摘要：针对地震废墟、山地滑坡、丛林泥泞等复杂灾害场景下，传统人力担架易引发伤员二次损伤、轮式转运车越障能力薄弱、现有四足救援机器人无急救体位调节功能等行业痛点，设计一款轮足复合式多功能四足机器人救援平台。平台采用12自由度碳纤维四足移动底盘，搭载四段式铰接自适应折叠担架与医疗智能交互控制系统，担架按人体解剖结构分区设计，依托带位移闭环反馈的微型电推杆实现高精度体位调节，调节精度可达±0.5°，可一键实现Fowler半卧位、Trendelenburg休克体位等多种临床标准急救姿态。同时集成剪叉升降机构与万向辅助轮，构建轮足双模作业模式，兼顾平地快速转运与复杂地形越障通行。样机性能试验结果表明：平台可稳定攀爬35°斜坡、翻越20 cm垂直障碍，满载转运过程担架台面晃动幅度≤±1°；智能一键调位模式相较人工操作可缩短72.3%的体位安置时长。该平台融合全地形机动性能与专业化院前急救功能，可有效替代人力完成复杂环境伤员转运，降低二次损伤风险，可为灾害应急救援提供智能化装备支撑。
关键词：四足机器人；应急救援；折叠智能担架；体位自适应；轮足复合；院前急救
Abstract: Aiming at the industry pain points in complex disaster scenarios such as earthquake ruins, mountain landslides and muddy jungles, including secondary injuries to casualties caused by traditional manual stretchers, weak obstacle-crossing ability of wheeled transport vehicles, and the lack of first-aid posture adjustment function of existing quadruped rescue robots, a wheel-foot composite multi-functional quadruped robot rescue platform is designed. The platform adopts a 12-degree-of-freedom carbon fiber quadruped mobile chassis, equipped with a four-section articulated adaptive folding stretcher and a medical intelligent interactive control system. The stretcher is designed according to the anatomical structure of the human body, and relies on a micro electric push rod with closed-loop displacement feedback to realize high-precision posture adjustment with an adjustment accuracy of ±0.5°. It can automatically realize a variety of clinical standard first-aid postures such as Fowler semi-recumbent position and Trendelenburg shock position with one key. Integrated with a scissor lifting mechanism and universal auxiliary wheels, the platform constructs a wheel-foot dual-mode operation mode, balancing rapid flat-ground transportation and obstacle-crossing navigation in complex terrains. The prototype performance test results show that the platform can stably climb 35° slopes and cross 20 cm vertical obstacles, and the shaking amplitude of the stretcher surface during full-load transportation is no more than ±1°. Compared with manual operation, the intelligent