基于物联网的医用智能机器人行走控制方法与流程

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及到一种医用输液机器人。

背景技术：

医用机器人，是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人，医用机器人种类很多，按照其用途不同，有临床医疗用机器人、护理机器人、医用教学机器人和为残疾人服务机器人等。

传统的输液瓶都是挂在输液架上面，输液架放在病床旁边，移动起来非常麻烦，当病人需要走动时，需要将输液瓶取下，然后高高举起，有时候病人行动不便时，还需要护士或者家人跟随病人一起高高举起输液瓶。

针对病人输液时经常去卫生间的现象，以及为了更快的康复，医生更是建议经常走动走动，但是很多病人输液时间非常久更是不方便走动，于是专利号为“2015207522799”，发明名称为“自动跟踪输液机器人”的实用新型专利公开了一种输液的同时也方便走动的输液机器人。该机器人可以自动跟随病人一块行走，使用起来非常方便，但是在实际使用过程中发现了一个问题：输液机器人在移动的过程中会轻微地晃动，从而导致输液瓶中的液面晃动，从而导致输液瓶中的药液无法匀速地沿着输液管输入到病人的体内。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决以下技术问题：输液机器人在移动的过程中会晃动，从而导致输液瓶中的液面晃动，从而导致输液瓶中的药液无法匀速地沿着输液管输入到病人的体内。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：基于物联网的医用智能机器人，包括超声波跟随小车、输液架、输液装置、手环、终端控制系统和远端控制系统；

所述的输液架设置在超声波跟随小车的上面，所述的输液装置设置于所述的输液架上端部；

所述的手环包括手环本体、超声波发射模块、单片机、第一输入模块、无线通信模块；

所述的超声波发射模块、单片机、无线通信模块设置于手环本体内部；

所述的第一输入模块设置于手环本体的外表面；

所述的超声波发射模块、第一输入模块、无线通信模块分别与单片机电连接；

所述的终端控制系统包括4个超声波接收模块、终端控制器、电机驱动模块、左电机、右电机；显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块；蓄电池模块、充电器模块、终端无线通信模块；

所述的远端控制系统包括远端无线通信模块和远端控制器；

所述的4个超声波接收模块分别与终端控制器电连接，终端控制器通过电机驱动模块控制左电机与右电机启动、停止和转速；

所述的左电机、右电机分别用于驱动左前轮、右前轮；

所述的显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块分别与终端控制器电连接；

所述的4个超声波接收模块分别设置于超声波跟随小车的左前方、右前方、左后方、右后方；

所述的摄像头模块设置于输液架的上部；

所述终端控制系统设置于超声波跟随小车上面；

所述的蓄电池模块输出端为各个单元模块供电，充电器模块的输出端连接蓄电池模块的充电输入端；

所述的终端无线通信模块与终端控制器电连接；

所述的远端无线通信模块与远端控制器电连接；

所述的终端控制器与远端控制器之间通信；

所述的输液装置包括圆柱形腔体和圆环形腔体；

所述的圆柱形腔体与圆环形腔体同圆心，并且圆柱形腔体与圆环形腔体共底面，圆柱形腔体的底部与圆环形腔体的底部连通；

所述的圆柱形腔体的上表面设置有加液孔，加液孔上设置有可拆卸塞子；

所述的圆柱形腔体的上表面还设置有进气孔；

所述的圆环形腔体的下表面围绕圆心等间距设置有8个输液孔，输液孔上均设置有橡皮塞；

所述的输液装置还包括瓶塞穿刺器单元、滴斗、流速调节器、药液过滤器、输液软管、静脉针；所述的输液软管的一端连接瓶塞穿刺器单元的输出端，另一端连接静脉针；所述的输液软管上依次设置滴斗、流速调节器、药液过滤器；

