CN116098769B - 一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅。该发明的充气坐垫(3)可以分区调控，改变患者臀部及双股受力，并通过充入不同温度的空气调节其臀部及股部环境，防止褥疮的形成。柔性机械手(11)由柔性机械手单元键块驱动，通过纵向机械手调控平台(15)调控柔性机械手(11)位置，实现对使用人腰部不同部位的束紧，并由扶手(2)和充气坐垫(3)的协同工作，实现对使用人两股及臀部的全部或部分悬空以促进其血液循环，达到防止褥疮产生的效果。该发明模拟双杠支撑动作、实现锻炼胸部、肩部、背部和上肢肌肉，提高心肺功能。同时，防褥疮轮椅可以随时随地使用，不受场地限制；各组件均由锂电池驱动，适合室内及户外使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮椅，具体是指一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅。
背景技术
褥疮又称压疮，是因为身体局部组织长期受压导致此处血液循环障碍，从而出现局部组织持续的缺氧、缺血、营养缺乏使皮肤失去正常功能，最后出现组织的破损或者坏死现象。一旦发生褥疮，不仅仅让患者很痛苦，严重的时候还会因为感染而引起白血病危及生命。需要在轮椅久坐的人容易在臀部、腿部或尾椎附近部位产生褥疮。开发一款可以预防褥疮产生的轮椅有望帮助需要久坐轮椅的人群。
为预防褥疮的技术方案和研发产品较多，其中专利“一种加强型充气防褥疮装置”(CN201922481949.9)采用了多层充气、吸盘固定的方式，但是该专利使用场景单一；专利“一种按键式防褥疮床垫”(CN202020492122.8)采用了按键式的方式按摩身体防止褥疮，缺点是不方便移动，且只能为卧式使用。专利“一种糜子防褥疮垫”(CN202022890808.5)采用了可拆卸圈的方式，缺点是对于重度残疾的人士，必须要他人帮助才可较为顺利的更换坐垫方式。
发明内容
针对现有技术上存在的上述不足，本发明提供一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅，实现防止久坐轮椅人群产生褥疮的病症。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅，包括背包背板、辅助直立扶手、轮椅框架、脚支撑架、小轮及大轮。所述背包背板安装在所述轮椅框架上，辅助直立扶手设置在轮椅框架的两侧，充气坐垫由套筒固定在轮椅框架上；柔性机械手固定在纵向机械手调控平台上，伸缩气动杆安装在背包背板的内部，所述纵向机械手调控平台由伸缩气动杆驱动，纵向机械手调控平台带动柔性机械手达到调节其高度的目的。
所述柔性机械手穿过背包背板与纵向机械手调控平台连接，使第一节柔性机械手单元键块间块可以绕着该导杆转动并同时沿着该导杆通过纵向机械手调节平台的控制滑动。柔性机械手由一个单元键块端块和若干单元键块间块连接而成，两个单元键块间通过单元键块转轴与单元键块转轴轴套相配合连接，以保证单元键块端块与单元键块间块间互相绕转轴转动，所述柔性机械手的单元键块间块数量可由使用人的体型和使用习惯自行确定。所述单元键块端块由端块外壳、纤维带咬合销、UWB天线及红外发射接收器及端块信号处理电路一体成型，并通过排线由背板背包为其提供电力；端块外壳与单元键块转轴轴套及弹簧安装座一体成型。所述单元键块间块的间块外壳与单元键块转轴轴套、单元键块转轴及弹簧安装座一体成型；一对压缩弹簧通过弹簧安装座与间块外壳或端块外壳相连，其自然状态可以使两个柔性机械手单元键块外凸。柔性机械手单元键块间块内部安装有转子电机，转子电机连接纤维带转轴，纤维带转轴连接纤维带并通过间块外壳的预留孔位伸出间块外壳并通过纤维带咬合销与下一个柔性机械手单元键块相连。转子电机通过纤维带转轴可以将纤维带卷起或松开，以控制两个柔性机械手单元键块之间的摆角，确定整条柔性机械手的形态。
