多功能護(hù)理床智能技術(shù)的研究進(jìn)展*

李素姣，朱華瑞，胡冰山△，喻洪流，蘇穎兵

(1.上海理工大學(xué)康復(fù)工程與技術(shù)研究所，上海200093；2.上?？祻?fù)器械工程技術(shù)研究中心，上海200093)

1 引 言

據(jù)全國老齡辦統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2019年末，我國60周歲及以上的老人為25 388萬人，占總?cè)丝诘?8.1%，而需要長期臥床的失能或部分失能老人約為4 000萬人。此外，由疾病及事故造成的殘障人士的護(hù)理康復(fù)需求也日益凸顯。老齡化的嚴(yán)重加劇和龐大的臥床患者數(shù)量給醫(yī)療資源和護(hù)理工作帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，進(jìn)而導(dǎo)致護(hù)理質(zhì)量的不足及護(hù)理效率低下[1]。護(hù)理床作為一種最主要的康復(fù)護(hù)理設(shè)備，有效緩解了護(hù)理人員對(duì)臥床患者的護(hù)理壓力。但是，傳統(tǒng)護(hù)理床遠(yuǎn)不能滿足不同程度的失能臥床患者的日常需求，因此，多功能智能護(hù)理床已成為國內(nèi)外眾多康復(fù)器械研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的研究熱點(diǎn)，一系列適用于各類應(yīng)用場景和不同患者需求的多功能智能護(hù)理床產(chǎn)品被相繼開發(fā)。

與傳統(tǒng)護(hù)理床相比，多功能護(hù)理床可以根據(jù)患者實(shí)際需求提供相應(yīng)輔助功能，如坐臥姿態(tài)轉(zhuǎn)換、輔助翻身、溫度檢測等，這為臥床患者自行處理日常生活提供了極大方便，增加了患者自主護(hù)理能力[2]。多功能護(hù)理床智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大大緩解了護(hù)理人員的工作壓力，也讓患者護(hù)理工作變得數(shù)字化、智能化。

我們?cè)诓殚唶鴥?nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析多功能護(hù)理床智能控制技術(shù)的研究發(fā)展，基于功能類型將護(hù)理床分為基礎(chǔ)功能型、二便護(hù)理型和自主移動(dòng)型，重點(diǎn)闡述護(hù)理床智能控制中最為關(guān)鍵的自動(dòng)對(duì)接技術(shù)及其原理，并進(jìn)一步總結(jié)目前多功能智能護(hù)理床的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)趨勢。

2 基礎(chǔ)功能型

基礎(chǔ)功能型護(hù)理床主要針對(duì)需要臥床康復(fù)的術(shù)后患者或存在運(yùn)動(dòng)障礙不能獨(dú)立坐臥、曲腿伸展、翻身等一般臥床患者。護(hù)理床發(fā)展之初，僅在木制或鋼制的普通病床上增設(shè)護(hù)欄、輸液桿、腳輪、接便盆等。90年代后隨著機(jī)電和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)護(hù)理床逐漸取代傳統(tǒng)護(hù)理床[3]。經(jīng)過近三十年的發(fā)展，起背、抬腿已成為多功能護(hù)理床的基本功能，其床體結(jié)構(gòu)見圖1。通過連桿鉸鏈結(jié)構(gòu)和直線推桿結(jié)構(gòu)來幫助患者實(shí)現(xiàn)姿態(tài)變換，部分護(hù)理床還能實(shí)現(xiàn)床體左右側(cè)翻和側(cè)平[4]，可以更好地降低和預(yù)防褥瘡等并發(fā)癥的發(fā)病率。其中各姿態(tài)變換模塊具體參數(shù)參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88《中國成年人人體尺寸》，外形設(shè)計(jì)等遵循人機(jī)工程學(xué)，符合大多數(shù)使用者的日常習(xí)慣[5]。

