基於物聯網的醫用智慧機器人行走控制方法與流程
2023-10-17 19:22:39 1
技術領域
本發明涉及一種機器人，具體涉及到一種醫用輸液機器人。
背景技術：
醫用機器人，是指用於醫院、診所的醫療或輔助醫療的機器人，醫用機器人種類很多，按照其用途不同，有臨床醫療用機器人、護理機器人、醫用教學機器人和為殘疾人服務機器人等。
傳統的輸液瓶都是掛在輸液架上面，輸液架放在病床旁邊，移動起來非常麻煩，當病人需要走動時，需要將輸液瓶取下，然後高高舉起，有時候病人行動不便時，還需要護士或者家人跟隨病人一起高高舉起輸液瓶。
針對病人輸液時經常去衛生間的現象，以及為了更快的康復，醫生更是建議經常走動走動，但是很多病人輸液時間非常久更是不方便走動，於是專利號為「2015207522799」，發明名稱為「自動跟蹤輸液機器人」的實用新型專利公開了一種輸液的同時也方便走動的輸液機器人。該機器人可以自動跟隨病人一塊行走，使用起來非常方便，但是在實際使用過程中發現了一個問題：輸液機器人在移動的過程中會輕微地晃動，從而導致輸液瓶中的液面晃動，從而導致輸液瓶中的藥液無法勻速地沿著輸液管輸入到病人的體內。
技術實現要素：
本發明的目的在於解決以下技術問題：輸液機器人在移動的過程中會晃動，從而導致輸液瓶中的液面晃動，從而導致輸液瓶中的藥液無法勻速地沿著輸液管輸入到病人的體內。
為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案是：基於物聯網的醫用智慧機器人，包括超聲波跟隨小車、輸液架、輸液裝置、手環、終端控制系統和遠端控制系統；
所述的輸液架設置在超聲波跟隨小車的上面，所述的輸液裝置設置於所述的輸液架上端部；
所述的手環包括手環本體、超聲波發射模塊、單片機、第一輸入模塊、無線通信模塊；
所述的超聲波發射模塊、單片機、無線通信模塊設置於手環本體內部；
所述的第一輸入模塊設置於手環本體的外表面；
所述的超聲波發射模塊、第一輸入模塊、無線通信模塊分別與單片機電連接；
所述的終端控制系統包括4個超聲波接收模塊、終端控制器、電機驅動模塊、左電機、右電機；顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊；蓄電池模塊、充電器模塊、終端無線通信模塊；
所述的遠端控制系統包括遠端無線通信模塊和遠端控制器；
所述的4個超聲波接收模塊分別與終端控制器電連接，終端控制器通過電機驅動模塊控制左電機與右電機啟動、停止和轉速；
所述的左電機、右電機分別用於驅動左前輪、右前輪；
所述的顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊分別與終端控制器電連接；
所述的4個超聲波接收模塊分別設置於超聲波跟隨小車的左前方、右前方、左後方、右後方；
所述的攝像頭模塊設置於輸液架的上部；
所述終端控制系統設置於超聲波跟隨小車上面；
所述的蓄電池模塊輸出端為各個單元模塊供電，充電器模塊的輸出端連接蓄電池模塊的充電輸入端；
所述的終端無線通信模塊與終端控制器電連接；
所述的遠端無線通信模塊與遠端控制器電連接；
所述的終端控制器與遠端控制器之間通信；
所述的輸液裝置包括圓柱形腔體和圓環形腔體；
所述的圓柱形腔體與圓環形腔體同圓心，並且圓柱形腔體與圓環形腔體共底面，圓柱形腔體的底部與圓環形腔體的底部連通；
所述的圓柱形腔體的上表面設置有加液孔，加液孔上設置有可拆卸塞子；