所述充气坐垫由坐垫中心区、坐垫右前区、坐垫左前区、坐垫左后区、坐垫右后区5个相互分隔的气室组成，各气室可以单独进行充气或放气操作；
所述充气坐垫内置的温度传感器用于收集使用者与坐垫接触的温度，通过半导体式冷热风式温度控制器向充气坐垫内泵入适宜温度的冷热空气，可以迅速调控充气坐垫的温度，使其温度保持防止褥疮发生的适宜范围，防止褥疮的形成；充气坐垫内置的气压传感器可以收集气压，通过气压计算患者体重变化，并通过背包背板内的控制电路板整理数据，可以让使用者获得更好的护理；同时，气压传感器可以检测坐垫气室是否漏气，若漏气可提醒使用者尽快维修。
所述辅助直立扶手为人体工学设计，可以提供向上的支撑力与横向的固定，且操作体验舒适，辅助直立扶手为可调高度设计，方便不同人群使用，横向力握把通过触点开关可以驱动柔性机械手工作。
所述背包背板外形采用人体工程学设计，并可以根据使用人的体型选择S/M/L/XL/XXL五个型号；背包背板通过遥控器/控制开关/手机APP进行模式选择，选择不同模式时长及功能顺序。
所述纤维带材料包括尼龙、聚酰亚胺、聚醚醚酮或纤维增强型柔性材料。
与现有技术相比，本发明优点在于：该防褥疮轮椅可以随时随地使用，不受场地限制。柔性机械手可以辅助使用人站立并使臀部肌肉完全放松，以达到防褥疮的作用；使用者在柔性机械手辅助及保护下，通过握紧辅助直立扶手进行直立过程，可以模拟双杠支撑动作、实现锻炼胸部、肩部、背部和上肢肌肉，还可以提高平衡感。锻炼可以提高心肺功能，同时改善使用者精神状态，调节使用者情绪。
附图说明
图1为防褥疮轮椅的结构示意图；
图2为防褥疮轮椅的充气坐垫示意图；
图3为防褥疮轮椅的背包背板示意图；
图4为防褥疮轮椅的背包背板内部示意图
图5为防褥疮轮椅的辅助直立扶手示意图；
图6为单元键块端块示意图；
图7为单元键块端块仰视内部示意图；
图8为单元键块间块示意图；
图9为单元键块间块仰视内部示意图；
图10为柔性机械手单元键块间连接方式示意图；
图11为柔性机械手单元键块间连接方式沿A-A面剖视图；
图12为柔性机械手单元键块间连接自由状态(极限凸起状态)；
图13为柔性机械手单元键块间连接极限压缩状态(极限凹陷状态)；
图14为柔性机械手单元键块间连接平直压缩状态(平状态)。
在上述附图中，1-背包背板，2-辅助直立扶手，3-充气坐垫，4-轮椅框架，5-脚支撑架，6-小轮，7-大轮，11-柔性机械手，12-背板背包外壳，13-后背板，14-伸缩气动杆，15-纵向机械手调控平台，16-锂电池及其充放电保护电路，17-控制电路板，18-气泵，19-充放气口，21-横向力握把，22-手臂支撑台，23-可调高度架，30-坐垫中心区，31-坐垫右前区，32-坐垫左前区，33-坐垫左后区，34-坐垫右后区，111-单元键块端块，112-单元键块间块，1101-端块外壳，1102-纤维带咬合销，1103-单元键块转轴轴套，1104-弹簧安装座，1105-UWB天线及红外发射接收器，1106-端块信号处理电路，1107-间块外壳，1108-压缩弹簧，1109-纤维带，1110-单元键块转轴，1111-纤维带转轴，1112-转子电机。
具体实施方式
实施例
以下描述本发明的具体内容以使本领域技术人员能够实现本发明。所描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