美國Hill-Rom公司推出的Care Assist系列多功能護(hù)理床及Centrella電動(dòng)護(hù)理床均將床體與輪椅功能融為一體。前者見圖2[6]，可完成抬腿、起背、空間轉(zhuǎn)移等，而后者還可以調(diào)整床面高度，并能夠通過配備的充氣床墊達(dá)到預(yù)防褥瘡的效果，但該類型護(hù)理床體積大，占用較大空間，且笨重的床體不利于推行轉(zhuǎn)移，難以適用大眾家庭及普通病房狹小的空間，因此，多應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

基礎(chǔ)型護(hù)理床能夠滿足普通患者術(shù)后臥床康復(fù)和存在運(yùn)動(dòng)障礙的一般失能患者的日常生活，而既能完成臥床護(hù)理，又有較好移動(dòng)能力的護(hù)理床還需進(jìn)一步開發(fā)改進(jìn)[7-8]。

圖2 Care Assist護(hù)理床Fig.2 Care assist nursing bed

圖3 新松坐便輪椅

3 二便護(hù)理型

除了幫助患者改變臥床姿態(tài)，二便問題同樣是護(hù)理工作中較為繁瑣的環(huán)節(jié)，如何保證患者或失能老人便捷舒適地完成大小便是護(hù)理設(shè)備研發(fā)的重點(diǎn)之一[9]。針對(duì)不同程度失能患者大小便處理需求，護(hù)理床技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷階段見表1。

表1 護(hù)理技術(shù)發(fā)展

技術(shù)發(fā)展促進(jìn)護(hù)理工作由純?nèi)斯ぽo助到全自動(dòng)智能處理的轉(zhuǎn)變。圖3為日本新松坐便椅，患者被轉(zhuǎn)移至坐便椅后，護(hù)理人員將坐便椅移至馬桶上方，調(diào)整高度使底部貼合馬桶坐墊圈，完成患者大小便[10]，該設(shè)計(jì)缺點(diǎn)在于其轉(zhuǎn)移患者的過程繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無法完全實(shí)現(xiàn)普通輪椅的功能；而國產(chǎn)魚躍輪椅采用一體化設(shè)計(jì)思路，將輪椅與坐便椅相結(jié)合，與前者相比，在保留了輪椅所有正常功能的前提下，增加了坐便椅的如廁功能，可在室內(nèi)配合馬桶使用，也可以在戶外使用抽式便盆。但二者在解決長期臥床患者的二便問題上仍顯得過于繁瑣。

為避免患者在轉(zhuǎn)移過程中受到二次傷害，降低醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度，市面上多采用嵌入式便袋或電動(dòng)升降盆幫助患者在臥床狀態(tài)完成二便護(hù)理，該方式因其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，在各種護(hù)理場景下得到廣泛應(yīng)用。采用此方式的問題在于便后處理相對(duì)麻煩，極易污染床體，因此，全自動(dòng)二便護(hù)理機(jī)器人的設(shè)計(jì)研發(fā)得到了國內(nèi)外研究人員的密切關(guān)注。

日本自2008年起連續(xù)開發(fā)了四種二便護(hù)理機(jī)器人[11-14]，其中Ever Care全自動(dòng)護(hù)理機(jī)器人，見圖4。該裝置內(nèi)部包含二便自動(dòng)感應(yīng)器和各種噴嘴(沖洗噴嘴、清潔噴嘴、烘干噴嘴)，患者穿戴后便可以全天候、全自動(dòng)處理大小便，設(shè)備自行感應(yīng)、自動(dòng)沖洗、自動(dòng)暖烘干、自動(dòng)消毒除臭，整個(gè)使用環(huán)境無異味。蘇州伊利諾護(hù)理機(jī)器人的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和當(dāng)前國際主流產(chǎn)品基本相同，見圖5，設(shè)備分為主機(jī)、軟管和工作頭三個(gè)部分，并基于現(xiàn)有智能護(hù)理技術(shù)對(duì)產(chǎn)品用料作出創(chuàng)新，如護(hù)理機(jī)器人工作頭與人體連接處包褲采用Clear Max特種抗菌纖維制成，穿戴方便透氣性好可水洗，大大提升患者舒適度并在一定程度上有效預(yù)防褥瘡。高度智能伴隨著高昂價(jià)格，普通家庭難以承擔(dān)。