所述的圓柱形腔體的上表面還設置有進氣孔；
所述的圓環形腔體的下表面圍繞圓心等間距設置有8個輸液孔，輸液孔上均設置有橡皮塞；
所述的輸液裝置還包括瓶塞穿刺器單元、滴鬥、流速調節器、藥液過濾器、輸液軟管、靜脈針；所述的輸液軟管的一端連接瓶塞穿刺器單元的輸出端，另一端連接靜脈針；所述的輸液軟管上依次設置滴鬥、流速調節器、藥液過濾器；
所述的瓶塞穿刺器單元具有8個瓶塞穿刺器，分別插入到所述的圓環形腔體的下表面的8個橡皮塞內，8個瓶塞穿刺器的輸出端通過軟管匯聚形成一個輸出端；
所述的瓶塞穿刺器的輸入口附近設置阻擋部件，並且8個瓶塞穿刺器的大小完全相同；
設圓環形腔體的高度為X1cm，圓柱形腔體的高度為X2cm；圓環形腔體的體積Y1cm3，圓柱形腔體的體積為Y2cm3；
X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；
還包括一個輸液溫度監控裝置；
所述的輸液溫度監控裝置包括裝置外殼、控制盒、溫度控制器、溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕、溫度顯示屏、電加熱絲、加熱保溫護層、彈性收縮帶以及供電插頭線；
所述的裝置外殼為圓筒形結構；
所述的控制盒設置於裝置外殼的外壁上，並在裝置外殼內壁對應於控制盒的安裝位置處設有隔熱層；
所述的溫度控制器和電子開關設置於控制盒內；
所述的溫度調節旋鈕和溫度顯示屏均設置於控制盒頂部；
所述的裝置外殼的外壁上還設有拆卸把手；
所述的加熱保溫護層為筒形結構，並設置於裝置外殼的圓筒內；
所述的電加熱絲鑲嵌於保溫護層內；
所述的彈性收縮帶圍繞設置在加熱保溫護層的外側；
所述的溫度傳感器設置於加熱保溫護層的內側；
所述的溫度控制器分別與溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏電連接；
所述的蓄電池通過供電插頭線為輸液溫度監控裝置的溫度控制器、溫度傳感器、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏供電；
所述的溫度控制器通過電子開關控制電加熱絲與蓄電池間供電線路的通斷；
所述的輸液溫度監控裝置套設在輸液裝置上，且加熱保溫護層包裹在圓柱形腔體的外壁上；
進一步，所述的遠端控制器、遠端無線通信模塊採用智慧型手機實現。
與現有技術相比，本發明的優點在於：第一，輸液機器人在移動的過程中會晃動，從而導致輸液瓶中的液面晃動，但是本發明的藥液仍然可以勻速地沿著輸液管輸入到病人的體內。第二，由於裝有GPS模塊和攝像頭模塊，因此通過遠端控制器可以實時了解病人的位置以及現場的狀況；第三，採用輸液溫度監控裝置能夠根據設定需要對輸液裝置進行加熱，且具有較好的保溫性能，同時拆卸把手和供電插頭線的設計能夠在不需要加熱時將裝置取下，使用方便。
附圖說明
圖1是本發明的電路控制部分的原理方框示意圖；
圖2是超聲波跟隨小車俯視示意圖；
圖3是超聲波跟隨小車主視圖(未畫輸液裝置)；
圖4是輸液裝置主視圖(示意圖)；
圖5是輸液裝置的俯視圖(示意圖)；
圖6是輸液裝置的仰視圖(示意圖)；
圖7是現有的輸液瓶與輸液管連接示意圖；
圖8是瓶塞穿刺器單元示意圖；
圖9是輸液溫度監控裝置的電路原理圖；
圖10是輸液溫度監控裝置的側視圖；
圖11是輸液溫度監控裝置的俯視圖。
