CN110757472A

CN110757472A - 自主导航的医疗巡诊送药机器人及使用方法

Info

Publication number: CN110757472A
Application number: CN201910960077.6A
Authority: CN
Inventors: 杨洋; 常志增; 刘鑫; 陈乐平
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2039-10-10
Also published as: CN110757472B

Abstract

本发明提供了自主导航的医疗巡诊送药机器人及使用方法，它包括用于安装整个部件的车架结构，所述车架结构的底部三个顶角位置分别安装有用于带动整个车架结构移动的车轮结构；所述车架结构的顶部中间部位固定安装有转盘中轴，所述转盘中轴从下到上分别配合安装有齿轮传动机构和行星齿轮与药箱联动结构，所述车架结构的雷达安装台的顶部固定安装有用于导航的雷达，所述车架结构上通过机械臂安装台固定安装有机械臂抓取机构。其可以分担护士巡诊送药以及检查病人上述体征的任务，实现病房里人机共处服务病人，减少护士来回奔波取药的时间，有助于更好的服务病人。

Description

自主导航的医疗巡诊送药机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是自主导航的医疗巡诊送药机器人及使用方法。

背景技术

在医院护士每天都需要对固定住院人员进行常规项目的巡诊，其中巡诊的项目包括病人体温，心率，血压等体征；同时还需要给相应的病人进行送药作业，如果住院的患者较多，上述的常规操作过程对于医护人员来说工作量大，有可能导致服务不到位或者容易发生纰漏，因此，需要考虑设计一种自动巡诊送药机器人，以替代传统的人工作业过程。

发明内容

根据护士每天都要巡诊并且送药检查病人体温，心率，血压等体征这一系列循环的动作，本发明的目的在于提供一种自主导航的医疗巡诊送药机器人及使用方法，其可以分担护士巡诊送药以及检查病人上述体征的任务，实现病房里人机共处服务病人，减少护士来回奔波取药的时间，有助于更好的服务病人。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：自主导航的医疗巡诊送药机器人，它包括用于安装整个部件的车架结构，所述车架结构的底部三个顶角位置分别安装有用于带动整个车架结构移动的车轮结构；所述车架结构的顶部中间部位固定安装有转盘中轴，所述转盘中轴从下到上分别配合安装有齿轮传动机构和行星齿轮与药箱联动结构，所述车架结构的雷达安装台的顶部固定安装有用于导航的雷达，所述车架结构上通过机械臂安装台固定安装有机械臂抓取机构。

所述车轮结构包括固定在车架结构上的电机法兰，所述电机法兰上固定安装有车轮电机，所述车轮电机的输出轴通过第一联轴器与车轮轴固定相连，所述车轮轴通过轴承支撑在电机法兰的轴承座上，所述轴承通过卡簧限位固定在轴承座上，所述车轮轴上安装有车轮内轮毂和车轮外轮毂，在车轮内轮毂和车轮外轮毂上分别安装有小轮；所述车轮电机上安装有用于控制其动作的电机编码器。

所述齿轮传动机构包括电机，所述电机的电机转轴上安装有小主动锥齿轮，所述小主动锥齿轮与小从动锥齿轮啮合传动，所述小从动锥齿轮通过定位套筒定位安装在车架结构上，所述小主动锥齿轮的主轴上安装有多孔定位连轴器，所述多孔定位连轴器的另一端通过第二联轴器安装有大主动锥齿轮，所述大主动锥齿轮与大从动锥齿轮啮合传动。

所述行星齿轮与药箱联动结构包括储药仓，所述储药仓安装在齿轮传动机构的正上方，所述储药仓的顶部固定安装有六轴药箱，所述六轴药箱的顶部安装有行星齿轮机构，所述六轴药箱和行星齿轮机构均安装在转盘中轴上，所述转盘中轴的底端与齿轮传动机构的大从动锥齿轮的主轴相连，所述六轴药箱的内部设置有用于将药物送出的药物处理器。

所述行星齿轮机构包括行星齿轮机构包括安装在转盘中轴上的中心小齿轮，所述中心小齿轮同时与三个均布的大齿轮啮合传动，所述大齿轮与外齿圈构成啮合传动；所述外齿圈的顶部固定安装有显示器。

所述机械臂抓取机构包括机械臂支撑座，所述机械臂支撑座固定安装在机械臂安装台的顶部，所述机械臂支撑座的顶部通过六角铜柱安装有舵机支座，所述舵机支座上固定安装有第一舵机，所述第一舵机的主轴上安装有第一主臂，所述第一主臂的另一端通过第二舵机安装有舵机支架，所述舵机支架上通过多个第三舵机连接构成五自由度机械臂，在机械臂的末端安装有机械臂连杆，所述机械臂连杆上配合安装有用于药物抓取的机械爪。

