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让机器人变“护工”

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日常生活中,我们经常会看到一些特殊人群,他们或是行动不方便,或是需借助某种外界工具以满足自身需求,尤其是在生病时。

2013年,父亲连续八次住院,经常输液,需要家人或医护人员在一旁看护。虽然医院有监护控制系统,但仍需有人留意输液瓶内的液体流量,并在点滴滴完后通知护士更换。

连续工作、陪护几天的我,总是忘记父亲在输液,没能及时呼叫护士,幸亏有同病房的人发现,才避免输液回血状况的发生。如果病人住单人间,输液完成后没能及时发现,导致的后果会给病人及家属带来很大心理负担,甚至会有生命危险。

本人在2013年辅导学生机器人创新比赛培训期间,设想了一种简易输液自动报警器机器人系统。经过实验发现使用效果良好,具有推广价值。

一、设计思路

简易输液自动报警装置挂在输液瓶上方,可在液体输完前2至3分钟发出警报声,提醒病人或看护家属,防止发生回血现象,并通过报警装置传至护士室。

1.输液自动报警器的设计

报警器利用弹簧受力拉升的原理,在弹簧秤拉钩触点移动槽上装上塑料卡环,塑料卡环边缘上设置金属触点A,弹簧秤拉钩顶部突出部分设计金属触点B,A、B两个触点接导线末端设置开关插座口,与现有的监控系统开关线连接。

病人开始输液时,护士将药瓶挂在弹簧秤上,此时吊瓶质量最大,拉下弹簧使金属A、B触点干簧片断开。输液过程中液体逐渐减少,随着药瓶质量降低,金属A、B触点干簧片接通电路开关,音乐报警器开始报警,护士监控室内灯亮。护士接到提醒及时赶到病房为病人更换输液瓶;机器人通过传感器接收信息为病人服务。结构如图1。

2.简易护爱机器人设计

护爱机器人用乐高积木组件设计搭建,由直流伺服电机传动系统、NXT编程控制系统、各种传感器收集信息系统共同构成,是一种智能化的护理病人的拟人机器人。如图2。

二、制作过程

1.确定控制干簧片开关位置

我用塑料环制作了一个可移动的触点,在弹簧秤外部用塑料环固定一个能移动的卡环,在塑料移动卡环边缘上接金属触点A,金属触点用电线连接到报警电路控制盒内。弹簧秤杆上的弹簧下部焊接一条金属触点B连接导线,将该导线也连接到电路控制盒内。

根据输液瓶重量的不同,将带触点的塑料卡环移动到合适的位置,并在弹簧秤外部标注刻度。输液瓶与刻度的对应关系如下:500ml塑料瓶:0.7N;250ml塑料瓶:0.55N;100ml塑料瓶:0.3N;500ml玻璃瓶:Max(根据实测值标注最大值);200ml玻璃瓶:2.0N;100ml玻璃瓶:1.3N。

2.组装音乐门铃与控制器

将音乐门铃与弹簧秤控制部分用双面胶固定在一个塑料盒内,塑料盒上方安装挂环和护士监控室病床监控器开关接口插座。

3.监控器与机器人组合

应用乐高机器人积木组件搭建智能护爱机器人,通过超声波传感器、光电传感器、颜色传感器、声音传感器和触碰传感器收集信息,经NXT控制器编程让其完成规定的任务。

三、创新点

1.科学性

简易输液自动报警装置是外挂装置,不会污染药液;可在液体输完前2至3分钟(可根据实际情况做出相应调整)发出警报,避免液体输完发生回血现象;不仅适用于各种颜色的药液,而且没有电磁辐射干扰。

2.先进性

报警器与机器人相互结合,通过传感器接收信息,经控制器编程输出伺服电机传动为病人服务;可与医院病房现有系统装置组合使用,降低成本,让医务人员的工作安排更合理。

本系统虽然报警准确,与机器人结合能完成简单的设计任务,但由于我对机器人的知识掌握不够,在机器人传感器应用方面和控制功能编程中遇到了很多问题。如机器人不够灵活,需要改进;能自主执行的动作不多,能完成的任务有限。未来,我还会进一步研究,使其更加智能。