其中，1是超聲波發射模塊；2是超聲波接收模塊；3車輪；4是超聲波跟隨小車；5是輸液架；7是攝像頭模塊；8是圓柱形腔體；9是圓環形腔體；10是橡膠塞；12是輸液瓶；13是輸液管；14是阻擋部件；15是裝置外殼；16是控制盒；17是溫度顯示屏；18是溫度調節旋鈕；19是彈性收縮帶；20是加熱保溫護層；21是拆卸把手；22是供電插頭線。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述。
使用過程中需要將輸液瓶中的藥液倒入到儲液裝置的圓柱形腔體中或者將本發明的輸液裝置製成一次性直接替代輸液瓶使用。
「滴鬥、流速調節器、藥液過濾器、輸液軟管、靜脈針；所述的輸液軟管的一端連接瓶塞穿刺器的輸出端，另一端連接靜脈針；所述的輸液軟管上依次設置滴鬥、流速調節器、藥液過濾器」屬於現有公知技術，不詳細描述。
圓環形腔體除了下表面設置有輸液孔、底部與圓柱形腔體連通外，其餘各處均處處密封，而圓柱形腔體的上表面設置有進氣孔，但是進氣孔處設置有空氣過濾殺菌裝置(現有公知技術)，從而確保輸液裝置內部的液體不受外界空氣的汙染。
現有的輸液管的瓶塞穿刺器附近均設置有進氣管，而進氣管均設置有空氣過濾殺菌裝置，該技術屬於現有技術。
超聲波跟隨小車採用前輪驅動。
其中，圓柱形腔體的高度取20cm，圓環形腔體的高度取2cm；
圓柱形腔體的容積為1500cm3，圓環形腔體的體積為30cm3。
瓶塞穿刺器的阻擋部件可以保證8個瓶塞穿刺器插入到圓環形腔體的下表面的橡皮塞內的深度完全一樣，從而保證8個瓶塞穿刺器的輸入口處的壓強幾乎一樣，所以阻擋部件非常重要。如果沒有阻擋部件的話，8個瓶塞穿刺器插入到圓環形腔體的下表面的橡皮塞內的深度肯定差異很大(現有的瓶塞穿刺器很長均無阻擋部件，所以不可能完全插入進去的)，由於8個瓶塞穿刺器的大小完全一樣，並且均設置了阻擋部件，當8個瓶塞穿刺器的阻擋部件接觸到圓環形腔體的下表面的橡皮塞時就無法再插入了。
實施例：基於物聯網的醫用智慧機器人，包括超聲波跟隨小車、輸液架、輸液裝置、手環、終端控制系統和遠端控制系統；所述的輸液架設置在超聲波跟隨小車的上面，所述的輸液裝置設置於所述的輸液架上端部；所述的手環包括手環本體、超聲波發射模塊、單片機、第一輸入模塊、無線通信模塊；
所述的超聲波發射模塊、單片機、無線通信模塊設置於手環本體內部；
所述的第一輸入模塊設置於手環本體的外表面；
所述的超聲波發射模塊、第一輸入模塊、無線通信模塊分別與單片機電連接；所述的終端控制系統包括4個超聲波接收模塊、終端控制器、電機驅動模塊、左電機、右電機；顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊；蓄電池模塊、充電器模塊、終端無線通信模塊；
所述的遠端控制系統包括遠端無線通信模塊和遠端控制器；
所述的4個超聲波接收模塊分別與終端控制器電連接，終端控制器通過電機驅動模塊控制左電機與右電機啟動、停止和轉速；所述的左電機、右電機分別用於驅動左前輪、右前輪；所述的顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊分別與終端控制器電連接；所述的4個超聲波接收模塊分別設置於超聲波跟隨小車的左前方、右前方、左後方、右後方；
所述的攝像頭模塊設置於輸液架的上部；所述終端控制系統設置於超聲波跟隨小車上面；所述的蓄電池模塊輸出端為各個單元模塊供電，充電器模塊的輸出端連接蓄電池模塊的充電輸入端；所述的終端無線通信模塊與終端控制器電連接；所述的遠端無線通信模塊與遠端控制器電連接；所述的終端控制器與遠端控制器之間通信；
