智能输液架

智能输液架

陈强 陈芃 王琛 李佳宇 鞠秀航 许春田 杨立新

辽宁科技大学 机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051

摘要

针对目前传统输液架存在的体积大、使用灵活性差、智能化低等缺点，本文研究开发了一种智能化输液架，该输液架将传统输液架与现代自动化技术和物联网技术相结合，实现了输液架的智能化、多功能化，方便医生与使用患者。

关键词：STM32单片机；输液架

引言：输液架在医疗上十分重要且必不可少，而目前存在的输液架大致分为两种，一种是挂在天花板上仅能在导轨范围内移动，另一种则是用一个底座立在地面，而这两种输液架都有明显的缺点：功能单一，不方便移动，而现在已经是二十一世纪了，这种单一功能的输液架已经不再适用这个时代了，现在更需要的是有多种功能的智能输液架，而我这个创新就是为了让输液架更有实用价值也更智能。

Intelligent infusion stand

Author: Chen Qiang Teng Feiyang Lin Han Chen Peng Ma Jun Xu Chuntian

（College of Mechanical Engineering and Automation, University of Science and Technology Liaoning, Anshan, Liaoning 114051）

1、引言（研究背景价值意义，通过国内外学者研究的参考文献，指出存在的问题）

为了能够进一步了解临床医护人员与患者的意见，我们进行了社会调查了解了一部分医患的意见。最终有效问卷问两百份，其中52.5%的人为在校医学生（大部分有在临床见习接触过患者的，小部分已经是在临床实习一年取得护士资格证的在校学生），35.5%是医护人员，还有12%的人是其他行业人士。 根据问卷调查的数据显示，77%受访者认为落地式输液架和滑轨输液架移动十分不方便.65%受访者认为这两项输液架的稳定性不高，有着很多不可估计的危险和意外有51%人员身高在158以下，有85%认为自能跟随很方便，66%认为智能升降很人性化。所以大部分受访者都认为现在的输液架急需要改进和升级，经过调查还发现病人在上厕所的时候一般都需要一个陪护帮着拿瓶子十分不方便，要是自己去一手拿着输液架另一个有着针头的手也十分不方便，这就出现了很经典的鼓针现象，为了解决这个问题，医护人员认为给输液架下面的轮子加上动力系统是十分有必要的，可以解决自己打点滴不方便移动时的尴尬之处。

2、系统整体设计（画出系统的总体结构图，分别介绍）

本产品涉及一种立式可移动智能输液架，主要零件为：连接件，输液架挂钩，加热装置和输液报警装置，滑轨，伸缩杆，摄像头，空心碳管，全向轮，电机，滑轨固定件，底部连接板(底盘)，所述加热装置和空心碳管联结，滑轨和滑轨固定件联结，摄像头和底板联结，万向轮和底板电机联结，整个输液架主控采用stm32系列单片机，方案成熟，成本低廉。

根据本产品的设计，摄像头的视觉系依靠，摄像头和底板联结，电机和全向轮联结，通过摄像头进行图像捕捉，判统实现断需要跟随的物体所在方位，全向轮配合电机，根据摄像头传回来的数据，进行所需角度和方向的偏转，电机也会和摄像头配合判断与物体距离远近看是否需要跟随，可以检测患者身上的特定标志，通过视觉开发板进行处理进而控制底盘电机运动，来实现跟随患者运动，方便患者在输液室移动、上厕所等，减少护工负担。视觉处理目前采用的是opencv（c++接口），三个全向轮的优点：减小转向时的横向摩擦力（增加寿命），简化结构，可以在不通电的时候任意角度推动。

根据本产品的设计，下沉式伸缩杆，采用空心碳管结构导致硬度不改变情况下重心下移，电机配合遥控器，指挥之后电机发出指令使伸缩杆伸缩指定长短。底盘与输液杆之间用一电推杆连接，可以手动升降输液架，方便医护人员取挂药瓶，这样重心低降低了视觉系统执行时可能会倒的可能性，电机配合后不会出现普通机械结构出现的卡顿现象，这个也方便快捷的执行伸缩。

3、系统模块设计（附上功能模块图，根据图进行介绍）

智能输液架主体控制由STM32F407ZGT6实现，基于C 语言开发，方便日后对软件进行升级与迭代。其实现对机器人的控制主要由 UART 通信获取遥控数据，can通信获取陀螺仪和磁力计等模块的数据。在主控中对输入数据信息进行处理，转化为输出的控制信息，再由PWM输出的方式实现对电机的控制。

3.1、电控部分

（1）输液架选用普通直流减速电机，使用F407通用定时器可以利用GPIO引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出、PWM输出功能对电机进行控制。

（2）通过can通信读取底盘上陀螺仪的数据来获取实时欧拉角，进行转向的闭环控制。

4、具体实施方式

所述的视觉系统，主要是我们摄像头对所看见的实物进行图片捕捉，然后传回本发明的传感器也可以叫做遥控器，遥控器再把信号传递给底盘下面的电机，电机是控制这个全向轮的电机，本发明经过摄像头捕捉的图像信息，再经过遥控器确定我们需要捕捉的东西，然后我们的摄像头和遥控器还有电机，全向轮，形成一个小系统，经过摄像头遥控器确定物体之后，电机接受反馈信息，转角多少度等，全向轮进行操作移动跟随。

所述的液面报警系统，包括恒温系统这两个系统也就是这个输液架主要部分，新型液面传感器与温控系统，工作原理主要是，两个，第一个液面传感器，在出现输液时液体瓶空了，这个液面从液面变成了空气柱，之后经过液面传感器的信号反应，发生报警信息。第二个温控系统，这个装置本身是有一个小卡子的，这个装置安装在空心碳管上面，体内有铜丝等，可以对卡上去的药物起到一个恒温的作用。

所述的整个伸缩管是由空心碳管还有滑轨，伸缩杆，输液架挂钩，连接件组成的。遥控器发出指令，挂钩挂着输液管，经过伸缩杆的伸缩，到达所需要位置停下。

5、产品前景

鉴于传统的输液支架暴露出来的许多缺点，设计了这款智能输液架，它与传统的输液架相比实用性更高，自动跟踪，智能移动，相比于单调死板的输液架来说更加灵活，病人自己就可以上卫生间和做检查，减少了陪护。其次该输液支架高度可以调节，医护人员可以根据不同需求自己调节高度，避免了身高等因素造成的不便。而且医院使用智能输液架，可以大大提高效率，同时我相信这款智能输液架可以给患者带来愉快的使用体验和好的心情，由上面得知智能输液架有一个好的发展前景。

作者简介：陈强（2001—），辽宁科技大学，机械工程与自动化学院，机械电子工程2019级本科生

参考文献

[1]黄宇靖,曾燕婷,林家慧.一种升降输液架的设计与实现[J].广东职业技术教育与研究,2020(01):197-199.

[2]于资江,王志坤,姜岩伟,闫俊彤.助力输液架的设计研究[J].电子世界,2017(10):160.

[3]姚安凯,王志坤,李昌成,龙文腾.智能输液支架设计[J].河北农机,2017(12):65.

基金项目：辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目（项目编号：S202110146003S）