需求驱动的多功能集成护理轮椅设计与功能验证：提升失能老年人生活质量的新途径

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：Design and functional validation of a needs-driven multifunctional integrated nursing wheelchair for elder individuals with disability

本研究针对失能老年人复杂护理需求，基于质量功能展开(QFD)方法系统开发了一款多功能智能轮椅。该集成化平台创新性地融合了姿势转换、全向移动、如厕辅助与洗浴对接功能，通过双执行器同步驱动机制实现分阶段重心调整的坐-站转换，采用麦克纳姆轮底盘提升狭小空间机动性，并配备可拆卸防水靠背系统。原型验证表明该设计显著降低用户转移频率、减少体位变化相关二次损伤风险，为改善护理效率与用户舒适度提供了创新解决方案。

　　

随着全球人口老龄化趋势加剧，行动不便、平衡能力下降及自理能力减退的老年群体持续扩大。传统轮椅虽已从脊髓损伤或截肢人群专用设备，逐步转变为维持老年人日常活动能力的重要工具，但专业护理人员短缺与日益增长的护理需求之间形成巨大矛盾。尤其值得关注的是，当前多数轮椅解决方案仍局限于单一功能设计，导致失能老年人在如厕、洗浴等日常活动中需频繁转移，不仅增加护理人员肌肉骨骼损伤风险，更使老年人面临转移过程中的二次伤害威胁。

在这一背景下，上海理工大学的研究团队在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》发表最新研究，提出一种基于质量功能展开(QFD)方法设计的创新型多功能集成护理轮椅。该研究通过系统化需求分析，将用户需求转化为工程技术参数，开发出集姿势转换、全向移动、如厕辅助和洗浴对接于一体的综合护理平台。

研究团队采用多学科交叉方法，整合机械设计、控制工程和康复医学知识。通过半结构化访谈和标准化问卷对48名参与者（36名专业护理人员和12名中度至重度失能老年人）进行需求评估，识别出护理过程中高频高负荷任务。基于QFD构建质量层(HOQ)模型，建立需求-特性关联矩阵，采用层次分析法(AHP)确定功能优先级。关键技术方案包括：三连杆姿势转换机构实现坐-卧平稳过渡；双执行器同步驱动系统实现分阶段重心调控的坐-站转换；可翻转座板与排污装置集成的如厕辅助模块；麦克纳姆轮全向底盘确保狭小空间机动性；以及可拆卸防水靠背系统支持洗浴功能。

姿势转换机制验证

光学运动捕捉系统监测显示，用户在坐-卧转换过程中膝关节角(θ₂)和髋关节角(Φ₂)变化与轮椅相应关节角(θ₁/Φ₁)高度同步。腿托伸缩补偿机制自动适应膝关节旋转中心位移，确保下肢支撑稳定性。全平躺姿势（180°）为床椅转移提供安全接口。

站立辅助功能测试

采用分阶段重心控制策略：先通过背倾调整（95°→101°）使重心后移120mm防前倾；随后背座同步抬升（角速度ω=2°/s）实现260±10mm垂直重心提升，最终达成155°膝角的站立姿态。故意保持的非垂直髋角设计将部分体重传导至座面，降低平衡失控风险。

床椅对接精度评估

10次重复试验显示，基于3D激光雷达(LiDAR)的自主导航系统可实现≤5mm的水平对接间隙，平均定位时间17秒。超声波传感器引导的侧向校准结合全向底盘，显著降低护理人员搬运负荷。

如厕辅助系统验证

座板下翻与排污装置上升的协同操作，实现22秒内完成马桶对接（侧向误差≤5cm）。废物直接排入马桶的设计避免环境污染，减少每日5次的高频转移需求。

狭小空间机动性测试

可拆卸靠背设计最大化皮肤暴露面积，配合洗浴机器人臂实现全程免转移洗浴。麦克纳姆轮支持的原位旋转（零转弯半径）确保洗浴舱内操作灵活性。

研究结论表明，该集成化设计通过减少设备间转移频率，有效降低二次损伤风险并提升护理效率。当前系统在认知或言语沟通障碍用户的适配性方面存在局限，未来将开发多模态交互框架（视觉手势识别、自适应习惯学习等）与情境感知决策系统。通过临床验证与迭代优化，该平台有望成为适应家庭和机构护理场景的智能化解决方案，为老龄化社会的护理挑战提供创新技术路径。