参见图1～图14，本发明的实施例为一种防褥疮轮椅，包括背包背板1、辅助直立扶手2、充气坐垫3、轮椅框架4、脚支撑架5、小轮6及大轮7。其中，背包背板1、辅助直立扶手2、充气坐垫3、脚支撑架5、小轮6、大轮7均安装在轮椅框架4上。所述的辅助直立扶手2分别位于所述轮椅框架4的两侧，通过固定螺栓固定在轮椅框架4上，辅助直立扶手2可以调节至适当高度。充气坐垫3通过套筒固定在轮椅框架4上，所述充气坐垫3由坐垫中心区30、坐垫右前区31、坐垫左前区32、坐垫左后区33、坐垫右后区34五个相互分隔的气室组成，所述充气坐垫3各气室可以单独进行充气或放气操作，各气室支撑使用者的身体重量压力，可以将一个或几个气室分组编排，可以交替批量进气支撑或放气悬空，根据信号启动和控制气泵18，将气体通过充放气口19泵入或泵出充气坐垫3对应的气室，形成不同气室间的高低差，从而避免坐垫与使用者身体接触位置的被动运动，避免长时间的局部压迫。充气坐垫3内置的温度传感器可以收集使用者与坐垫接触的温度，通过半导体式冷热风式温度控制器向充气坐垫内泵入适宜的冷热空气，可以迅速调控充气坐垫的3温度，使其温度保持防止褥疮发生的适宜范围，避免褥疮的形成。充气坐垫3内置的气压传感器可以收集气压，并通过气压计算使用者体重变化，并通过背包背板1内的控制电路板17整理数据，让使用者获得更好的护理。同时，气压传感器可以检测坐垫气室是否漏气，若漏气可提醒使用者尽快维修。
所述背包背板1固定在轮椅框架4上。背包背板1包含柔性机械手11、背板背包外壳12、后背板13、伸缩气动杆14、纵向机械手调控平台15、锂电池及其充放电保护电路16、控制电路板17、充气坐垫充放气气泵18、充气坐垫充放气口19。所述柔性机械手11固定在纵向机械手调控平台15上，纵向机械手调控平台15由一个伸缩气动杆14驱动，伸缩气动杆14固定在背包背板1上，通过伸缩气动杆14的运动带动纵向机械手调控平台15达到更改柔性机械手11高度的目的。所述柔性机械手11通过一个焊接于背包背板1上的导杆与背包背板1相连，使得第一节单元键块间块112可以绕着该导杆转动并同时沿着该导杆通过纵向机械手调节平台15的控制滑动。柔性机械手11由一个单元键块端块111和若干单元键块间块112构成，两个单元键块间通过柔性机械手单元转轴1110与柔性机械手单元转轴轴套1103相连，保证两块间可以互相绕转轴转动。单元键块间块112数量可由使用人的体型和使用习惯自行拆装。其中，单元键块端块111由端块外壳1101、纤维带咬合销1102、UWB天线及红外发射接收器1105、端块信号处理电路1106组成，并通过排线由背板背包1为其提供电力。端块外壳1101与单元键块转轴轴套1103及弹簧安装座1104一体成型。单元键块端块111通过UWB芯片及其天线对测试点的距离做出计算，确定其具体位置，红外发射接收器通过红外信号进行障碍信号收集并通过端块信号处理电路1106处理信号做出反应同时上传至背板背包1内部的控制电路板17，单元键块端块111主要负责方向识别、物体及人体避让及运行信号处理等功能；单元键块间块112由间块外壳1107、压缩弹簧1108、弹簧安装座1104、纤维带1109、纤维带咬合销1102、单元键块转轴1110、单元键块转轴轴套1103、纤维带转轴1111、转子电机1112构成，并由背板背包主体1为其提供电能。其中，间块外壳1107、单元键块转轴轴套1103、单元键块转轴1110及弹簧安装座1104一体成型。