圖4 Ever Care護(hù)理機(jī)器人 Fig.4 Ever Care nursing robot

由上可知，從最初將患者轉(zhuǎn)移至輪椅輔助排便到二便裝置基于護(hù)理床的嵌入式設(shè)計(jì)，護(hù)理人員均需要提前做準(zhǔn)備工作，嵌入式設(shè)計(jì)帶來的便后處理工作同樣繁瑣。全自動(dòng)護(hù)理機(jī)器人將二便裝置作為獨(dú)立模塊置于床旁與護(hù)理床配合使用，不僅提高了護(hù)理人員工作效率也保證了患者二便舒適度，但高昂的價(jià)格使其在普通護(hù)理場景下難以普及。

注：1.機(jī)器人主機(jī)；2.連接軟管；3.工作頭

4 自主移動(dòng)型

護(hù)理人員照看患者時(shí)，尤其對(duì)于術(shù)后或是身體需要保持相對(duì)穩(wěn)定的患者，轉(zhuǎn)移難度極大[15]，因此，床椅一體化護(hù)理床開始被設(shè)計(jì)研發(fā)，該類產(chǎn)品旨在開發(fā)一款兼具床和輪椅功能的護(hù)理床，可以省去患者由床體至輪椅的轉(zhuǎn)移過程，并具備一定的自主移動(dòng)功能[16-17]。

傳感器技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了自主移動(dòng)設(shè)備在醫(yī)學(xué)和空間探索等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[18]，而在多功能護(hù)理床研發(fā)方面，基于現(xiàn)有的自主移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，多功能護(hù)理床的分離對(duì)接和自主移動(dòng)功能逐漸趨于成熟。分離對(duì)接基于護(hù)理床功能模塊化概念，即將護(hù)理床分為床體和智能輪椅兩個(gè)模塊，患者可根據(jù)自身需求使用相應(yīng)功能。如對(duì)接態(tài)時(shí)，護(hù)理床具備輔助患者抬腿、起背、翻身等基本功能；分離態(tài)時(shí)，患者可使用智能輪椅自主移動(dòng)，解決轉(zhuǎn)移出行問題。

4.1 分離對(duì)接方式

基于可分離式護(hù)理床的研究，床椅分離對(duì)接方式可分為側(cè)向分離式和中央嵌入式。

4.1.1側(cè)向分離式 側(cè)方位對(duì)接分離是當(dāng)前較為常見的分離對(duì)接方式，醫(yī)護(hù)人員需提前將患者轉(zhuǎn)移至輪椅一側(cè)，再進(jìn)行床椅分離，移動(dòng)對(duì)接?；诖搀w結(jié)構(gòu)大體可分為單邊結(jié)構(gòu)和雙邊結(jié)構(gòu)。

單邊結(jié)構(gòu)床體對(duì)接側(cè)預(yù)留對(duì)接豁槽，輪椅通過自身傳感器及運(yùn)動(dòng)控制器經(jīng)過相關(guān)算法融合和運(yùn)動(dòng)校準(zhǔn)，從床體預(yù)留對(duì)接豁槽側(cè)橫向移動(dòng)至床體內(nèi)，再由坐姿轉(zhuǎn)換為平躺姿態(tài)，從而完成對(duì)接，見圖6。胡木華等[19]開發(fā)了模塊化、多姿態(tài)變換的E-Bed系統(tǒng)。采用多類傳感器如激光雷達(dá)、碰撞傳感器等采集輪椅位姿數(shù)據(jù)，并結(jié)合電機(jī)控制最終實(shí)現(xiàn)床椅自動(dòng)對(duì)接。雙邊結(jié)構(gòu)則是將對(duì)接側(cè)床體設(shè)計(jì)成折疊開合式，輪椅先由平躺姿態(tài)轉(zhuǎn)換為坐姿，待對(duì)接側(cè)完全打開后移出床體，在收到對(duì)接指令后，對(duì)接側(cè)床體保持打開狀態(tài)，輪椅進(jìn)入床體后再自動(dòng)合上，此時(shí)輪椅轉(zhuǎn)換回平躺姿態(tài)，完成分離和對(duì)接。同單邊結(jié)構(gòu)相比，雙邊結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，床體占地面積大且對(duì)接過程對(duì)空間要求較高，但對(duì)患者安全性更佳。

