转运护理机器人在护理实践中的应用研究

苗姣娜，王元姣，何 叶

1.浙江中医药大学护理学院，浙江310053；2.浙江省人民医院

人口老龄化问题是全球关注的严重问题，预计到2035年我国老年人口将达到4.12亿人[1]。老龄化背景下护理人力资源与优质护理服务短缺等问题日益突出，传统的护理技术已不能满足老年人护理的需求。此外，护理人员因长期搬运病人而导致骨骼肌肉疼痛[2]。因此，越来越多研究者利用机器人来解决上述问题。转运护理机器人是协助他人对失能或半失能的老人进行日常护理的一类机器人，可将病人在病床、轮椅、手术台等之间移动，并且可进行一些劳动强度高的工作[3]。本研究对国内外搬运机器人的研究现状、分类、功能等进行阐述，以期为转运护理机器人在护理实践中更好地应用提供参考。

1 转运护理机器人研究现状

1.1 升降机转运护理机器人

该类转运护理机器人利用安全带和压缩杆的升降原理将病人进行转移，其结构简单。MaxiMove 升降机是瑞典 ArjoHuntleigh 公司生产的一款能在病人平躺姿势下进行转移的转运护理机器人，其主要结构包括支架、底部万象轮、摆臂、吊架、专用转移床单和电动推杆等[4]。日本安川电机研发了一款升降机转运护理机器人，具有可上下移动和旋转的机械臂、吊座和移动脚轮，可以帮助医护人员将病人抱起，实现护理床与轮椅之间的转移[5]。有研究表明天花板式升降机比地板式升降机更受欢迎，但升降机类转运护理机器人对使用空间有一定的要求[6]。

1.2 电动移位机转运护理机器人

该类机器人主要有美国英维康公司生产的电动移位机和日本丰田汽车公司研发的移位车等，可实现老年人在普通座椅、沙发、床之间的安全转移，降低护理人员的工作强度[5]。其外观类似推车，有两个较长的扶手和安全带，使用时将其推至老人床边或轮椅边，将小推车固定后老人上车坐到座板上，松开刹车，即可移动老人到其他位置。该类机器人外观简单，灵活性较高，主要用于行动不便的老年人。

1.3 智能轮椅

意大利设计师Kevin Halsall 研发的电动平衡轮椅Ogo，其内置陀螺仪，使用者可通过上半身来控制2个轮胎的移动，通过前倾、后倾改变重心的位置，Ogo 可以根据重心变化，预判使用者的运动意图[6-7]。美国Smart Wheelchairs Limited 公司生产的电动轮椅科珀斯F5[8]，其采用前轮驱动，底盘使用悬挂系统，因此可在多种路况下平稳行驶，还能辅助病人直立。此外，其安装的MagicDrive EC设备，不仅可以便捷地控制电动轮椅，还可以对电话、收音机等进行远程操控[5]。美国匹兹堡大学研制的智能机器人轮椅PerMMA，可进行话筒语音、操纵杆或屏幕触控等多种方式来操作交互界面[9]。较科珀斯F5相比其轮椅上的机械臂可帮助病人处理日常生活中的穿衣、购物、烹饪等事务，功能较为齐全。在舒适度方面，瑞典公司研制的智能电动轮椅 C350 Corpus，其完全按照人体结构设计轮椅系统，符合人体生理尺寸，贴合人体轮廓，适合长期行动不便的病人[10]。该类智能轮椅较传统轮椅功能多样，病人可自行操控，一定程度上降低照顾者的体力消耗和心理压力。

1.4 床类转运护理机器人

床类转运机器人的研究较成熟，从外观可将其分为板式转运床、床椅结合型两类。板式转运床主要用于瘫痪、麻醉、昏迷等丧失自主行动能力的病患，床椅结合型转运机器人适用无脊髓损伤和意识障碍的病人。燕山大学研发了一款转运护理机器人，其床面可向一侧进行移动具有方向性，因此在搬移前需先确认搬移方向，否则进屋后无法搬移，主要用于不同床之间的转运[11]。日本大阪变压器株式会社研发的双边转运床 C-Pam(careful patient mover)整体结构轻盈紧凑，配备 RINGSERVO系统，可持续性监测转运负载，按需切换控制模式，使系统安全可靠[12]。上海机电学院研发的一款多功能护理床，通过按键或语音控制床面，将病人从卧姿转换成坐姿状态，实现床与轮椅间的转运[5]。该类机器人在国内研究广泛，多用于重症监护的病人在转科、检查时的转运。围绕老年人日常生活、交流和监测等护理需求，日本松下研发的Roboticbed[13]是一款床椅分离型转运机器人，通过 I/F 操作手柄或送话器发布指令，实现病床与轮椅间的自动分离或对接[14]。多种功能累加导致该类转运机器人结构笨重复杂，姿态转变时贴合性不高，影响病人舒适度。