所述雷达采用激光雷达雷达，所述激光雷达雷达通过电机和传动皮带进行驱动其旋转。

所述自主导航的医疗巡诊送药机器人的使用方法，他包括以下步骤：

Step1：护士在行星齿轮与药箱联动结构的装药区域将病人所需要的药物填入所述六轴药箱，手动转动药箱直至六个药筒装满；

Step2：启动机器人底盘按钮，驱动雷达旋转，机器人从装药区开始运动，通过雷达返回的粒子信息算法后经过逻辑处理单元实现自主导航和智能躲避障碍后到达药物所指定的病人病床旁的药柜前；

Step3：通过电控硬件控制电机启动，通过大主动锥齿轮驱动大从动锥齿轮，使得储药仓所外伸方向为机器人运动正方向，通过转盘中轴的传动使得行星齿轮与药箱联动结构中的显示器朝向病床；

Step4：启动所述六轴药箱转动开关，药物先从1号药筒经过扫码区域确定患者病床号码后平稳落入储药仓中的奇数位药仓，此时触碰药物处理器中的压力传感器后弹出；

Step5：电控硬件控制机械臂抓取机构使机械臂末端机械爪加持药物送入病床旁药柜上，所述药物处理器回缩，机械臂抓取机构返回初始位置，电控硬件控制电机，并通过驱动小主动锥齿轮进而传动小从动锥齿轮，使得六轴药箱转动继续执行向储药仓放药任务。

本发明有如下有益效果：

1、本发明通过运用机器人替代人工运输药物将有以下几大优势，可以提高药物运输效率，可以避免运药过程中因人工因素导致药物的破坏，可以同时运输固体、液体药物等；

2、本发明集成了机器人SLAM技术，即可以实现自主送药，智能避开障碍物，例如人群，墙壁等，目前国内医院还没有大规模的使用，所以在这一方面有很大的发展前景。

3、通过上述的车轮结构能够实现整个机器人的行走。

4、通过上述的雷达能够实现导向。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明的第一视角三维结构图。

图2本发明的第一视角三维结构图。

图3本发明的车轮结构三维结构图。

图4本发明的齿轮传动机构三维结构图。

图5本发明的行星齿轮与药箱联动结构三维结构图。

图6本发明的机械臂抓取机构三维结构图。

图7本发明的俯视图。

图中：车轮结构10、齿轮传动机构20、车架结构30、行星齿轮与药箱联动结构40、机械臂抓取机构50；

小从动锥齿轮201、小主动锥齿轮202、电机转轴203、电机204、大主动锥齿轮205、大从动锥齿轮206、多孔定位连轴器207、定位套筒208、第二联轴器209；

雷达安装台301、机械臂安装台302、雷达303；

药物处理器401、六轴药箱402、储药仓403、外齿圈404、转盘中轴405、中心小齿轮406、大齿轮407、显示器408；

机械臂支撑座501、六角铜柱502、第一舵机503、第二舵机504、舵机支架505、机械爪506、第三舵机507、机械臂连杆508。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

参见图1-3，自主导航的医疗巡诊送药机器人，它包括用于安装整个部件的车架结构30，所述车架结构30的底部三个顶角位置分别安装有用于带动整个车架结构30移动的车轮结构10；所述车架结构30的顶部中间部位固定安装有转盘中轴405，所述转盘中轴405从下到上分别配合安装有齿轮传动机构20和行星齿轮与药箱联动结构40，所述车架结构30的雷达安装台301的顶部固定安装有用于导航的雷达303，所述车架结构30上通过机械臂安装台302固定安装有机械臂抓取机构50。可以提高药物运输效率，可以避免运药过程中因人工因素导致药物的破坏，可以同时运输固体、液体药物等，此发明集成了机器人SLAM技术，即可以实现自主送药，智能避开障碍物，例如人群，墙壁等，目前国内医院还没有大规模的使用，所以在这一方面有很大的发展前景。

进一步的，所述车轮结构10包括固定在车架结构30上的电机法兰105，所述电机法兰105上固定安装有车轮电机107，所述车轮电机107的输出轴通过第一联轴器104与车轮轴103固定相连，所述车轮轴103通过轴承110支撑在电机法兰105的轴承座上，所述轴承110通过卡簧109限位固定在轴承座上，所述车轮轴103上安装有车轮内轮毂102和车轮外轮毂108，在车轮内轮毂102和车轮外轮毂108上分别安装有小轮101；所述车轮电机107上安装有用于控制其动作的电机编码器106。通过上述的车轮结构10能够实现整个机器人的移动。所述电机编码器106与逻辑处理装置相连，所述逻辑处理装置采用工控机，处理复杂的逻辑算法，装有计算机系统以及SLAM算法设备，底盘电机编码器反馈回来的里程计算法信息以达到室内精准定位导航的目的。

