老和健康保障、独生子女负担过重、双职工家庭子女看管等社会问题也需要全社会积极地应对，这是保障民生，促进社会和谐，国家持续发展的重要保证。

对于病人或年迈体弱的老人来说，相当一部分时间是在床上度过的。护理床对于监控病情和健康状况来说，是一个重要的突破。传统的自动护理床是以机电技术为主，普遍存在着床体过重、机电设备稳定性差、精度低、能耗大，设备硬件易耗损、对人体的电子辐射量较大等缺点，没有充分发挥集成电路计算控制精准、耗电量低、成本低、稳定性高的优势，也没有发挥3G等现代通信技术的优势。

在专利号为ZL 200710306822.2的中国发明专利中，公开了一种智能语音护理床，包括至少一片铰接在床本体上平面中间部位、并能纵向转动的靠背体，以及能将语音信号处理成控制信号的单片机，其中：单片机输入有能生成语音信号的话筒；单片机经第一继电器、电磁阀输出有能控制靠背体升降的控制气缸；单片机还经第二继电器输出有能控制电器运行的遥控器；控制气缸活动连杆一端与靠背体背面相转动连接，另一端转动连接在位于床本体的底侧的气缸固定底座上；控制气缸制有的下降进气管口、上升进气管口分别与对应的电磁阀气口相管路密封连通；电磁阀安装固定在床本体底侧。其使用安全；采用气体作为控制动力源，环保节能；在单片机程序中设置好固定的语言，通过语音转换可实现控制信号的产生。

另外，在申请号为200710047860.0的中国发明专利申请中，公开了一种多功能电动护理床，含有背部床板、臀部床板和腿部床板，底层机架、中层机架和顶层机架、线性推杆以及连杆机构，其中在中层机架上设有所有线性推杆的固定支点；在中层机架与顶层机架之间设有端坐曲腿踏脚转动装置、左右侧翻转动装置、床的整体前倾、后仰和举升装置，以及便器与床板转换及辅助解便装置，在顶层机架上安装组合式床板；连杆机构的动力均采用含蓄电池的24V直流电机，采用手动按钮或语音控制系统进行控制。该护理床具有抬背曲腿踏脚功能、左右联动的侧翻功能、床的整体前倾、后仰和举升功能、便器与床板转换及辅助解便功能，能使用户方便地调整各种体位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种老弱群体人机工程学功能床(简称功能床)。该功能床具有远程通信报警系统、矩阵式气体压缩推进系统和床板翻动机构，集侧翻、按摩、报警等功能于一身。

为实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种老弱群体人机工程学功能床，其特征在于：

所述老弱群体人机工程学功能床包括床体、矩阵式气体压缩推进系统、远程通信报警系统和床板翻动机构；其中，

所述床体中具有上床板，所述矩阵式气体压缩推进系统中具有多个气囊和多个压力传感器，所述气囊位于所述上床板的下方，所述压力传感器以矩阵方式分布在所述上床板与所述气囊之间；

所述远程通信报警系统安装在所述床体上；

所述床板翻动机构由翻身机构和起卧机构组成，所述翻身机构和所述起卧机构中的传动部分连接所述床体中用于使人体动作的床板。

其中，所述上床板由四块可翻转的侧翻板构成，各侧翻板之间用铰链连接。

所述翻身机构和所述起卧机构中还具有驱动部分，所述驱动部分通过传动轴、电磁离合器、丝杆螺母机构将动力输出到与所述侧翻板连接的传动部分以实现所述侧翻板的翻动。

所述远程通信报警系统中具有声音采集终端、图像采集终端和3G通信模块，所述声音采集终端、图像采集终端和3G通信模块位于所述床体中的床头靠板处。

所述老弱群体人机工程学功能床中还包括曲腿机构，所述曲腿机构由曲腿杆和驱动传动部分构成。所述曲腿杆11位于大腿部床板10和小腿部床板12之间，在不运动时处于与整个床面水平的位置。

本发明所提供的老弱群体人机工程学功能床可以对卧床者的状态进行实时地跟踪扫描，不仅可以使卧床者主动地与医生、家人直接通信，报告自己的病情和当前状况，也可以使不在现场的家人、医生时刻地了解自己的状态，增加了生命保障的程度。同时，该功能床应用矩阵式气体压缩推进系统，可以根据卧床者需要，对床面指定部位进行气囊充放气，达到按摩保健、定位效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为床体的整体结构侧视图；