所述的瓶塞穿刺器单元具有8个瓶塞穿刺器，分别插入到所述的圆环形腔体的下表面的8个橡皮塞内，8个瓶塞穿刺器的输出端通过软管汇聚形成一个输出端；

所述的瓶塞穿刺器的输入口附近设置阻挡部件，并且8个瓶塞穿刺器的大小完全相同；

设圆环形腔体的高度为X1cm，圆柱形腔体的高度为X2cm；圆环形腔体的体积Y1cm³，圆柱形腔体的体积为Y2cm³；

X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；

还包括一个输液温度监控装置；

所述的输液温度监控装置包括装置外壳、控制盒、温度控制器、温度传感器、电子开关、温度调节旋钮、温度显示屏、电加热丝、加热保温护层、弹性收缩带以及供电插头线；

所述的装置外壳为圆筒形结构；

所述的控制盒设置于装置外壳的外壁上，并在装置外壳内壁对应于控制盒的安装位置处设有隔热层；

所述的温度控制器和电子开关设置于控制盒内；

所述的温度调节旋钮和温度显示屏均设置于控制盒顶部；

所述的装置外壳的外壁上还设有拆卸把手；

所述的加热保温护层为筒形结构，并设置于装置外壳的圆筒内；

所述的电加热丝镶嵌于保温护层内；

所述的弹性收缩带围绕设置在加热保温护层的外侧；

所述的温度传感器设置于加热保温护层的内侧；

所述的温度控制器分别与温度传感器、电子开关、温度调节旋钮以及温度显示屏电连接；

所述的蓄电池通过供电插头线为输液温度监控装置的温度控制器、温度传感器、温度调节旋钮以及温度显示屏供电；

所述的温度控制器通过电子开关控制电加热丝与蓄电池间供电线路的通断；

所述的输液温度监控装置套设在输液装置上，且加热保温护层包裹在圆柱形腔体的外壁上；

进一步，所述的远端控制器、远端无线通信模块采用智能手机实现。

与现有技术相比，本发明的优点在于：第一，输液机器人在移动的过程中会晃动，从而导致输液瓶中的液面晃动，但是本发明的药液仍然可以匀速地沿着输液管输入到病人的体内。第二，由于装有GPS模块和摄像头模块，因此通过远端控制器可以实时了解病人的位置以及现场的状况；第三，采用输液温度监控装置能够根据设定需要对输液装置进行加热，且具有较好的保温性能，同时拆卸把手和供电插头线的设计能够在不需要加热时将装置取下，使用方便。

附图说明

图1是本发明的电路控制部分的原理方框示意图；

图2是超声波跟随小车俯视示意图；

图3是超声波跟随小车主视图(未画输液装置)；

图4是输液装置主视图(示意图)；

图5是输液装置的俯视图(示意图)；

图6是输液装置的仰视图(示意图)；

图7是现有的输液瓶与输液管连接示意图；

图8是瓶塞穿刺器单元示意图；

图9是输液温度监控装置的电路原理图；

图10是输液温度监控装置的侧视图；

图11是输液温度监控装置的俯视图。

其中，1是超声波发射模块；2是超声波接收模块；3车轮；4是超声波跟随小车；5是输液架；7是摄像头模块；8是圆柱形腔体；9是圆环形腔体；10是橡胶塞；12是输液瓶；13是输液管；14是阻挡部件；15是装置外壳；16是控制盒；17是温度显示屏；18是温度调节旋钮；19是弹性收缩带；20是加热保温护层；21是拆卸把手；22是供电插头线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

使用过程中需要将输液瓶中的药液倒入到储液装置的圆柱形腔体中或者将本发明的输液装置制成一次性直接替代输液瓶使用。

“滴斗、流速调节器、药液过滤器、输液软管、静脉针；所述的输液软管的一端连接瓶塞穿刺器的输出端，另一端连接静脉针；所述的输液软管上依次设置滴斗、流速调节器、药液过滤器”属于现有公知技术，不详细描述。

圆环形腔体除了下表面设置有输液孔、底部与圆柱形腔体连通外，其余各处均处处密封，而圆柱形腔体的上表面设置有进气孔，但是进气孔处设置有空气过滤杀菌装置(现有公知技术)，从而确保输液装置内部的液体不受外界空气的污染。

现有的输液管的瓶塞穿刺器附近均设置有进气管，而进气管均设置有空气过滤杀菌装置，该技术属于现有技术。

超声波跟随小车采用前轮驱动。

其中，圆柱形腔体的高度取20cm，圆环形腔体的高度取2cm；

圆柱形腔体的容积为1500cm³，圆环形腔体的体积为30cm³。

瓶塞穿刺器的阻挡部件可以保证8个瓶塞穿刺器插入到圆环形腔体的下表面的橡皮塞内的深度完全一样，从而保证8个瓶塞穿刺器的输入口处的压强几乎一样，所以阻挡部件非常重要。如果没有阻挡部件的话，8个瓶塞穿刺器插入到圆环形腔体的下表面的橡皮塞内的深度肯定差异很大(现有的瓶塞穿刺器很长均无阻挡部件，所以不可能完全插入进去的)，由于8个瓶塞穿刺器的大小完全一样，并且均设置了阻挡部件，当8个瓶塞穿刺器的阻挡部件接触到圆环形腔体的下表面的橡皮塞时就无法再插入了。