圖6 E-Bed系列[19]

4.1.2中央嵌入式 中央嵌入式護(hù)理床輪椅位于床體中部，由床尾部完成分離和對(duì)接，同側(cè)向分離式相比，解決了智能輪椅水平橫移的難題。

上世紀(jì)90年代，Mascaro便提出可重構(gòu)的輪椅床系統(tǒng)，床體采用雙邊結(jié)構(gòu)，輪椅位于床體中部，并通過姿態(tài)變換實(shí)現(xiàn)床椅系統(tǒng)的重構(gòu)[20]。其控制原理同側(cè)向分離式基本相同，輪椅轉(zhuǎn)換為坐姿后由床尾部向前駛出，收到對(duì)接指令后，輪椅在床體附近任意位置逐步調(diào)整位姿至背對(duì)床體尾部并向后駛?cè)氪搀w實(shí)現(xiàn)床椅對(duì)接，最終由坐姿轉(zhuǎn)換為平躺姿態(tài)。見圖7，由王海濤等[21]設(shè)計(jì)研發(fā)的分體式多功能護(hù)理床，床椅對(duì)接采用中央嵌入式，輪椅采用翻身電機(jī)、導(dǎo)桿配合安裝架和翻身輪實(shí)現(xiàn)翻身功能，床體雙邊結(jié)構(gòu)可有效防止臥床患者滑落。同側(cè)向分離式相比，雙邊結(jié)構(gòu)無需提前將患者由床體側(cè)轉(zhuǎn)移至輪椅側(cè)，而中央嵌入式結(jié)構(gòu)為患者翻身問題預(yù)留了解決空間，結(jié)合自動(dòng)翻身機(jī)構(gòu)可有效預(yù)防患者褥瘡。

(a) 實(shí)物圖 (b) 翻身功能示意圖

4.2 分離對(duì)接原理

智能輪椅自主移動(dòng)問題多基于自主導(dǎo)航機(jī)器人的研究，早期大都基于商用電動(dòng)輪椅進(jìn)行改裝[22-24]，而自主導(dǎo)航功能基于機(jī)器人的感知、定位、規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)[25]，其中定位不僅是智能輪椅實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的核心與前提，也是實(shí)現(xiàn)與床體對(duì)接的基礎(chǔ)。

移動(dòng)機(jī)器人的定位技術(shù)可分為局部定位與全局定位兩種[26]。局部定位是指機(jī)器人通過自身航跡推算或通過特征匹配獲取自身與環(huán)境中目標(biāo)物的相對(duì)位姿，常見方法有模板匹配及局部特征提取等。全局定位技術(shù)則指對(duì)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)環(huán)境的定位，如室外的全局定位實(shí)現(xiàn)常借助全球定位系統(tǒng)GPS，而室內(nèi)常見的定位技術(shù)有超寬帶(ultra wideband，UWB)定位技術(shù)[27]、紅外室內(nèi)定位技術(shù)、基于視覺的定位技術(shù)和激光雷達(dá)室內(nèi)定位技術(shù)等。無論使用哪種技術(shù)，研究人員及市場在定位精度、抗環(huán)境干擾能力、成本問題等方面，根據(jù)應(yīng)用場景有所側(cè)重[28]，以獲取最佳方案。基于護(hù)理床應(yīng)用場景，常見自動(dòng)對(duì)接技術(shù)有基于紅外與超聲波對(duì)接、激光雷達(dá)定位對(duì)接和基于視覺定位對(duì)接。