进一步的，所述齿轮传动机构20包括电机204，所述电机204的电机转轴203上安装有小主动锥齿轮202，所述小主动锥齿轮202与小从动锥齿轮201啮合传动，所述小从动锥齿轮201通过定位套筒208定位安装在车架结构30上，所述小主动锥齿轮202的主轴上安装有多孔定位连轴器207，所述多孔定位连轴器207的另一端通过第二联轴器209安装有大主动锥齿轮205，所述大主动锥齿轮205与大从动锥齿轮206啮合传动。通过上述的齿轮传动机构20能够

进一步的，所述行星齿轮与药箱联动结构40包括储药仓403，所述储药仓403安装在齿轮传动机构20的正上方，所述储药仓403的顶部固定安装有六轴药箱402，所述六轴药箱402的顶部安装有行星齿轮机构，所述六轴药箱402和行星齿轮机构均安装在转盘中轴405上，所述转盘中轴405的底端与齿轮传动机构20的大从动锥齿轮206的主轴相连，所述六轴药箱402的内部设置有用于将药物送出的药物处理器401。所述行星齿轮机构包括行星齿轮机构包括安装在转盘中轴405上的中心小齿轮406，所述中心小齿轮406同时与三个均布的大齿轮407啮合传动，所述大齿轮407与外齿圈404构成啮合传动；所述外齿圈404的顶部固定安装有显示器408。通过上述装置能够实现储药仓403的转动。

进一步的，所述机械臂抓取机构50包括机械臂支撑座501，所述机械臂支撑座501固定安装在机械臂安装台302的顶部，所述机械臂支撑座501的顶部通过六角铜柱502安装有舵机支座，所述舵机支座上固定安装有第一舵机503，所述第一舵机503的主轴上安装有第一主臂，所述第一主臂的另一端通过第二舵机504安装有舵机支架505，所述舵机支架505上通过多个第三舵机507连接构成五自由度机械臂，在机械臂的末端安装有机械臂连杆508，所述机械臂连杆508上配合安装有用于药物抓取的机械爪506。通过上述的机械臂抓取机构50能够用于对药物进行抓取。

进一步的，所述雷达303采用激光雷达雷达，所述激光雷达雷达通过电机和传动皮带进行驱动其旋转。通过上述的雷达303能够经过逻辑处理单元实现自主导航和智能躲避障碍后到达药物所指定的病人病床旁的药柜前。

实施例2：

Step1：护士在行星齿轮与药箱联动结构40的装药区域将病人所需要的药物填入所述六轴药箱402，手动转动药箱直至六个药筒装满；

Step2：启动机器人底盘按钮，驱动雷达303旋转，机器人从装药区开始运动，通过雷达303返回的粒子信息算法后经过逻辑处理单元实现自主导航和智能躲避障碍后到达药物所指定的病人病床旁的药柜前；

Step3：通过电控硬件控制电机204启动，通过大主动锥齿轮205驱动大从动锥齿轮206，使得储药仓403所外伸方向为机器人运动正方向，通过转盘中轴405的传动使得行星齿轮与药箱联动结构40中的显示器408朝向病床；

Step4：启动所述六轴药箱402转动开关，药物先从1号药筒经过扫码区域确定患者病床号码后平稳落入储药仓403中的奇数位药仓，此时触碰药物处理器401中的压力传感器后弹出；

Step5：电控硬件控制机械臂抓取机构50使机械臂末端机械爪506加持药物送入病床旁药柜上，所述药物处理器401回缩，机械臂抓取机构50返回初始位置，电控硬件控制电机204，并通过驱动小主动锥齿轮202进而传动小从动锥齿轮201，使得六轴药箱402转动继续执行向储药仓403放药任务。

Claims

1.自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：它包括用于安装整个部件的车架结构（30），所述车架结构（30）的底部三个顶角位置分别安装有用于带动整个车架结构（30）移动的车轮结构（10）；所述车架结构（30）的顶部中间部位固定安装有转盘中轴（405），所述转盘中轴（405）从下到上分别配合安装有齿轮传动机构（20）和行星齿轮与药箱联动结构（40），所述车架结构（30）的雷达安装台（301）的顶部固定安装有用于导航的雷达（303），所述车架结构（30）上通过机械臂安装台（302）固定安装有机械臂抓取机构（50）。