实施例：基于物联网的医用智能机器人，包括超声波跟随小车、输液架、输液装置、手环、终端控制系统和远端控制系统；所述的输液架设置在超声波跟随小车的上面，所述的输液装置设置于所述的输液架上端部；所述的手环包括手环本体、超声波发射模块、单片机、第一输入模块、无线通信模块；

所述的超声波发射模块、单片机、无线通信模块设置于手环本体内部；

所述的第一输入模块设置于手环本体的外表面；

所述的超声波发射模块、第一输入模块、无线通信模块分别与单片机电连接；所述的终端控制系统包括4个超声波接收模块、终端控制器、电机驱动模块、左电机、右电机；显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块；蓄电池模块、充电器模块、终端无线通信模块；

所述的远端控制系统包括远端无线通信模块和远端控制器；

所述的4个超声波接收模块分别与终端控制器电连接，终端控制器通过电机驱动模块控制左电机与右电机启动、停止和转速；所述的左电机、右电机分别用于驱动左前轮、右前轮；所述的显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块分别与终端控制器电连接；所述的4个超声波接收模块分别设置于超声波跟随小车的左前方、右前方、左后方、右后方；

所述的摄像头模块设置于输液架的上部；所述终端控制系统设置于超声波跟随小车上面；所述的蓄电池模块输出端为各个单元模块供电，充电器模块的输出端连接蓄电池模块的充电输入端；所述的终端无线通信模块与终端控制器电连接；所述的远端无线通信模块与远端控制器电连接；所述的终端控制器与远端控制器之间通信；

所述的输液装置包括圆柱形腔体和圆环形腔体；

所述的圆柱形腔体与圆环形腔体同圆心，并且圆柱形腔体与圆环形腔体共底面，圆柱形腔体的底部与圆环形腔体的底部连通；

所述的圆柱形腔体的上表面设置有加液孔，加液孔上设置有可拆卸塞子；

所述的圆柱形腔体的上表面还设置有进气孔；

所述的圆环形腔体的下表面围绕圆心等间距设置有8个输液孔，输液孔上均设置有橡皮塞；

所述的输液装置还包括瓶塞穿刺器单元、滴斗、流速调节器、药液过滤器、输液软管、静脉针；所述的输液软管的一端连接瓶塞穿刺器单元的输出端，另一端连接静脉针；所述的输液软管上依次设置滴斗、流速调节器、药液过滤器；

所述的瓶塞穿刺器单元具有8个瓶塞穿刺器，分别插入到所述的圆环形腔体的下表面的8个橡皮塞内，8个瓶塞穿刺器的输出端通过软管汇聚形成一个输出端；

所述的瓶塞穿刺器的输入口附近设置阻挡部件，并且8个瓶塞穿刺器的大小完全相同；

设圆环形腔体的高度为X1cm，圆柱形腔体的高度为X2cm；圆环形腔体的体积Y1cm³，圆柱形腔体的体积为Y2cm³；

X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；

还包括一个输液温度监控装置；

所述的输液温度监控装置包括装置外壳、控制盒、温度控制器、温度传感器、电子开关、温度调节旋钮、温度显示屏、电加热丝、加热保温护层、弹性收缩带以及供电插头线；

所述的装置外壳为圆筒形结构；

所述的控制盒设置于装置外壳的外壁上，并在装置外壳内壁对应于控制盒的安装位置处设有隔热层；

所述的温度控制器和电子开关设置于控制盒内；

所述的温度调节旋钮和温度显示屏均设置于控制盒顶部；

所述的装置外壳的外壁上还设有拆卸把手；

所述的加热保温护层为筒形结构，并设置于装置外壳的圆筒内；

所述的电加热丝镶嵌于保温护层内；

所述的弹性收缩带围绕设置在加热保温护层的外侧；

所述的温度传感器设置于加热保温护层的内侧；

所述的温度控制器分别与温度传感器、电子开关、温度调节旋钮以及温度显示屏电连接；

所述的蓄电池通过供电插头线为输液温度监控装置的温度控制器、温度传感器、温度调节旋钮以及温度显示屏供电；

所述的温度控制器通过电子开关控制电加热丝与蓄电池间供电线路的通断；

所述的输液温度监控装置套设在输液装置上，且加热保温护层包裹在圆柱形腔体的外壁上；

其中，所述的远端控制器、远端无线通信模块采用智能手机实现。

本发明大致工作原理描述：病人需要走动时将手环戴在手腕处，通过第一输入模块启动超声波发射模块开始发射超声波信号，通过单片机与终端控制器通信开始计时，GPS模块、摄像头模块开始工作，GPS模块、摄像头模块输出的信号通过终端控制器与远端控制器通信，这样远端控制器可以实时了解到病人所处的位置以及病人现场状况。

