电动移位机速度平稳性检测研究

引言

电动移位机作为辅助行动障碍者（如老年人、残障人士、术后患者）实现空间转移的重要医疗器械，其性能直接关系到使用者的安全与舒适体验。在移位机的各项性能指标中，速度平稳性是核心指标之一——它反映了设备在启动、运行、转向及停止过程中速度变化的平缓程度。若速度波动过大（如启动时“冲顶”、运行中忽快忽慢、停止时“顿挫”），可能导致使用者失去平衡，甚至引发摔倒等安全事故。因此，系统开展电动移位机速度平稳性检测，对保障产品质量、提升用户体验具有重要意义。

一、速度平稳性的定义与重要性

电动移位机的速度平稳性，是指设备在规定负载（空载/满载）、规定工况（前进/后退/转向）下，其实际运行速度与设定速度的偏差程度，以及速度变化的连续性（如加速度/减速度的峰值）。

1. 安全层面

行动障碍者多为体弱或平衡能力较差人群，速度突变会破坏其身体重心稳定。例如，启动时加速度过大可能导致用户向后倾倒；停止时减速度过大可能导致用户向前冲，增加碰撞风险。

2. 舒适层面

速度波动会引发用户的紧张情绪（如“害怕失控”），长期使用还可能导致身体不适（如头晕、肌肉紧张）。平稳的速度变化能让用户保持放松，提升使用依从性。

3. 产品可靠性层面

速度平稳性直接反映了设备的机械设计（如传动系统精度）、电子控制（如电机驱动算法）及电源性能（如电压稳定性）的综合水平。波动过大可能意味着部件存在磨损、控制逻辑缺陷或电源供电不足等问题，需及时排查。

二、速度平稳性检测的标准与依据

目前，我国电动移位机的速度平稳性检测主要依据医疗器械行业标准及产品技术要求。其中，最核心的标准为：

YY/T 1539-2017《电动移位机》：该标准明确规定了电动移位机的“速度偏差”“加速度限制”及“减速性能”要求。例如，标准要求“额定负载下，前进/后退的实际速度与设定速度的偏差应不超过±10%”；“启动时的最大加速度应不大于0.2 m/s²”；“停止时的最大减速度应不大于0.15 m/s²”（具体数值需根据设备型号调整）。
GB 9706.1-2020《医用电气设备第1部分：基本安全和基本性能的通用要求》：该标准从电气安全角度出发，要求设备的控制功能（如速度调节）应稳定、可靠，避免因电气故障导致速度突变。

此外，部分企业会制定内部更高标准（如速度偏差≤±5%），以提升产品竞争力。

三、速度平稳性检测方法

1. 试验准备

（1）设备与工具

速度检测系统：采用非接触式速度传感器（如激光多普勒测速仪、光电编码器），精度≥0.01 m/s；
数据采集与分析软件：可实时记录速度-时间曲线，计算速度偏差、加速度/减速度峰值；
试验平台：模拟实际使用场景，包括光滑地面（瓷砖）、粗糙地面（地毯）、倾斜地面（坡度≤5%，符合YY/T 1539-2017要求）；
负载模拟装置：采用标准砝码或可调载重块，模拟用户体重（通常取设备额定负载，如150 kg）；
辅助工具：水平仪（校准试验平台平整度）、卷尺（测量运行距离）。

（2）试验前检查

设备状态：确认移位机电池电量充足（≥80%）、机械部件无松动（如轮子、传动齿轮）、电气连接正常；
传感器安装：将速度传感器固定于移位机底盘或轮子上方，确保其检测方向与设备运行方向一致；
负载设置：按照额定负载要求放置载重块，确保重心与实际用户一致（如位于座板中心）。

2. 试验步骤

（1）空载试验（无负载）

设定移位机的“标准速度”（如0.5 m/s，符合日常使用习惯）；
启动设备，使其沿试验平台直线前进/后退，运行距离≥5 m；
记录启动阶段（0~2 s）、匀速阶段（2~4 s）、停止阶段（4~6 s）的速度-时间曲线；
重复试验3次，取平均值。

（2）满载试验（额定负载）

在空载试验基础上，添加额定负载；
重复上述前进/后退试验，记录速度曲线；
增加转向试验：设定转向速度（如0.3 m/s），让设备沿直径≥2 m的圆周转向，记录转向过程中的速度变化。

（3）极端工况试验（可选）

低电量试验：将电池电量耗尽至20%以下，重复满载试验，检测电源电压下降对速度的影响；
地面适应性试验：在瓷砖、地毯、水泥地面分别进行满载试验，检测地面摩擦力变化对速度的影响。

