老龄人和残疾人中有部分人无法独立生活，面临着行动不便等问题[1]，为了改善此类群体的生活质量，设计一款集移位、座位器具、淋浴、人体健康特征智能监测等功能于一体的移动式辅助智能医护轮椅，对于保障使用者安全、健康、舒适，降低护理人员的工作强度，提高护理人员的工作效率具有重要的意义。1医疗护理辅助器的发展现状1.1国外设计产品分析20世纪80年代，国外相关康复机构研究出既能满足半失能患者移动，又能减轻医护人员工作强度的室内移动器具。该类产品在欧美等国家已经处于相对领先水平，并广泛应用于半失能患者和老年人的日常护理、照顾等方面。同时，国外的康复产品技术含量较高，并且在人机交互、实用性、安全性能和外观设计等方面都较为成熟，具有代表性的产品主要有辅助站立移位器和固定于墙上的立式升降机。（1）辅助站立移位器。该产品是英国Handicare公司生产的一款能够辅助站立的位移器，主要功能是帮助患者完成坐姿到站立的转换，通过护理人员在底板的脚踏板提供配重，患者能够利用自身的力量，从而使自己完成姿势的转换。但该产品在操作过程中需要一定空间，且在患者站立的过程中有一定安全隐患。（2）墙上的立式升降机。该产品是德国Aacurat公司生产的一款立式固定升降机，由升降机械臂、立式支架和升降机组合而成，将支架通过固定结构固定于墙壁或地面，使用吊具悬挂于机械臂上，达到移动的任务。该产品虽然安装方便使用简单，但还需要护理人员操作，同时需要固定安装，导致移动范围受限。1.2国内设计产品分析（1）升降式位移机。该产品的设计理念是将升降机与吊具相结合，先将吊具固定在患者身上，再将吊具顶端与升降位移机末端的吊钩相连，通过电动推杆遥控升降，最终将患者升起并进行移动。虽然该产品整体的结构相对简单，操作方便，但稳定性和适用性较差，对不同的患者需要采用不同的吊具，要求操作地面必须平坦。（2）助行式位移机。该产品主要是通过支撑患者的下肢，让使用者在架体的支撑下进行移动。虽然结构简单，但只适用于有一定行走能力的患者，所以实用程度受限。（3）推行式位移机。该产品需要患者双手紧握产品的把手，利用自身的臂力使其站立后，再将身后的座椅板旋转置身后并坐于其上，最后由护理人员将其推动于相应位置。产品功能较为单一，且需要通过他人的帮助才能实现位移。2面向半失能患者的医疗护理智能轮椅设计2.1设计思路通过调研和用户群体，根据现有产品的分析，确定研究设计的方向，研究客户需要的功能和心理上的需求，围绕设计需求，具体到设计每个细节，从设计的草图、局部的3D建模验证，制作样机验证整体设计的合理性等。2.2设计内容根据使用场景利用软件进行仿真模拟，制作样机进行功能调试，验证设计功能的合理性，经测试达到设计预期目标。医疗护理智能轮椅的工作流程如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F001图1医疗护理智能轮椅的工作流程2.3系统设计本文中设计的医疗护理智能轮椅用户对象是有行动障碍的患者，轮椅可以帮助患者移动，测量患者心率血氧值，帮助患者完成日常活动。（1）电气系统设计。医疗护理智能轮椅电气理论连接如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F002图2医疗护理智能轮椅电气理论连接医疗护理智能轮椅的电气布局可分为推杆驱动系统、通信控制、监测系统和电源供电系统。用户可通过通信控制系统中的显示屏调节座椅升降的高度、速度等参数。系统将用户设定的参数经过处理传递给推杆驱动系统，控制推杆实现可调节升降。医疗护理智能轮椅整机采用24 V锂电池进行供电，电源供电系统将24 V锂电池电压降压至12 V直流电给推杆驱动系统，降压至5 V直流电给通信控制及监测系统供电。电源供电系统可将电池剩余电量通过CAN通信发给通信控制监测系统，再通过显示屏将电量显示在界面上。（2）硬件系统设计。医疗护理智能轮椅硬件系统如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F003图3医疗护理智能轮椅硬件系统根据医疗护理智能轮椅功能要求，设计硬件系统，按照智能轮椅的不同功能，完成了不同模块的硬件电路设计。（3）电源降压电路设计。硬件系统采用12、5、3.3 V共3种供电电压，因此需要通过硬件系统将电池24 V直流电通过同步整流非隔离降压恒流恒压模块降压至12 V，再通过DC-DC降压模块降压至5、3.3 V。降压电路及LDO稳压电路设计如图4所示。图4降压、稳压电路10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F4a1（a）DC-DC降压电路10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F4a2（b）LDO稳压电路（4）红外测温电路设计。医疗护理智能轮椅搭载了红外测温可以实时监测患者体温，采用MLX90614作为红外温度传感器，红外温度传感器与主控芯片采用IIC接口进行通信。红外温度传感器通信电路如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F005图5红外温度传感器通信电路（5）心率血氧电路设计。搭载了心率血氧传感器可以实时监测患者心率与血氧，采用MAX30102作为心率血氧传感器，该传感器与主控芯片采用IIC接口进行通信。心率血氧传感器通信电路如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F006图6心率血氧传感器通信电路（6）软件系统设计。医疗护理智能轮椅软件系统以STM32作为主控芯片，实现步进电机及推杆的驱动控制，各种传感器的检测数据处理，通过一块4.3寸串口屏与使用者进行交互。软件系统包括电机驱动控制、传感器数据处理、串口屏操作通信协议。串口屏部分UI交互如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.08.035.F007图7串口屏UI交互界面3结语本文设计的医疗护理智能轮椅，底盘结构可实现360°转向，且具有较好的安全稳定性，开合座椅方便患者坐下、腋拖升降系统利于患者移位，可解决半失能患者转运困难以及如厕、洗浴不便等问题。此外智能轮椅还设有红外测温和心率血氧传感器，便于随时监测患者体温、心率与血氧等，监测数据反馈到串口屏上实现人机交互，提高对患者健康的监测和体验感。