one-key posture adjustment mode reduces the posture placement time by 72.3%. Integrating all-terrain mobility and professional pre-hospital first-aid functions, the platform can effectively replace manual transportation of casualties in complex environments and reduce the risk of secondary injuries, providing intelligent equipment support for disaster emergency rescue.
Key words: quadruped robot; emergency rescue; folding intelligent stretcher; posture self-adaptation; wheel-foot composite; pre-hospital first aid
中图分类号：TP242.3；R459.7
0 引言
山地灾害、地震坍塌、野外塌方等突发事故具有地形崎岖、场景复杂、救援难度大的显著特征，伤员院前转运是应急救援的核心环节，直接决定伤员救治成功率与后续康复效果[1]。当前野外应急伤员转运主要依赖人工抬运担架与传统轮式急救转运车两种方式，存在明显应用短板。人工转运完全依托救援人员体能，长距离负重作业易导致人员体力透支、行走步态失稳，对脊柱损伤、多发骨折、失血性休克等重症伤员，极易引发骨折移位、脊髓损伤加重等二次伤害[2]。传统轮式转运车受限于固定轮式结构与离地间隙，在台阶、瓦砾废墟、陡坡泥泞、密集丛林等复杂场景无法通行，环境适配性极差，极易延误最佳救援时机[3]。
仿生四足机器人凭借足端离散式接地特性，具备优异的地形适应性、越障爬坡能力与动态平衡性能，可在崎岖路面保持承载平台稳定，已成为复杂地形救援装备的核心研究方向[4]。现阶段现有救援型四足机器人多仅具备基础负重转运功能，搭载的担架为刚性固定结构，无法根据伤员伤情自适应调节支撑体位，难以匹配呼吸困难、休克、肢体骨折、脊柱损伤等差异化院前急救需求，存在急救功能缺失、体位适配性差、生理耐受性低等问题，无法满足专业化救援标准[5]。
针对上述技术短板，本文研发一种集成多功能折叠担架的四足移动机器人救援平台，融合仿生四足行走技术、分段铰接折叠机构与临床急救体位标准，实现全地形机动、标准化体位智能调节、轮足双模转运一体化设计，填补了现有四足救援装备缺乏专业化院前急救体位调控功能的技术空白，可有效提升复杂场景应急救援效率与安全性。
1 系统总体方案设计
1.1 整机结构组成
本文设计的救援平台整体由轻量化四足移动底盘系统、多段式自适应折叠担架总成、医疗交互式智能控制终端三大核心模块构成。整机机械结构包含担架承载平台、防护限位组件、对称式剪叉升降机构、万向辅助移动轮、平台倾角辅助推杆、四足机械腿总成及集成控制箱，整体结构紧凑、集成度高、环境适配性强。整机结构如图1所示。
图1 救援平台整体结构示意图
1-担架平台主体；2-人体负载模型；3-左侧剪叉升降机构；4-右侧剪叉升降机构；5-左侧万向移动轮；6-右侧万向移动轮；7-机器人主体控制箱；8-左前机械腿总成；9-右前机械腿总成；10-平台抬升辅助推杆
1.2 整体工作原理
平台采用轮足双模切换作业模式，适配不同救援场景。平整硬化路面作业时，剪叉升降机构下放万向轮支撑整机，锁止四足机构，依靠人力推行实现快速短途转运，降低设备能耗；面对废墟、陡坡、台阶等复杂地形，剪叉机构抬升整机并收起万向轮，依托四足仿生步态完成越障、爬坡、跨沟等动作。伤员安置固定后，救援人员通过触控终端录入伤员伤情，系统自动匹配临床标准体位参数，驱动各段担架精准弯折成型，特殊复合伤情可切换手动模式精细化微调，全程实现智能化、标准化院前体位处置。
2 核心子系统设计
2.1 轻量化仿生四足底盘系统
机器人底盘采用高强度碳纤维一体成型框架，兼顾轻量化与结构抗冲击性能，适配野外恶劣作业环境。整机采用12自由度仿生四足机构，单腿具备髋关节、膝关节多维度运动能力，可实现仿生行走、原地转向、姿态自适应调节等多模态运动。底盘内置六轴姿态传感器与模型预测动态平衡算法，实时采集机身俯仰、横滚姿态数据，闭环修正各关节运动参数，保障转运过程平台稳定性。
样机实测性能参数表明，该底盘可稳定攀爬35°斜坡、翻越20 cm垂直障碍、跨越220 mm沟壑，满载100 kg工况下，担架台面晃动幅度≤±1°，可彻底规避转运颠簸引发的伤员二次损伤。
2.2 多段式临床适配折叠担架设计