所述的輸液裝置包括圓柱形腔體和圓環形腔體；
所述的圓柱形腔體與圓環形腔體同圓心，並且圓柱形腔體與圓環形腔體共底面，圓柱形腔體的底部與圓環形腔體的底部連通；
所述的圓柱形腔體的上表面設置有加液孔，加液孔上設置有可拆卸塞子；
所述的圓柱形腔體的上表面還設置有進氣孔；
所述的圓環形腔體的下表面圍繞圓心等間距設置有8個輸液孔，輸液孔上均設置有橡皮塞；
所述的輸液裝置還包括瓶塞穿刺器單元、滴鬥、流速調節器、藥液過濾器、輸液軟管、靜脈針；所述的輸液軟管的一端連接瓶塞穿刺器單元的輸出端，另一端連接靜脈針；所述的輸液軟管上依次設置滴鬥、流速調節器、藥液過濾器；
所述的瓶塞穿刺器單元具有8個瓶塞穿刺器，分別插入到所述的圓環形腔體的下表面的8個橡皮塞內，8個瓶塞穿刺器的輸出端通過軟管匯聚形成一個輸出端；
所述的瓶塞穿刺器的輸入口附近設置阻擋部件，並且8個瓶塞穿刺器的大小完全相同；
設圓環形腔體的高度為X1cm，圓柱形腔體的高度為X2cm；圓環形腔體的體積Y1cm3，圓柱形腔體的體積為Y2cm3；
X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；
還包括一個輸液溫度監控裝置；
所述的輸液溫度監控裝置包括裝置外殼、控制盒、溫度控制器、溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕、溫度顯示屏、電加熱絲、加熱保溫護層、彈性收縮帶以及供電插頭線；
所述的裝置外殼為圓筒形結構；
所述的控制盒設置於裝置外殼的外壁上，並在裝置外殼內壁對應於控制盒的安裝位置處設有隔熱層；
所述的溫度控制器和電子開關設置於控制盒內；
所述的溫度調節旋鈕和溫度顯示屏均設置於控制盒頂部；
所述的裝置外殼的外壁上還設有拆卸把手；
所述的加熱保溫護層為筒形結構，並設置於裝置外殼的圓筒內；
所述的電加熱絲鑲嵌於保溫護層內；
所述的彈性收縮帶圍繞設置在加熱保溫護層的外側；
所述的溫度傳感器設置於加熱保溫護層的內側；
所述的溫度控制器分別與溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏電連接；
所述的蓄電池通過供電插頭線為輸液溫度監控裝置的溫度控制器、溫度傳感器、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏供電；
所述的溫度控制器通過電子開關控制電加熱絲與蓄電池間供電線路的通斷；
所述的輸液溫度監控裝置套設在輸液裝置上，且加熱保溫護層包裹在圓柱形腔體的外壁上；
其中，所述的遠端控制器、遠端無線通信模塊採用智慧型手機實現。
本發明大致工作原理描述：病人需要走動時將手環戴在手腕處，通過第一輸入模塊啟動超聲波發射模塊開始發射超聲波信號，通過單片機與終端控制器通信開始計時，GPS模塊、攝像頭模塊開始工作，GPS模塊、攝像頭模塊輸出的信號通過終端控制器與遠端控制器通信，這樣遠端控制器可以實時了解到病人所處的位置以及病人現場狀況。
超聲波發射模塊發出的信號被四個超聲波接收模塊接收，終端控制器根據四個超聲波接收模塊與超聲波發射模塊之間的距離，判斷病人的位置，從而控制超聲波跟隨小車的方向。