超声波发射模块发出的信号被四个超声波接收模块接收，终端控制器根据四个超声波接收模块与超声波发射模块之间的距离，判断病人的位置，从而控制超声波跟随小车的方向。

本发明能够实现输液机器人在移动的过程中药液仍然能够匀速地沿着输液管输入到病人的体内的原理说明：输液装置包括圆柱形腔体和圆环形腔体，由于圆柱形腔体的高度远高于圆环形腔体的高度，并且圆柱形腔体的底部与圆环形腔体的底部连通；所以圆环形腔体内部的液体高度一直不变(除了药液快输完时刻)，当超声波跟随小车晃动时，圆柱形腔体内部的液面也会晃动，但是所述的圆环形腔体的下表面围绕圆心等间距设置有8个输液孔，输液孔上均设置有橡皮塞；所述的瓶塞穿刺器具有8个输入端和1个输出端，8个输入端分别插入到所述的圆环形腔体的下表面的8个橡皮塞内；这样圆柱形腔体内部液面的晃动虽然会导致每个输液孔处的压强的变化，但是8个输液孔处的压强之和几乎是不变的(有的输液孔处的压强变大，而有的输液孔处压强变小，大小相互抵消)，也就是说8个输液孔处的压强之和取平均值是几乎不变的。而瓶塞穿刺器具有8个输入端和1个输出端，8个输入端分别插入到所述的圆环形腔体的下表面的8个橡皮塞内，因此瓶塞穿刺器的输出端处的压强几乎不变。

本发明的输液温度监控装置在使用时，可直接套设在输液装置的圆柱形腔体的外壁上；同时由于弹性收缩带的作用，加热保温护层紧紧包裹在圆柱形腔体的外壁上；在进行温控时，首先由温度调节旋钮设定温度，并由温度显示屏显示实时温度；温度控制器采用脉冲方波控制电子开关的断开与闭合，从而控制电加热丝与蓄电池之间的线路连通状态；温度传感器实时反馈温度给温度控制器，从而实现恒温加热。

所述的装置外壳的外直径小于圆环形腔体外壁的内环直径；从而可以使得装置外壳恰好套在圆柱形腔体和圆环形腔体之间。

本发明人输液机器人行走控制方法即超声波跟随小车行走的控制方法：

第一步，病人通过手环的第一输入模块输入超声波跟随小车开始行走命令，单片机收到该命令后，单片机向终端控制器发送无线信号，终端控制器收到无线信号时同时启动4个定时器开始计时；

第二步，单片机向终端控制器发送无线信号后间隔2s，单片机控制超声波发射模块开始发射超声波信号；

第三步，左前方、右前方、左后方、右后方的四个超声波接收模块接收到超声波信号时刻距离终端控制器开始计时的时刻之间的时间间隔，分别对应记为

Δt1秒，Δt2秒，Δt3秒，Δt4秒；

若Δt1＝Δt2，Δt3＝Δt4，则终端控制器控制超声波跟随小车直行；

若Δt1>Δt2，Δt3>Δt4，则终端控制器控制超声波跟随小车的左前轮加速，右前轮减速；

若Δt1<Δt2，Δt3<Δt4，则终端控制器控制超声波跟随小车的左前轮减速，右前轮加速。

解释说明：4个定时器可以采用硬件定时器，也可以采用软件模拟定时器；左前方、右前方、左后方、右后方的四个超声波接收模块分别对应一个定时器，超声波接收模块接收到超声波信号时对应的定时器分别停止计时，这样四个定时器的计时时间就分别为Δt1秒，Δt2秒，Δt3秒，Δt4秒。