一对压缩弹簧1108通过弹簧安装座1104与间块外壳1107或端块外壳1101相连，其自然状态可以使两个柔性机械手单元块外凸；柔性机械手单元块间块112内部安装有转子电机1112，转子电机1112连接纤维带转轴1111，纤维带转轴1111连接纤维带1109并通过间块外壳1107的预留孔位伸出间块外壳1107并通过与纤维带咬合销1102与下一个柔性机械手单元键块相连。其中纤维带1109装置材料为聚酰亚胺纤维增强型柔性材料，转子电机1112通过纤维带转轴1111可以将纤维带1109卷起或松开，以控制两个柔性机械手单元键块之间的摆角，以确定整条柔性机械手11的形态。同时辅助直立扶手2与柔性机械手11可以共同作用，让使用者在使用期间更加舒适。控制电路板17内置的加速度传感器可以通过数据判断使用者轮椅的运行状况，以确定是否需要将使用者固定。柔性机械手11及充气坐垫3可以通过收集用户使用习惯及身形等数据，制定更好的工作方式及路径。
具体操作过程：预先开始时，柔性机械手11放置与轮椅两侧并收缩成休眠状态(图1左侧柔性机械手状态)，调节辅助直立扶手2高度和柔性机械手11的长度后，使用者或辅助人通过遥控器、手机或控制板设置柔性机械手束紧位置的高度信息，同时设置充气坐垫3的放气模式及时长；在听到测试提示后，使用者将双手及小臂放置到对应辅助直立扶手2上、并握紧横向力握把21，触发触点开关后，柔性机械手11开始工作，并逐渐将使用人束紧在背包背板1上，充气坐垫3放气，使用者两股及臀部处于自由状态；再次听到提示音后，柔性机械手11会再次收缩成休眠状态，此时使用者可以坐回充气坐垫并松开横向握把21。在两次束紧状态间，充气坐垫3可以通过多种其他辅助模式局部放松使用者两股及臀部，以达到促进血液循环、预防褥疮的效果。
模式一：放气模式
通过柔性机械手11和辅助直立扶手2将使用人的高度固定，同时将充气坐垫3的五个工作区域放气。此模式将使用者臀部及两股区域悬空、处于自由状态，促进其血液正常流通，防止褥疮产生。
模式二：充气模式
柔性机械手11进入休眠模式，同时充气坐垫3的五个区域全部充气。此模式可以调节坐垫温度，降低使用者臀部及双股区域的平均压强，防止褥疮的产生。
模式三：边缘放气模式
柔性机械手11进入休眠状态，坐垫中心区30充气，其它区域放气。此模式可以将使用者两股及臀部后侧局部悬空，增强其血液流通，防止褥疮的产生。
模式四：中心放气模式
柔性机械手11进入休眠状态，坐垫中心区30区放气，其他区域充气。此模式可以将使用者臀部局部悬空，增强其血液流通，防止褥疮的产生。
模式五：后部放气模式1
可以根据使用者选择柔性机械手11是否需要工作，充气坐垫坐垫右前区31及坐垫左前区32放气，其余区域充气。此模式可以放松使用者两股区域，促进其血液循环，防止褥疮的产生。
模式六：后部放气模式2
可以根据使用者选择柔性机械手是否需要工作，坐垫中心区30区、坐垫右前区31及坐垫左前区32放气，其余区域充气。此模式可以放松使用者两股区域及臀部大部分区域，促进其血液循环，防止褥疮的产生。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中陈述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种基于柔性机械手的防褥疮轮椅，包括背包背板(1)、辅助直立扶手(2)、轮椅框架(4)、脚支撑架(5)、小轮(6)、大轮(7)，其特征在于：所述背包背板(1)安装在所述轮椅框架(4)上，辅助直立扶手(2)设置在轮椅框架(4)的两侧，充气坐垫(3)由套筒固定在轮椅框架(4)上；柔性机械手(11)固定在纵向机械手调控平台(15)上，伸缩气动杆(14)安装在背包背板(1)的内部，所述纵向机械手调控平台(15)由伸缩气动杆(14)驱动纵向机械手调控平台(15)，带动柔性机械手的(11)高度变化；