本發明能夠實現輸液機器人在移動的過程中藥液仍然能夠勻速地沿著輸液管輸入到病人的體內的原理說明：輸液裝置包括圓柱形腔體和圓環形腔體，由於圓柱形腔體的高度遠高於圓環形腔體的高度，並且圓柱形腔體的底部與圓環形腔體的底部連通；所以圓環形腔體內部的液體高度一直不變(除了藥液快輸完時刻)，當超聲波跟隨小車晃動時，圓柱形腔體內部的液面也會晃動，但是所述的圓環形腔體的下表面圍繞圓心等間距設置有8個輸液孔，輸液孔上均設置有橡皮塞；所述的瓶塞穿刺器具有8個輸入端和1個輸出端，8個輸入端分別插入到所述的圓環形腔體的下表面的8個橡皮塞內；這樣圓柱形腔體內部液面的晃動雖然會導致每個輸液孔處的壓強的變化，但是8個輸液孔處的壓強之和幾乎是不變的(有的輸液孔處的壓強變大，而有的輸液孔處壓強變小，大小相互抵消)，也就是說8個輸液孔處的壓強之和取平均值是幾乎不變的。而瓶塞穿刺器具有8個輸入端和1個輸出端，8個輸入端分別插入到所述的圓環形腔體的下表面的8個橡皮塞內，因此瓶塞穿刺器的輸出端處的壓強幾乎不變。
本發明的輸液溫度監控裝置在使用時，可直接套設在輸液裝置的圓柱形腔體的外壁上；同時由於彈性收縮帶的作用，加熱保溫護層緊緊包裹在圓柱形腔體的外壁上；在進行溫控時，首先由溫度調節旋鈕設定溫度，並由溫度顯示屏顯示實時溫度；溫度控制器採用脈衝方波控制電子開關的斷開與閉合，從而控制電加熱絲與蓄電池之間的線路連通狀態；溫度傳感器實時反饋溫度給溫度控制器，從而實現恆溫加熱。
所述的裝置外殼的外直徑小於圓環形腔體外壁的內環直徑；從而可以使得裝置外殼恰好套在圓柱形腔體和圓環形腔體之間。
本發明人輸液機器人行走控制方法即超聲波跟隨小車行走的控制方法：
第一步，病人通過手環的第一輸入模塊輸入超聲波跟隨小車開始行走命令，單片機收到該命令後，單片機向終端控制器發送無線信號，終端控制器收到無線信號時同時啟動4個定時器開始計時；
第二步，單片機向終端控制器發送無線信號後間隔2s，單片機控制超聲波發射模塊開始發射超聲波信號；
第三步，左前方、右前方、左後方、右後方的四個超聲波接收模塊接收到超聲波信號時刻距離終端控制器開始計時的時刻之間的時間間隔，分別對應記為
Δt1秒，Δt2秒，Δt3秒，Δt4秒；
若Δt1＝Δt2，Δt3＝Δt4，則終端控制器控制超聲波跟隨小車直行；
若Δt1>Δt2，Δt3>Δt4，則終端控制器控制超聲波跟隨小車的左前輪加速，右前輪減速；
若Δt1<Δt2，Δt3<Δt4，則終端控制器控制超聲波跟隨小車的左前輪減速，右前輪加速。
解釋說明：4個定時器可以採用硬體定時器，也可以採用軟體模擬定時器；左前方、右前方、左後方、右後方的四個超聲波接收模塊分別對應一個定時器，超聲波接收模塊接收到超聲波信號時對應的定時器分別停止計時，這樣四個定時器的計時時間就分別為Δt1秒，Δt2秒，Δt3秒，Δt4秒。
基於物聯網的醫用智慧機器人系統，其特徵在於，包括多個超聲波跟隨小車系統和遠端控制系統；
所述的超聲波跟隨小車系統包括超聲波跟隨小車、輸液架、輸液裝置、手環、終端控制系統；
所述的輸液架設置在超聲波跟隨小車的上面，所述的輸液裝置設置於所述的輸液架上端部；
所述的手環包括手環本體、超聲波發射模塊、單片機、第一輸入模塊、無線通信模塊；
所述的超聲波發射模塊、單片機、無線通信模塊設置於手環本體內部；
所述的第一輸入模塊設置於手環本體的外表面；
所述的超聲波發射模塊、第一輸入模塊、無線通信模塊分別與單片機電連接；
所述的終端控制系統包括4個超聲波接收模塊、終端控制器、電機驅動模塊、左電機、右電機；顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊；蓄電池模塊、充電器模塊、終端無線通信模塊；