4.2.1紅外與超聲波定位對(duì)接 紅外定位主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法，第一種是紅外織網(wǎng)，通過多對(duì)發(fā)射器和接收器制成的紅外線網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位；另一種是通過安裝多個(gè)紅外傳感器測量信號(hào)源的距離和角度，從而計(jì)算出定位對(duì)象所在位置。單獨(dú)使用紅外定位成本頗高，此外，紅外在室內(nèi)易被障礙物遮擋，且易受熱源燈光等干擾導(dǎo)致定位效果不佳。超聲波定位的實(shí)現(xiàn)基于超聲波測距，常見的方法有單向測距法和反射測距法，后者在室內(nèi)物體定位中最為常見，即發(fā)射超聲波并接收回波，根據(jù)回波與發(fā)射波的延時(shí)時(shí)差計(jì)算出目標(biāo)物距離。超聲波傳感器的檢測結(jié)果受障礙物表面材料反射率的影響，當(dāng)障礙物表面材料不可反射或反射效果不理想時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致定位偏差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中多采用紅外與超聲波融合定位方式，其測距原理見圖8。

圖8 紅外超聲測距原理圖Fig.8 Schematic diagram of infrared ultrasonic ranging

圖8中，接收端根據(jù)紅外接收信號(hào)、超聲波接受信號(hào)測量得時(shí)差為t2，考慮紅外接收端本身延時(shí)為t1，再考慮超聲波接收電路本身延時(shí)t0，實(shí)際超聲波在空氣介質(zhì)傳播的時(shí)間T為：

T=t-t0=t1+t2-t0

(1)

再考慮接收端采樣頻率有限造成的量化誤差，可以把超聲波在空氣介質(zhì)傳播的時(shí)間進(jìn)一步估算為：

(2)

則距離D估算為：

(3)

其中fT為計(jì)數(shù)器技術(shù)頻率。

該技術(shù)應(yīng)用到移動(dòng)設(shè)備(如輪椅)上時(shí)，安裝于輪椅的信號(hào)發(fā)射端同時(shí)發(fā)出紅外與超聲波信號(hào)，由于紅外信號(hào)傳播速度遠(yuǎn)大于超聲波，可以基本忽略紅外信號(hào)的延時(shí)，床體接收端的多路接收電路一旦收到紅外信號(hào)，立即進(jìn)行超聲波定時(shí)計(jì)數(shù)，直到接收到各路超聲波信號(hào)立即停止計(jì)數(shù)，并將多路采集數(shù)據(jù)通過相關(guān)的定位算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)床體的精確定位。由于患者所處室內(nèi)環(huán)境動(dòng)態(tài)性較低，室內(nèi)面積有限且溫度變化不大，在合理控制環(huán)境因素的前提下，紅外超聲波融合定位技術(shù)的優(yōu)勢得到明顯展現(xiàn)。

同時(shí)定位與地圖共建(simultaneous localization and mapping，SLAM)一直是移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱門技術(shù)[29]，它通過從外部傳感器接收感知信息來更新移動(dòng)機(jī)器人的定位及周邊環(huán)境信息[30]。目前已有很多感知工具、方法和相關(guān)算法[31]，其中激光雷達(dá)和視覺傳感器在SLAM中最為常用[32]。

4.2.2激光雷達(dá)定位對(duì)接 相對(duì)視覺傳感器，激光雷達(dá)能夠提供更加魯棒、準(zhǔn)確和噪聲水平穩(wěn)定的測量信息，且對(duì)光照條件相對(duì)不敏感。目前激光雷達(dá)的測量原理主要有脈沖法、相干法和三角法，前兩種因其對(duì)硬件水平要求高，測量精度高，多用于高精尖領(lǐng)域，如國防軍事，而三角法成本低且精度滿足大部分商用及民用需求，故廣泛應(yīng)用于民用場景?；谌欠ㄔ淼募す饫走_(dá)測量原理見圖9。