图2为实现上床板翻起的驱动和传动部分的示意图；

图3为安装有矩阵式气体压缩推进系统的床板结构图；

图4为气囊充气子系统的示意图；

图5为气囊充气翻身的示意图；

图6为四块侧翻板实现人体侧翻时的传动部分示意图；

图7为侧翻板8侧翻时的传动部分示意图；

图8为四块侧翻板的驱动部分示意图；

图9为曲腿杆11的驱动与传动部分示意图；

图10～图12为曲腿杆的运动顺序示意图；

图13为曲腿杆作用于膝部下侧的腿部状态侧视图；

图14为老弱群体人机工程学功能床中的远程通信报警系统的示意图；

图15为床头靠板1面向人体一侧的布局示意图。

图中各机构的标号说明如下：

床头靠板1，床尾靠板2，侧板3，上床板4，左一侧翻床板5，左二侧翻床板6，右二侧翻床板7，右一侧翻床板8，中部床板9，大腿部床板10，曲腿杆11，小腿部床板12，气囊13，输气管道14，气体电磁阀15，固定连接16，铰链17，V型杆18，铰链19，螺母20，丝杠21，电磁离合器22，固定杆23，固定杆24，铰链25，铰链26，V型27，杆28，杆29，铰链30，铰链31，铰链32，铰链33，铰链34，杆35，铰链36，螺母37，丝杆38，电磁离合器39，传动轴40，传动轴41，电动机42，滚轮43，固定连接44，固定连接45，限位开关46，限位开关47，限位开关48，限位开关49，电磁锁50，电磁锁51，电磁锁52，电磁锁53，铰链54，铰链55，铰链56，铰链57，杆58，铰链59，杆60，铰链61，铰链62，杆63，杆64，电磁锁65，电磁锁66，铰链67，滚轮68，杆69，铰链70，铰链71，铰链72，杆73，滑动机构74杆77，铰链75，电磁锁76，杆77，电动机78，蜗轮蜗杆机构79，蜗轮蜗杆机构80，蜗轮蜗杆机构81，蜗轮蜗杆机构82，传动轴83，电磁离合器84，丝杆85，螺母86，铰链87，轴承88，传动轴89，电磁离合器90，丝杆91，螺母92，铰链93，轴承94，轴承95，铰链96，滑动机构97，滑动机构98，电动机99，丝杆100，螺母101，铰链102，杆103，轴承104，滑动块105，电磁铁106，电动机107，丝杆108，螺母109，铰链110，轴承111，杆112，滑动块113，电磁铁114，滑轨115，铰链116，铰链117，压力传感器121，机架122，摄像头123，收音扩音口124；其中滑块机构118包含滑动块113，电磁铁114，铰链116，其中滑块机构119包含滑动块105、电磁铁106、铰链117，传动部分120包括铰链96、滑动机构97、滑动机构98。

具体实施方式

本发明所提供的老弱群体人机工程学功能床是针对如下应用场所或人群设计的：

一、医院、家庭中，为偏瘫、外伤、由相关疾病引起的肢体活动不便的病人。

二、长时间独自在家的老人。

三、独自在家的少年儿童。

本老弱群体人机工程学功能床可以给以上人群提供护理、调养，进行卧姿自我调整，如翻身、起坐等；医生、家人可以监视卧床者的当前状态，并向功能床发出控制指令以调整卧床者的状态；也可以让卧床者在身体异样或发生特殊情况时，通过通信模式及时进行远程呼叫或报警。

总体而言，本老弱群体人机工程学功能床由床体、远程通信报警系统、矩阵式气体压缩推进系统、床板翻动机构、曲腿机构等部分组成。下面结合附图对各部分的具体结构和工作原理作进一步的详细说明。

本老弱群体人机工程学功能床的床体由上床板、下床板、床头靠板、床尾靠板，左、右侧板，头部升降机构、脚部升降机构等组成。其中上床板沿长度方向，由四块可翻转的侧翻板构成，各侧翻板之间用铰链连接。下床板内置曲腿杆。整块床板的底层由铁架和铁板构成支撑结构，其上铺垫木板，木板之上用弹性绝缘材料铺垫，床面由亚麻材料覆盖而成。气囊充气子系统位于木板之上，弹性绝缘材料之中，亚麻床面之下。在气囊的侧壁包有对人体无刺激的绿色环保纤维材料，气囊顶部包有亚麻材料。气囊平时处于半充气状态，使得整个床面处于水平，不会使卧床者感到床面凹陷。压力传感器分布于床面以下，周围布满弹性绝缘材料，充气控制电路有短路保护和漏电保护功能，避免元器件过热和漏电对卧床者造成伤害。