所述的遠端控制系統包括遠端無線通信模塊和遠端控制器；
所述的4個超聲波接收模塊分別與終端控制器電連接，終端控制器通過電機驅動模塊控制左電機與右電機啟動、停止和轉速；
所述的左電機、右電機分別用於驅動左前輪、右前輪；
所述的顯示模塊、第二輸入模塊、GPS模塊、攝像頭模塊分別與終端控制器電連接；
所述的4個超聲波接收模塊分別設置於超聲波跟隨小車的左前方、右前方、左後方、右後方；
所述的攝像頭模塊設置於輸液架的上部；
所述終端控制系統設置於超聲波跟隨小車上面；
所述的蓄電池模塊輸出端為各個單元模塊供電，充電器模塊的輸出端連接蓄電池模塊的充電輸入端；
所述的終端無線通信模塊與終端控制器電連接；
所述的遠端無線通信模塊與遠端控制器電連接；
所述的終端控制器與遠端控制器之間通信；
所述的輸液裝置包括圓柱形腔體和圓環形腔體；
所述的圓柱形腔體與圓環形腔體同圓心，並且圓柱形腔體與圓環形腔體共底面，圓柱形腔體的底部與圓環形腔體的底部連通；
所述的圓柱形腔體的上表面設置有加液孔，加液孔上設置有可拆卸塞子；
所述的圓柱形腔體的上表面還設置有進氣孔；
所述的圓環形腔體的下表面圍繞圓心等間距設置有8個輸液孔，輸液孔上均設置有橡皮塞；
所述的輸液裝置還包括瓶塞穿刺器單元、滴鬥、流速調節器、藥液過濾器、輸液軟管、靜脈針；所述的輸液軟管的一端連接瓶塞穿刺器單元的輸出端，另一端連接靜脈針；所述的輸液軟管上依次設置滴鬥、流速調節器、藥液過濾器；
所述的瓶塞穿刺器單元具有8個瓶塞穿刺器，分別插入到所述的圓環形腔體的下表面的8個橡皮塞內，8個瓶塞穿刺器的輸出端通過軟管匯聚形成一個輸出端；
所述的瓶塞穿刺器的輸入口附近設置阻擋部件，並且8個瓶塞穿刺器的大小完全相同；
設圓環形腔體的高度為X1cm，圓柱形腔體的高度為X2cm；圓環形腔體的體積Y1cm3，圓柱形腔體的體積為Y2cm3；
X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；
還包括多個輸液溫度監控裝置；
所述的輸液溫度監控裝置包括裝置外殼、控制盒、溫度控制器、溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕、溫度顯示屏、電加熱絲、加熱保溫護層、彈性收縮帶以及供電插頭線；
所述的裝置外殼為圓筒形結構；
所述的控制盒設置於裝置外殼的外壁上，並在裝置外殼內壁對應於控制盒的安裝位置處設有隔熱層；
所述的溫度控制器和電子開關設置於控制盒內；
所述的溫度調節旋鈕和溫度顯示屏均設置於控制盒頂部；
所述的裝置外殼的外壁上還設有拆卸把手；
所述的加熱保溫護層為筒形結構，並設置於裝置外殼的圓筒內；
所述的電加熱絲鑲嵌於保溫護層內；
所述的彈性收縮帶圍繞設置在加熱保溫護層的外側；
所述的溫度傳感器設置於加熱保溫護層的內側；
所述的溫度控制器分別與溫度傳感器、電子開關、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏電連接；
所述的蓄電池通過供電插頭線為輸液溫度監控裝置的溫度控制器、溫度傳感器、溫度調節旋鈕以及溫度顯示屏供電；
所述的溫度控制器通過電子開關控制電加熱絲與蓄電池間供電線路的通斷；
所述的輸液溫度監控裝置套設在輸液裝置上，且加熱保溫護層包裹在圓柱形腔體的外壁上；
其中，所述的遠端控制器、遠端無線通信模塊採用智慧型手機實現。