3. 数据处理与结果判定

（1）速度偏差计算

$\text{速度偏差} = \frac{\text{实际速度} - \text{设定速度}}{\text{设定速度}} \times 100\%$
要求：空载/满载下，前进/后退的速度偏差≤±10%（符合YY/T 1539-2017标准）；转向时速度偏差≤±15%（因转向时负载分布变化，允许略大偏差）。

（2）加速度/减速度计算

通过速度-时间曲线的斜率计算启动/停止阶段的加速度（ $a = \Delta v/\Delta t$ ）：

启动加速度：取启动阶段（0~2 s）的最大加速度，要求≤0.2 m/s²；
停止减速度：取停止阶段（4~6 s）的最大减速度（绝对值），要求≤0.15 m/s²。

（3）平稳性评价

采用**标准差（SD）**衡量匀速阶段（2~4 s）的速度波动：
$\text{SD} = \sqrt{\frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(v_i - \bar{v})^2}$
其中， $v_i$ 为匀速阶段各时刻的速度， $\bar{v}$ 为匀速阶段平均速度， $n$ 为数据点数。
要求：SD≤0.03 m/s（数值越小，平稳性越好）。

（4）结果判定

若所有指标均符合标准要求，则判定“速度平稳性合格”；若某一项指标超标（如速度偏差=12%），则需分析原因并整改。

四、常见速度不平稳问题分析与改进

1. 常见问题及原因

（1）启动/停止时“顿挫”

控制算法缺陷：电机驱动的PID（比例-积分-微分）参数未优化，导致启动时电流突变，速度“冲顶”；
机械间隙：传动齿轮箱或联轴器存在间隙，启动时齿轮啮合滞后，导致速度突然上升；
电源波动：电池内阻过大，启动时电压下降（如从24 V降至20 V），电机输出功率不足，速度骤降。

（2）运行中速度忽快忽慢

负载变化：用户体重超过额定负载，或重心偏移，导致电机负载转矩变化，速度波动；
地面摩擦力不均：地毯毛絮缠绕轮子，或地面有障碍物，导致轮子转速不均匀；
电机性能下降：电机电刷磨损，或绕组绝缘老化，导致输出转矩不稳定。

（3）转向时速度偏差大

转向机构设计不合理：左右轮转速差未匹配转向半径，导致实际转向速度与设定值偏差大；
传感器安装误差：速度传感器未对准轮子中心，导致转向时检测到的速度信号不准确。

2. 改进措施

（1）控制算法优化

采用自适应PID控制：根据负载变化（通过电流传感器检测）实时调整PID参数，减少启动/停止时的速度波动；
增加软启动/软停止功能：启动时逐渐增大电机电压（如从0 V线性上升至24 V，持续1.5 s），停止时逐渐减小电压，降低加速度/减速度。

（2）机械结构改进

提高传动系统精度：采用斜齿轮代替直齿轮，减少齿轮间隙；选用高精度联轴器（如弹性联轴器），消除传动滞后；
优化轮子设计：采用聚氨酯（PU）轮，提高摩擦力稳定性；轮子表面做防滑处理，减少地面杂物对转速的影响。

（3）电源与传感器优化

选用高容量锂电池：降低电池内阻，减少启动时的电压下降；增加电池电量监测功能，当电量低于20%时提醒用户充电；
优化传感器安装：将速度传感器固定于轮子轴端（而非底盘），直接检测轮子转速，提高转向时的检测精度。

（4）地面适应性优化

在控制算法中添加地面摩擦力补偿：通过电流传感器检测电机负载，当负载增大（如遇到地毯）时，自动增加电机输出转矩，保持速度稳定；
增加障碍物检测功能：采用红外传感器检测前方障碍物，提前降低速度，避免急停。

五、结论

电动移位机的速度平稳性是保障用户安全与舒适的关键指标，其检测需结合标准要求、实际工况及用户体验。通过科学的检测方法（如速度传感器、数据采集系统）、严谨的数据分析（如速度偏差、加速度计算），可有效识别设备存在的问题；通过控制算法优化、机械结构改进、电源性能提升等措施，可显著提升速度平稳性。

未来，随着人工智能（AI）与物联网（IoT）技术的发展，电动移位机的速度控制将更加智能化——例如，通过用户行为识别（如用户身体姿态）自动调整速度，或通过云端数据监测实时优化控制参数。这些技术的应用，将进一步提升电动移位机的速度平稳性，为行动障碍者提供更安全、更舒适的转移体验。

参考文献
YY/T 1539-2017. 电动移位机[S]. 中国标准出版社, 2017.
GB 9706.1-2020. 医用电气设备第1部分：基本安全和基本性能的通用要求[S]. 中国标准出版社, 2020.
李建明. 医用电气设备检测技术[M]. 人民卫生出版社, 2019.
张勇. 电机控制技术[M]. 机械工业出版社, 2021.