图1为床体的整体结构侧视图。上床板4和大腿部床板10、小腿部床板12可以向上翻起，小腿部床板始终与水平平行，方便卧床者腿部休息，增强舒适感。床板内部内置气囊13，它具有侧翻、按摩的功效。

图2是实现上床板4和大腿部床板10、小腿部床板12翻起的驱动和传动部分的示意图，由一个电机通过电磁离合器进行控制，可以根据需要控制电磁离合器的离合，以便选择上身翻起或者腿部翻起，或上下身联动翻起。传动轴40与41，通过齿轮机构连接到电动机转轴上。

矩阵式气体压缩推进系统由压力传感子系统和气囊充气子系统构成。压力传感子系统用于感受人体压力分布，间接测量人体相对位置。气囊充气子系统主要由若干小气囊构成，由程序控制并通过空气压缩机按规则进行充气达到对人体翻身、按摩的效果。

图3为安装有矩阵式气体压缩推进系统的床板结构图，包括气囊13，压力传感器121和床板构成，压力传感器以矩阵方式规则分布于床板与气囊之间，可以进行人体卧姿的识别，返回探测信号，根据需要对气囊进行充气。

图4为气囊充气子系统的示意图。该气囊充气子系统还包括输气管和气体电磁阀，芯片控制电磁阀对气囊进行选择性充气。图5为气囊充气翻身的示意图。压力传感器可以根据人体位置返回信号，可以根据人体目前的姿态进行充气，帮助人体实现翻身。

在本老弱群体人机工程学功能床中，对气囊有规律地、有选择性地充气，可以达到对人体按摩的效果。压力传感器可以感知人体相对于床的位置，能够针对人体或人体某一部位进行充气增压，实现诸如抬高腿部、对背部按摩等技术效果。

床板翻动机构包括翻身机构和起卧机构，其中翻身机构用于对人体进行侧翻，起卧机构用于使人坐起和曲腿。翻身机构和起卧机构都包括驱动部分和传动部分，其中驱动部分为电机和相应的蜗轮蜗杆机构，传动部分连接床体中用于使人体动作的有关床板。下面分别进行说明。

图6为标号为5、6、7、8的四块侧翻板实现人体侧翻时的传动部分示意图，此图适用于当人体约在中间位置的情况。板7、8与板5、6下的传动部分相同，仅可以向床内侧翻转。以一侧为例。每一个床板下都有一个电磁锁和限位开关，床板完全放下时，触动限位开关，电磁锁闭合，床板被固定。翻身时，电磁锁65、66闭合，此传动部分被驱动。

图7为侧翻板8侧翻时的传动部分示意图。侧翻板8与侧翻板5的传动部分相同，仅能向床内侧翻动。当人体处于边缘位置时，此传动部分被驱动。被驱动时，电磁锁65、66断开，电磁锁76闭合，传动部分被驱动，实现侧翻。电磁锁65、66与电磁锁76进行断开与闭合的转换，以实现任意一个传动部分被驱动。

图8为与标号为5、6、7、8的四块侧翻板对应的驱动部分示意图。其中79、80、81、82为蜗轮蜗杆机构，每一个蜗轮蜗杆机构通过传动轴、电磁离合器、丝杆螺母机构将动力输出到与四块侧翻板连接的传动部分以实现四块侧翻板的翻动(蜗轮蜗杆和与其连接的传动轴、电磁离合器、丝杆螺母机构统称为一个蜗轮蜗杆系统)。以图6中的侧翻板7、8的翻动和图7中侧翻板8的翻动为例，图6中的杆69与图7中的杆77分别由图8中的蜗轮蜗杆系统82与蜗轮蜗杆系统81驱动。例如图6中的电磁锁65、66闭合，图7中的电磁锁76断开，图8中电磁离合器90接合，蜗轮蜗杆79、80、81所连接的电磁离合器断开，电动机启动则杆69被推动，于是侧翻板7、8实现翻动(见图6)。类似地，图6中的电磁锁65、66断开，图7中的电磁锁76闭合，图8中的电磁离合器84接合，蜗轮蜗杆79、80、82所连接的电磁离合器断开，电动机启动则杆77被推动，于是侧翻板8实现翻动(见图7)。同理，蜗轮蜗杆系统79、80可以实现侧翻板5、6的翻动，此处不再赘述。