2.根据权利要求1所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述车轮结构（10）包括固定在车架结构（30）上的电机法兰（105），所述电机法兰（105）上固定安装有车轮电机（107），所述车轮电机（107）的输出轴通过第一联轴器（104）与车轮轴（103）固定相连，所述车轮轴（103）通过轴承（110）支撑在电机法兰（105）的轴承座上，所述轴承（110）通过卡簧（109）限位固定在轴承座上，所述车轮轴（103）上安装有车轮内轮毂（102）和车轮外轮毂（108），在车轮内轮毂（102）和车轮外轮毂（108）上分别安装有小轮（101）；所述车轮电机（107）上安装有用于控制其动作的电机编码器（106）。

3.根据权利要求1所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述齿轮传动机构（20）包括电机（204），所述电机（204）的电机转轴（203）上安装有小主动锥齿轮（202），所述小主动锥齿轮（202）与小从动锥齿轮（201）啮合传动，所述小从动锥齿轮（201）通过定位套筒（208）定位安装在车架结构（30）上，所述小主动锥齿轮（202）的主轴上安装有多孔定位连轴器（207），所述多孔定位连轴器（207）的另一端通过第二联轴器（209）安装有大主动锥齿轮（205），所述大主动锥齿轮（205）与大从动锥齿轮（206）啮合传动。

4.根据权利要求1所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述行星齿轮与药箱联动结构（40）包括储药仓（403），所述储药仓（403）安装在齿轮传动机构（20）的正上方，所述储药仓（403）的顶部固定安装有六轴药箱（402），所述六轴药箱（402）的顶部安装有行星齿轮机构，所述六轴药箱（402）和行星齿轮机构均安装在转盘中轴（405）上，所述转盘中轴（405）的底端与齿轮传动机构（20）的大从动锥齿轮（206）的主轴相连，所述六轴药箱（402）的内部设置有用于将药物送出的药物处理器（401）。

5.根据权利要求4所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述行星齿轮机构包括行星齿轮机构包括安装在转盘中轴（405）上的中心小齿轮（406），所述中心小齿轮（406）同时与三个均布的大齿轮（407）啮合传动，所述大齿轮（407）与外齿圈（404）构成啮合传动；所述外齿圈（404）的顶部固定安装有显示器（408）。

6.根据权利要求1所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述机械臂抓取机构（50）包括机械臂支撑座（501），所述机械臂支撑座（501）固定安装在机械臂安装台（302）的顶部，所述机械臂支撑座（501）的顶部通过六角铜柱（502）安装有舵机支座，所述舵机支座上固定安装有第一舵机（503），所述第一舵机（503）的主轴上安装有第一主臂，所述第一主臂的另一端通过第二舵机（504）安装有舵机支架（505），所述舵机支架（505）上通过多个第三舵机（507）连接构成五自由度机械臂，在机械臂的末端安装有机械臂连杆（508），所述机械臂连杆（508）上配合安装有用于药物抓取的机械爪（506）。

7.根据权利要求1所述自主导航的医疗巡诊送药机器人，其特征在于：所述雷达（303）采用激光雷达雷达，所述激光雷达雷达通过电机和传动皮带进行驱动其旋转。

8.权利要求1-7任意一项所述自主导航的医疗巡诊送药机器人的使用方法，其特征在于他包括以下步骤：

Step1：护士在行星齿轮与药箱联动结构（40）的装药区域将病人所需要的药物填入所述六轴药箱（402），手动转动药箱直至六个药筒装满；

Step2：启动机器人底盘按钮，驱动雷达（303）旋转，机器人从装药区开始运动，通过雷达（303）返回的粒子信息算法后经过逻辑处理单元实现自主导航和智能躲避障碍后到达药物所指定的病人病床旁的药柜前；

Step3：通过电控硬件控制电机（204）启动，通过大主动锥齿轮（205）驱动大从动锥齿轮（206），使得储药仓（403）所外伸方向为机器人运动正方向，通过转盘中轴（405）的传动使得行星齿轮与药箱联动结构（40）中的显示器（408）朝向病床；

Step4：启动所述六轴药箱（402）转动开关，药物先从1号药筒经过扫码区域确定患者病床号码后平稳落入储药仓（403）中的奇数位药仓，此时触碰药物处理器（401）中的压力传感器后弹出；

Step5：电控硬件控制机械臂抓取机构（50）使机械臂末端机械爪（506）加持药物送入病床旁药柜上，所述药物处理器（401）回缩，机械臂抓取机构（50）返回初始位置，电控硬件控制电机（204），并通过驱动小主动锥齿轮（202）进而传动小从动锥齿轮（201），使得六轴药箱（402）转动继续执行向储药仓（403）放药任务。