按入射光束與被測物體表面法線的角度關(guān)系可以分為直角式和斜射式，激光發(fā)射器以一定的角度發(fā)射激光照射被測目標(biāo)，激光在目標(biāo)表面發(fā)生反(散)射后利用透鏡對(duì)反射激光匯聚成像，光斑成像在感光耦合組件(charge-coupled device，CCD)位置傳感器上。以斜射式為例，AB為激光發(fā)射器中心與CCD中心的距離，BC為透鏡焦距f，C′為被測目標(biāo)距離基線無窮遠(yuǎn)處時(shí)反射光線在光敏單元上成像的極限位置，C′D′為光斑在光敏單元上偏離極限位置的位移，記為x′，當(dāng)系統(tǒng)光路確定時(shí)，α、AB與f均為已知參數(shù)，由幾何關(guān)系知△ABO1′～△C′D′B，可知：

圖9 激光雷達(dá)三角法光路圖

(4)

(5)

(6)

可將CCD位置傳感器的軸與AB平行假設(shè)為坐標(biāo)y軸，則通過算法得到的激光點(diǎn)像素坐標(biāo)為(M，N)，從而得到x′的值為：

x′=CellSize·M+DeviationValue

(7)

其中CellSize是光敏單元上單個(gè)像素的尺寸，DeviationValue是通過像素點(diǎn)計(jì)算的投影距離和實(shí)際距離x′的偏差值。

當(dāng)被測目標(biāo)與AB產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，x變?yōu)閤1′，則可得被測目標(biāo)運(yùn)動(dòng)距離y為：

(8)

激光雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至搭載機(jī)器人操作系統(tǒng)( robot operating system，ROS)的主機(jī)，并進(jìn)行相應(yīng)濾波處理及算法優(yōu)化，從而對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的位姿測算。因此，對(duì)于主機(jī)的計(jì)算能力有一定的要求。以輪椅為例，激光雷達(dá)一般安裝于輪椅前端距離地面5～10cm處，通過激光雷達(dá)掃描室內(nèi)環(huán)境和床體輪廓完成對(duì)室內(nèi)地圖的構(gòu)建及床體標(biāo)定，當(dāng)輪椅移動(dòng)至可對(duì)接范圍時(shí)，激光雷達(dá)檢測到床體輪廓信息，與創(chuàng)建的床體地圖進(jìn)行匹配完成初始定位。而后通過ROS導(dǎo)航系統(tǒng)將輪椅導(dǎo)航至對(duì)接目標(biāo)處，開始緩慢對(duì)接。在運(yùn)動(dòng)過程中輪椅部分與床體部分會(huì)存在一定的角度差，而導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前二者位姿，并不斷調(diào)整姿態(tài)，使得輪椅與床體保持相對(duì)水平固定，直至完全進(jìn)去床體，完成自動(dòng)對(duì)接。激光雷達(dá)自主導(dǎo)航與對(duì)接廣泛應(yīng)用于自動(dòng)充電，自主泊車等領(lǐng)域，家用掃地機(jī)器人則是最典型的應(yīng)用實(shí)例，其對(duì)接精度極大依賴于傳感器的參數(shù)。

4.2.3視覺定位對(duì)接 隨著視覺傳感器的不斷發(fā)展，基于視覺的定位方法近年來得到了深入研究，主要分為三種方式：基于特征匹配的方法、基于場景坐標(biāo)回歸的方法和基于全局位姿回歸的方法。