众所周知，长时间保持一个卧床姿势会加大人体生褥疮的危险。目前，虽然大部分护理床均具有侧翻功能，但是均为单纯的翻动床板，如果人体的卧床姿势不规则，即沿床对角线斜卧时，单纯翻动床板，无法实现翻身，或在翻身过程中会产生危险。在本老弱群体人机工程学功能床中，不仅会有床板翻动，还会在翻动时辅以气囊顶撞，实现在人体不规则卧床时的身体的活动，有效避免褥疮等由长期卧床身体姿势保持不变而引发的疾病。

根据人体工程学原理，人体平躺时身体各部位重量分布为臀部40％、背部15％、头部10％、脚部10％、腰部25％通过床垫表面的压力传感器，会感知人体目前在床上的位置，以此会根据芯片内的算法进行计算，确定是否翻转床板、翻转哪一块床板。当矩阵分布的压力传感器计算出人体所在位置大概处于床板中间时，左或右侧床板可以向中部翻转，翻转角度在0～80度之间可调；当压力传感器计算出人体卧姿不规则时，就不能用翻动床板的方式实现翻身，这时可以根据压力传感器探测出人体平躺位置，当选择向一侧翻身时，另一侧的气囊充气，当气囊完全充气时，人体实现倾斜，倾斜角度0～45度可调。

另外，在人体侧翻时手臂容易压在身下，专利号为ZL 01125633.8的中国发明专利是靠绳来拉动手臂以避免下压，但偏瘫卧床者或手部无力的卧床者如果长时间手腕被绳索牵引，容易造成外伤或脱臼，有潜在危险；而其他技术方案则没有考虑翻身手臂被压的情况。本发明人认为：翻身时手臂被压是因为仰卧时手臂贴近身体，而翻身没有移开造成的。因此，利用床上设置的压力传感器，可以探测手臂相对于躯干的位置。在翻身前，将翻身侧手臂与躯干之间的气囊完全充气，迫使手臂与躯干离开一定距离，随着另一侧翻板翻起或气囊充气，手臂与躯干间的气囊放气这样就能够使得翻身时手臂不被压到。

曲腿机构由曲腿杆和相应的驱动传动部分构成。该机构负责在卧床者翻身时使腿部抬起并向一侧倾倒，以便于腿和上身成一定角度，增加侧卧的舒适感和稳定性。其中曲腿杆11参见图3，位于大腿部床板10和小腿部床板12之间，由皮革包裹，在不运动时处于与整个床面水平的位置，即原始位置。

图9为曲腿杆11的驱动与传动部分示意图。整个机构由两个电动机控制传动，电动机分别连接丝杆螺母系统，通过丝杆螺母传动助推可以推动杆103和杆112以同一水平转轴滑动向上，进而推动曲腿杆11向上运动。杆103和杆112末端连接滑块和电磁锁，可以根据需要在曲腿杆内滑道内滑动，还可以随时与曲腿杆11锁紧。具体曲腿杆的运动顺序如图10～图12所示。

人体在侧翻之后，腿部需要弯曲以便使人躺的平稳，多数现有技术并没有考虑侧翻之后腿部的姿态。根据人体工程学原理，人在翻身的时候需要在腿部或脚部找到支点，然后实现翻身。利用这个原理，在老弱群体人机工程学功能床中，下床板内的曲腿杆发挥了翻身曲腿的作用，可以实现腿部弯曲抬起、以脚为支点的左右下落，以实现侧翻时腿部保持一定的角度，侧卧平稳；该机构还可以帮助进行腿部的屈伸锻炼。

在曲腿时，机构向上运动，顶住膝盖下侧，将双腿抬起，随向左或向右翻身的控制信号，曲腿杆向左或向右倾斜，腿部以脚为支点随横杆向左或向右倒下。在伸直时，机构横杆抬起至水平，与曲腿之前等高，腿被抬起，机构向床板运动至完全归位，腿被顺势放下。

为了使人在翻身后保持稳定，增强舒适感，需要在翻身的同时进行腿部的弯曲侧翻，与上身形成一定角度，以达到稳定、舒适的目的。曲腿杆作用于膝部下侧(见图13)，且曲腿动作要与翻身动作协调、同时进行。