所述柔性机械手(11)穿过背包背板(1)与纵向机械手调控平台(15)连接，使第一节柔性机械手单元键块间块(112)可以绕着导杆(10)转动并同时沿着该导杆通过纵向机械手调节平台(15)的控制滑动，柔性机械手(11)由一个单元键块端块(111)和若干单元键块间块(112)连接而成，两个单元键块间通过单元键块转轴(1110)与单元键块转轴转轴(1103)相配合连接，以保证单元键块端块(111)、单元键块间块(112)间互相绕转轴转动，所述柔性机械手的单元键块间块(112)数量可由使用人的体型和使用习惯自行确定；
所述单元键块端块(111)由端块外壳(1101)、纤维带咬合销(1102)、UWB天线及红外发射接收器(1105)及端块信号处理电路(1106)一体成型，并通过排线由背板背包(1)的电源为其提供电力；端块外壳(1101)与单元键块转轴轴套(1103)及弹簧安装座(1104)一体成型；
所述单元键块间块(112)的间块外壳(1107)与单元键块转轴轴套(1103)、单元键块转轴(1110)及弹簧安装座(1104)一体成型；一对压缩弹簧(1108)通过弹簧安装座(1104)与间块外壳(1107)或端块外壳(1101)相连，其自然状态可以使两个柔性机械手单元块外凸；
所述柔性机械手单元键块间块(112)内部安装有转子电机(1112)，转子电机(1112)连接纤维带转轴(1111)，纤维带转轴(1111)连接纤维带(1109)并通过间块外壳(1107)的预留孔位伸出间块外壳(1107)并通过与纤维带咬合销(1102)与下一个柔性机械手单元键块相连；
所述转子电机(1112)通过纤维带转轴(1111)可以将纤维带(1109)卷起或松开，以控制两个柔性机械手单元键块之间的摆角，用于确定整条柔性机械手(11)的形态。
2.根据权利要求1所述基于柔性机械手的防褥疮轮椅，其特征在于：所述充气坐垫(3)由坐垫中心区(30)、坐垫右前区(31)、坐垫左前区(32)、坐垫左后区(33)、坐垫右后区(34)5个相互分隔的气室组成，各气室可以单独进行充气或放气操作。
3.根据权利要求1或2所述基于柔性机械手的防褥疮轮椅，其特征在于：所述充气坐垫(3)内置的温度传感器用于收集使用者与坐垫接触的温度，通过半导体式冷热风式温度控制器向充气坐垫(3)内泵入适宜温度的冷热空气，可以迅速调控充气坐垫(3)的温度，使其温度保持防止褥疮发生的适宜范围，防止褥疮的形成；所述充气坐垫(3)内置的气压传感器可以收集气压，通过气压计算患者体重变化，并通过背包背板(1)内的控制电路板(17)整理数据，可以让使用者获得更好的护理；同时，气压传感器可以检测坐垫气室是否漏气，若漏气可提醒使用者尽快维修。
4.根据权利要求1所述基于柔性机械手的防褥疮轮椅，其特征在于：所述辅助直立扶手(2)为人体工学设计，可以提供向上的支撑力与横向的固定，且操作体验舒适，辅助直立扶手(2)高度可调，方便不同人群使用，横向力握把(21)通过触点开关驱动柔性机械手工作。
5.据权利要求1所述基于柔性机械手的防褥疮轮椅，其特征在于：所述背包背板(1)外形采用人体工程学设计，并可以根据使用人的体型选择S/M/L/XL/XXL五个型号；背包背板(1)通过遥控器/控制开关/手机APP进行模式选择，选择不同模式时长及功能顺序。
6.根据权利要求1所述基于柔性机械手的防褥疮轮椅，其特征在于：所述纤维带(1109)材料包括尼龙、聚酰亚胺、聚醚醚酮或纤维增强型柔性材料。
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