1.5 仿人双臂型转运护理机器人

为满足在多种场景的转运，日本理化技术研究所研发的 Robear机器人可将行动不便的老年人从床上抱起进行转移，机身表面覆盖有机材料，机械臂和躯体上设有传感器，使其具有高精度的触觉感知，机器人仅需触摸病人即可迅速获得被搬运对象的体重数据，充分考虑了老年人被搬运过程中的舒适度体验，保证了搬运过程的安全[15]。美国 HStar 公司推出RoNA(Robot Nursing Assistant)[16]仿人双臂型机器人，原理是基于仿人姿势进行转运，因而易被病人接受，其双臂移动灵活可承受227 kg的重量，配有3D智能导航系统的全方位自由移动平台[17]。具有多人多用、执行速度快等优点，但无法自动进行路线规划，需要医护人员协助，人机交互性不高。BEAR熊(战场救护机器人)是美国军方研制的一款转运护理机器人，对非结构环境有非常强的适应性，可抱起近250 kg的重物，其机械手还能做出非常精细的护理任务，如对受伤人员进行简单包扎、开门排爆等；履带和腿的自由转换让其可以在不同的地形之间自由转换，如果遇到不平整的地面，它保持类似半跪的姿态，压低重心，以履带形式稳定前进，而到了相对平整的地面，则转换成快速模式迅速前进[18]。BEAR熊机器人采用三维视觉定位，强大的控制能力，自主规划轨迹路线，具有一定的自主工作能力[19]。不同场景下搬运护理机器人的人性化要求不同，前两种在舒适度方面可达到较高要求，而BEAR熊在速度转换方面有较高优势。

1.6 穿戴式转运护理机器人

日本筑波大学研发的HAL-5[20]是世界上第一种用于商业化的全身穿戴式机器人，医护人员穿戴HAL-5后，可将一个成年人轻松举起。其利用电动机驱动系统并通过多种传感器来获取外骨骼和人体的运动状态信息。此外，日本INNOPHYS Co.Ltd.开发的Muscle Suit(MS)也是一款可穿戴式机器人，使用气动人造肌肉，进行人或物体转移或保持中等高度姿势等运动来支撑护理人员的身体[21]。该类穿戴机器人利用其收集的生物信号帮助护理人员运动并支撑他们的下背部以减少施加到他们腰部的压力，进而达到缓解护理人员肌肉疲劳和疼痛的目的。Kato等[22]对两款机器人的护理方案进行研究，表明MS主要用于早上协助病人进行如厕、转移等情况，HAL机器人主要在上午使用，在如厕护理及膳食辅助方面有很大帮助，能够有效地执行护理任务和操作。

2 转运护理机器人的功能

2.1 转运功能

美国护理联合协会在2003年呼吁取消人工搬运，建议采用机械或机器人搬运病人[23]。Schoenfisch 等[24]研究中表明通过升降机等转运装置，可以实现病人在床和担架等之间的快速转运。军事医学科学院2010年推出的换乘转运护理机器人[25]，主要运用在病床、检查器械及手术台之间，可以精准稳定地对病人进行转移。Tatemoto 等[26]设计的一款横向转移辅助机器人(LTAR)是一款床椅分离式机器人，其扶手可以自动升降到与床面同高的位置来填充床和机器人之间的空隙，实现病床和轮椅间的自动转换，达到对病人转运的目的。虽然该类转运护理机器人在临床使用较多，但其主要在个别科室使用。

2.2 监测功能

急危重症病人在转运过程中医务人员及时掌握其生命体征非常重要，便于医务人员对病人病情作出预判，避免突发情况发生。2013 年北京航空航天大学研发的床椅分离型护理床e-Bed[27]具有检测和报警系统，可以对病人的血压、体温和脉搏等进行监测，并在病人生命体征出现异常时发出警报。华南理工大学设计的多功能智能护理床通过机器人化语音操作和控制技术及其搭载的 ARM 多参数监察系统，可以准确地反映老年人的实时状态[10]。自动监测系统可以将病人生命体征信息自动上传到医护人员的工作系统中，方便快捷减少数据错误。