图10中，电动机运转推动丝杆螺母机构，螺母向对侧运动，曲腿杆被顶起(虚线处为曲腿杆原始位置，与床板保持一个水平)。此时，大腿与小腿曲起，脚支撑在床上，见图13的腿部状态侧视图。

图11中，滑块机构118中的电磁锁锁紧，丝杆上的螺母沿箭头方向由虚线处运动至实线处，滑块机构119沿箭头方向滑动，杆11向一侧倾斜，腿部以脚为支点被杆11推动，顺势向同侧倾倒。图12中，腿部倾倒之后，杆11回到原位置，腿弯曲地放在床上。

当从侧卧变成仰卧时，需要将腿部从弯曲状态复原为伸展状态，即“直腿”。直腿动作利用腿部重力，以脚部和臀部为支点完成，且“直腿”与上身的侧翻板下落要协调、同时进行。直腿动作具体为：重复图10的动作，杆11水平向上抬起，腿部以脚与臀为支点被杆11架起，复原至图13的状态。随后，杆11水平下降到与床板水平位置，大腿、小腿随杆11靠重力下落至“直腿”位置，仰卧完成。

图14为老弱群体人机工程学功能床的远程通信报警系统的示意图。该远程通信报警系统安装在床体上，包括声音采集终端、图像采集终端和3G通信模块，这些功能模块均位于床体中的床头靠板1处。如图15所示，床头靠板1处安装有作为声音采集终端的麦克风、扩音器、作为图像采集终端的摄像头123、收音扩音口124，可以采集传输声音、图像和视频信号。

3G技术作为未来主流的通信标准，传输速率高，传输带宽大等优点使得其在传输视频、图像等多媒体信息上具有明显的优势。在应用3G等现代网络技术的前提下，可以远程对卧床者进行监控和控制。一方面，可以对卧床者的语音和图像进行识别采集，并通过服务器与远端的家人、医生进行交互；另一方面，家人或医生也可以通过3G网络发出控制信号，控制卧床者的翻身、起降等状态，对卧床者饮食、服药进行指导。

本老弱群体人机工程学功能床利用3G技术的诸多优点，可以让卧床者与医生或家人等远端监控者的沟通更为方便、高效。远程通信报警系统通过对卧床者语音信号或面部图像进行识别和采集，卧床者可以通过语音方式和手动按键方式发送报警信号或与家人、医生、120急救中心进行彩信报警或语音视频通话，另一方面，也可以让家人和医院里的大夫时刻了解到自己的状况。具体而言，基于3G的远程通信报警系统可以实现如下的功能：

1.监视：

远程通信报警系统可以根据家人和医生的需要采集卧床者的音频、视频、图像信息，及时了解卧床者的健康状况和当前状态。服务器可以定时录制视频或拍摄图像并存储，以便监视人随时调用查看，不仅可以监视目前的卧床者状态，还可以调取历史记录，以便做出相关的分析和判断。

2.控制：

医生、家人等监控者可以根据对卧床者的监控情况，向老弱群体人机工程学功能床发出控制指令，对卧床者的状态进行调整。如：让卧床者侧翻，对气囊充气进行按摩，控制卧床者坐起、曲腿等。

3.互动：

通过老弱群体人机工程学功能床，卧床者可以与医生、家人进行视频或语音通话，达到交互的目的。

4.报警：

卧床者在状态异常时，发送警情指令给医生或家人，报告自己当前状态。发送报警信号的方式有：按钮触动和声控两种方式，对于手及手臂活动方便的卧床者可以通过按下报警按钮发送报警信号；对于肢体活动不便的卧床者可以进行语音报警，即对着麦克风喊话，系统即可通过语音信号识别警情发送报警信号。报警信号发送的同时会自动打开3G视频监控信道，方便卧床者与医生或家人进行互动交流。同时，还可以设定分时段采集卧床者的图像或视频发送给家人或医生，进行自动监控。

除了上述的各组成部分之外，在本老弱群体人机工程学功能床中还可以设置手持设备。该手持设备用于卧床者进行自我医疗护理和健康监测和控制，如翻身、起降、按摩等。

在使用机电设备进行起降时，本老弱群体人机工程学功能床可以采用电动、手动两套操作方法。在电机运转时，用机械锁死每一个运动位置，在电机故障或电路故障，无法实现起降功能时，转为手动操作，实现对床板的控制。

以上对本发明所提供的老弱群体人机工程学功能床进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。