担架框架严格依据人体工程学与临床解剖结构，模块化划分为头部、背部、腰部、腿部四段独立支撑单元，单元间采用带限位保护的铰接副连接，可有效防止过度弯折，避免挤压损伤伤员躯干。各支撑段独立搭载微型高精度电推杆与位移传感器，形成闭环控制系统，体位调节精度可达±0.5°，可精准复刻三类核心临床急救体位。
Fowler半坐卧位：通过抬升背部支撑段，实现30°_{75°无级角度调节，有效扩张伤员胸廓，适配呼吸困难、胸部创伤、心肺功能不全伤员的急救需求；Trendelenburg休克体位：通过调节平台整体倾角，实现10°}20°头低足高位，促进下肢血液回流，改善失血性休克伤员危重症状；分体独立调节模式：可单独抬升腿部支撑段实现患肢悬空，适配下肢骨折伤员，同时锁死腰背部段保持水平，满足脊柱损伤伤员的刚性转运要求。
2.3 轮足复合双模行走机构
平台采用对称式双剪叉升降结构，双侧机构同步伺服联动，实现担架平台0~320 mm高度连续可调，可适配病床对接、低矮废墟伤员抬取等多场景作业需求。剪叉机构底部集成静音万向轮，构建轮足复合移动体系。平地工况下，万向轮落地承载、四足机构悬空锁止，实现轻量化、低能耗人力转运；复杂地形工况下，收回万向轮，四足机构落地工作，发挥优异的越障通行能力。同时搭配平台抬升辅助推杆，可实现担架头尾局部倾角微调，满足防呛咳、局部体位抬高等精细化急救需求。
2.4 医疗智能辅助决策控制系统
整机控制箱集成主控MCU、驱动电源与通信模块，外接触控式医疗交互终端。终端内置院前高频伤情数据库与标准化体位预设模型，覆盖脊柱损伤、失血性休克、胸腹外伤、下肢骨折、呼吸窘迫五类典型救援场景。救援人员仅需勾选伤员伤情类型，系统即可一键匹配最优体位参数，驱动多推杆同步完成姿态调节，复合伤情支持手动精细化微调。
为验证设备操作效率，开展人机对比试验，随机选取10名非专业救援人员分别采用传统人工调位与设备智能调位模式测试。试验结果显示，人工体位安置平均耗时118.6 s/人次，智能一键调节平均耗时32.9 s/人次，整体操作时长缩短72.3%，大幅降低野外急救操作门槛，提升救援时效性。
3 样机性能对比试验
为全面验证平台综合性能，将本文设计的智能四足救援平台与传统人力担架、商用轮式急救转运车、固定式四足救援机器人进行多指标对比测试，涵盖地形通过性、体位调节能力、转运平稳性、操作效率四大核心维度。

试验结果表明，本文平台兼具四足机器人全地形通行优势与智能担架专业化急救优势，彻底解决了传统装备地形适配性差、体位单一、操作繁琐、转运稳定性不足等问题，综合救援性能显著优于现有传统救援装备。
4 设备创新点与应用优势
1）医工深度融合，急救功能专业化。担架依据临床人体解剖结构分段设计，嵌入标准化院前急救体位模型，通过高精度闭环控制实现多种急救姿态一键成型，将医学急救规范与机械结构深度结合，填补了四足救援机器人无专业急救体位调节功能的空白。
2）轮足双模构型，场景适配性广。集成剪叉升降机构与万向辅助轮，实现平地高效轮式转运与复杂地形四足越障双模切换，兼顾作业效率与地形通过性，可适配全场景应急救援需求。
3）智能轻量化操作，救援效率高。搭载伤情-体位智能匹配系统，无需专业医疗知识即可完成标准化体位调节，大幅降低非专业救援人员操作门槛，显著缩短院前急救处置时长。
4）高稳定转运，防护性能优异。依托动态平衡算法实现机身姿态实时修正，大幅降低转运过程晃动幅度，有效规避重症伤员二次损伤，提升救援安全性。
5 结论与展望
本文设计的集成多功能折叠担架的四足移动机器人救援平台，创新性实现了仿生移动技术与院前急救体位调控技术的一体化融合，突破了传统救援装备地形适应性差、急救功能缺失、操作难度大、转运安全性低等技术瓶颈。平台通过分段铰接折叠结构实现临床标准化体位精准调节，依托轮足复合结构拓宽作业场景，借助智能交互系统简化救援操作，可有效替代人力完成复杂灾害场景的伤员转运工作，显著提升应急救援效率与伤员生存率，在地震救灾、山地搜救、塌方事故救援等领域具备极高的应用价值与推广前景。
后续可从三方面优化升级：一是搭载生命体征采集模块，实现伤员状态实时监测与体位自适应微调；二是优化自主避障与路径规划算法，实现废墟场景无人化自主搜救转运；三是进一步轻量化结构设计，提升设备续航与负载性能，优化整机综合救援能力。
参考文献
[1] 王凯,李鑫.我国灾害应急医疗转运装备发展现状与关键技术[J].医疗卫生装备,2021,42(05):112-117.
[2] 张磊,刘建军.院前转运体位不当对脊柱损伤患者预后的影响分析[J].中国急救复苏与灾害医学杂志,2022,17(03):362-365.
[3] 朱明,马浩.轮式急救担架车复杂路面通行缺陷与改进思路[J].机械工程师,2022(09):45-48.
[4] 荣学文,李贻斌.仿生四足机器人关键技术研究进展与救援应用综述[J].机器人,2020,42(04):497-512.
[5] 陈鹏,周阳.现有四足救援机器人运载担架结构优化研究[J].机械设计与制造工程,2023,52(02):78-82.