在室內(nèi)有限空間內(nèi)往往采用較為簡便的圖像匹配算法，圖像匹配是指通過提取圖像中比較顯著的點(diǎn)構(gòu)成數(shù)據(jù)信息，然后與其他圖像的信息進(jìn)行對(duì)比，從而找到多幅圖像間的相關(guān)性。目前，圖像配準(zhǔn)技術(shù)搭配相應(yīng)優(yōu)化算法在各領(lǐng)域的應(yīng)用已較為成熟[33]。而在圖像匹配方法中，基于特征點(diǎn)的方法因其在尺度變換或環(huán)境因素變化時(shí)抗干擾能力強(qiáng)而最為流行。研究者通過設(shè)計(jì)具有明顯特征的人工標(biāo)志或QR碼進(jìn)行簡化定位工作，再通過圖像處理技術(shù)進(jìn)行特征提取或是模板匹配，從而完成對(duì)機(jī)器人位姿獲取[34]。

Zou等[35]提出基于中央嵌入式的護(hù)理床自動(dòng)對(duì)接方式[36]，見圖10。采用安裝于輪椅上方的視覺傳感器，通過傳感器提取床體框架的U形特征及直線與角點(diǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行濾波融合，獲取輪椅及床體的相對(duì)位姿信息。圖11同樣采用中央嵌入式，而對(duì)接方式則采用預(yù)置人工標(biāo)志的方式，通過預(yù)設(shè)在床體底部的T型人工標(biāo)志，獲取更加明確的直線與角點(diǎn)數(shù)據(jù)，同樣能夠獲取輪椅與床體的相對(duì)位姿信息，

圖10 U形可對(duì)接護(hù)理床 Fig.10 U-shaped docking nursing bed

圖11 T形標(biāo)志可對(duì)接護(hù)理床

從而完成對(duì)接[37]。但基于視覺的對(duì)接方法對(duì)環(huán)境光線要求較高，環(huán)境因素影響較大。

5 總結(jié)與展望

多功能護(hù)理床的功能研發(fā)隨著硬件水平及軟件技術(shù)的發(fā)展而趨于多樣化。本文基于護(hù)理床技術(shù)類型的發(fā)展對(duì)多姿態(tài)變換技術(shù)、二便護(hù)理技術(shù)作簡單介紹并闡述其原理，分析了目前自主移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在護(hù)理床端的應(yīng)用，各項(xiàng)技術(shù)方案優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 定位技術(shù)對(duì)比

由上可知，單一技術(shù)無法很好地滿足應(yīng)用需求，多技術(shù)融合如紅外超聲波技術(shù)既可降低功耗，又避免了超聲波傳輸距離有限的問題，實(shí)現(xiàn)單一技術(shù)相互交叉、優(yōu)勢互補(bǔ)。國內(nèi)外研究人員也在大力開發(fā)基于激光技術(shù)與視覺技術(shù)融合定位，可有效解決測算范圍、測算精度及成本問題。

智能護(hù)理是全球產(chǎn)業(yè)競爭的焦點(diǎn)領(lǐng)域，而全自動(dòng)智能輔助更是該領(lǐng)域的技術(shù)核心。護(hù)理床功能研發(fā)已不僅僅圍繞解決患者日常生活需求，各類傳感器的融合使得護(hù)理床具備生理參數(shù)檢測功能，如體溫、血壓、血氧等，此外，搭載在護(hù)理床上的影音設(shè)備為患者帶來娛樂，可有效緩解臥床心理壓力。目前，我國大多數(shù)醫(yī)院和養(yǎng)老院仍在使用造價(jià)較低、功能單一的護(hù)理床，主要因?yàn)閲鴥?nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)業(yè)鏈體不完善，產(chǎn)業(yè)品牌和競爭力弱，雖然研發(fā)水平趕超國際前沿，但在產(chǎn)品綜合性能和可靠性上仍存在差距。國內(nèi)智能護(hù)理床發(fā)展應(yīng)遵循當(dāng)前智能設(shè)備多技術(shù)融合趨勢，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能護(hù)理、智慧養(yǎng)老。