2.3 避障功能

自主避障功能体现了机器人的转运自动化，搬运机器人根据设定的规划路线和自主导航系统可以将病人安全转移。2013 年河北工业大学推出的“白泽”[28]机器人是一种仿人背抱式搬运护理机器人，其通过声源定位、视觉识别来确认病人的位置和姿态，对病人的姿态进行判断后开始转运，并能自动避开障碍物。通过设定行走路线和导航系统，智能搬运护理机器人可进行物品的传送，如为病人送药、送生活用品，为医护人员送化验标本、设备等。上海交通大学研发的“交龙”智能轮椅，采用了多传感器信息融合技术，具有语音识别、自动记忆环境地图的功能，此外,还具有手动模式、半自主模式、PC 3种模式，可以在人员流动复杂的环境中进行避障、路径规划、自主导航和目标物跟踪导航[29]。

2.4 人机交互功能

深圳先进技术研究院研制了一款具有交互功能的机器人轮椅,可通过交互功能实现人机对话，还具有口令识别、语音合成、动态随机避障、机器人自动定位、实时自适应导航控制及多传感信息融合等特点[10]。瑞士洛桑联邦理工学院推出一款通过脑电操控的新型轮椅通过戴在病人头部的电极帽发送的脑电信号来执行病人大脑的命令，从而让肢体瘫痪的病人重新获得行动能力[30]。人机交互功能给老年残障病人的生活带来便利，减少了病人自卑、失落等不良心理状态。

3 转运护理机器人对护理人员的作用与意义

3.1 减轻护理人员体力消耗、提高工作效率

在老年人日常护理工作中，移乘搬运是护理工作中最重要的部分，传统的搬运方式需要多人完成，不仅费时、费力，而且也无法确保老年人的安全与舒适。美国海视达科技公司研制的RoNA仿人转运护理机器人可辅助护理人员完成相应的护理工作[31]。如其胸前设计有人机交互显示屏，可以与病房中的病人进行远程监测，利于护理人员及时了解病人的思想状态，便于对病人心理进行及时调节以及处理一些突发情况。德国的一项研究表明,每台转运护理机器人在病房中平均每天可以为医护人员节省至少2 h的工作时间[32]。

3.2 降低护士离职意愿、减少护士职业损伤

护士短缺与护士整体工作满意度低和健康状况有关[33]。转运护理机器人可替代护士完成一些护理操作，减轻护士工作量，使护士有更多的时间从事专业护理操作、与病人进行深入交流并了解其心理状态。研究表明，繁重的护理工作使护士执行许多非必要的护理任务，而一些重要的护理任务未能更好地完成，因此，导致护士对工作产生不满[34]。传统的搬运模式增加护士骨骼肌肉损伤的风险，使用转运护理机器人对病人进行转运，能降低护士骨骼肌肉疾患的发生[35]。如今各种烈性传染病先后肆虐全球，导致职业危险因素进一步增加。在传染病房护士需要穿厚重的防护服来降低被感染的危险。然而通过对转运护理机器人进行远程操控，可实现对物品和病人的准确转移，降低护士被感染的风险[36]。

3.3 促进病人疾病康复、提高就医体验

病人长期卧床容易发生坠积性肺炎、压力性损伤和泌尿系统感染等严重并发症，这些并发症导致病人病情加重、医疗费用增多。转运护理搬运机器人可以协助护理人员为病人进行翻身，减少病人与床面的摩擦次数，避免病人发生二次伤害。此外，将疾病宣教内容导入转运护理机器人系统，机器人可到床边对病人进行健康宣教，使病人健康受教育的程度提高，利于疾病恢复。麻省理工学院研发的RHOMBUS(Recodigurable Holonimic Omnidirectional Mobile Bed with Unified Seating)护理床安装有远程通信设备，因而医护人员及家属可与病人进行远程交互[37]。

4 小结与展望

随着科学技术不断发展转运护理机器人有巨大的发展潜力。转运护理机器人的应用有助于缓解护理人员工作压力，解决老龄化社会的护理需求，提高护理人员工作效率和病人就医体验，具有深远的社会意义和巨大的应用价值。但是，转运护理机器人的研究主要以美国和日本等国家为主，我国仍处于初步研究阶段，其发展仍面临着许多挑战。为更符合老年人等生活需求转运护理机器人要融合更多的功能，需要研发人员在技术上不断创新。此外，随着转运护理机器人的不断研发，其将面临在护理领域应用时的管理等问题，如设置相应的管理部门来解决机器人的使用培训、意见收集、相关仪器设备检查和维修等问题。而且，使用搬运护理机器人将构成新的护患关系(护理人员-病人-机器人)[38]，在新的护患关系下，如何平衡护理人员与病人之间的情感沟通问题，故需要构建新的护患关系模式。最后，管理者应重视转运护理机器人对护理人员及病人的应用价值，引领护理人员转变以往的护理模式、不断学习并参与到转运护理机器人的研究和设计中，促使转运护理机器人在护理领域更好地应用。