基于物联网的医用智能机器人系统，其特征在于，包括多个超声波跟随小车系统和远端控制系统；

所述的超声波跟随小车系统包括超声波跟随小车、输液架、输液装置、手环、终端控制系统；

所述的输液架设置在超声波跟随小车的上面，所述的输液装置设置于所述的输液架上端部；

所述的手环包括手环本体、超声波发射模块、单片机、第一输入模块、无线通信模块；

所述的超声波发射模块、单片机、无线通信模块设置于手环本体内部；

所述的第一输入模块设置于手环本体的外表面；

所述的超声波发射模块、第一输入模块、无线通信模块分别与单片机电连接；

所述的终端控制系统包括4个超声波接收模块、终端控制器、电机驱动模块、左电机、右电机；显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块；蓄电池模块、充电器模块、终端无线通信模块；

所述的远端控制系统包括远端无线通信模块和远端控制器；

所述的4个超声波接收模块分别与终端控制器电连接，终端控制器通过电机驱动模块控制左电机与右电机启动、停止和转速；

所述的左电机、右电机分别用于驱动左前轮、右前轮；

所述的显示模块、第二输入模块、GPS模块、摄像头模块分别与终端控制器电连接；

所述的4个超声波接收模块分别设置于超声波跟随小车的左前方、右前方、左后方、右后方；

所述的摄像头模块设置于输液架的上部；

所述终端控制系统设置于超声波跟随小车上面；

所述的蓄电池模块输出端为各个单元模块供电，充电器模块的输出端连接蓄电池模块的充电输入端；

所述的终端无线通信模块与终端控制器电连接；

所述的远端无线通信模块与远端控制器电连接；

所述的终端控制器与远端控制器之间通信；

所述的输液装置包括圆柱形腔体和圆环形腔体；

所述的圆柱形腔体与圆环形腔体同圆心，并且圆柱形腔体与圆环形腔体共底面，圆柱形腔体的底部与圆环形腔体的底部连通；

所述的圆柱形腔体的上表面设置有加液孔，加液孔上设置有可拆卸塞子；

所述的圆柱形腔体的上表面还设置有进气孔；

所述的圆环形腔体的下表面围绕圆心等间距设置有8个输液孔，输液孔上均设置有橡皮塞；

所述的输液装置还包括瓶塞穿刺器单元、滴斗、流速调节器、药液过滤器、输液软管、静脉针；所述的输液软管的一端连接瓶塞穿刺器单元的输出端，另一端连接静脉针；所述的输液软管上依次设置滴斗、流速调节器、药液过滤器；

所述的瓶塞穿刺器单元具有8个瓶塞穿刺器，分别插入到所述的圆环形腔体的下表面的8个橡皮塞内，8个瓶塞穿刺器的输出端通过软管汇聚形成一个输出端；

所述的瓶塞穿刺器的输入口附近设置阻挡部件，并且8个瓶塞穿刺器的大小完全相同；

设圆环形腔体的高度为X1cm，圆柱形腔体的高度为X2cm；圆环形腔体的体积Y1cm³，圆柱形腔体的体积为Y2cm³；

X2≥10*X1；Y2≥40*Y1；

还包括多个输液温度监控装置；

所述的输液温度监控装置包括装置外壳、控制盒、温度控制器、温度传感器、电子开关、温度调节旋钮、温度显示屏、电加热丝、加热保温护层、弹性收缩带以及供电插头线；

所述的装置外壳为圆筒形结构；

所述的控制盒设置于装置外壳的外壁上，并在装置外壳内壁对应于控制盒的安装位置处设有隔热层；

所述的温度控制器和电子开关设置于控制盒内；

所述的温度调节旋钮和温度显示屏均设置于控制盒顶部；

所述的装置外壳的外壁上还设有拆卸把手；

所述的加热保温护层为筒形结构，并设置于装置外壳的圆筒内；

所述的电加热丝镶嵌于保温护层内；

所述的弹性收缩带围绕设置在加热保温护层的外侧；

所述的温度传感器设置于加热保温护层的内侧；

所述的温度控制器分别与温度传感器、电子开关、温度调节旋钮以及温度显示屏电连接；

所述的蓄电池通过供电插头线为输液温度监控装置的温度控制器、温度传感器、温度调节旋钮以及温度显示屏供电；

所述的温度控制器通过电子开关控制电加热丝与蓄电池间供电线路的通断；

所述的输液温度监控装置套设在输液装置上，且加热保温护层包裹在圆柱形腔体的外壁上；

其中，所述的远端控制器、远端无线通信模块采用智能手机实现。