CN216913840U - 一种可代替临床护士护理工作的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗用品技术领域，特别涉及一种可代替临床护士护理工作的机器人，包括：机架、运动模块、显示输出模块，注射模块，成像模块，配药模块，导航模块，血压测量模块，控制模块；借助成像模块中的超声探头、红外探头联合采集患者血管信号，在微处理器控制下依靠超声探头、及红外探头的信号辅助注射模块进行常规的穿刺输液、静脉置管等操作；替代人工进行药物注入的日常任务，减轻护士繁重的日产工作，并且本装置借用计算机辅助控制，穿刺定位精度更高；通过可代替护士执行医生开具的医嘱，给患者测体温、测血压；本装置可进行常规配药及穿刺输液、经手臂穿刺深静脉置管，并能存储医嘱及检测单、显示医嘱、采集的血管三维图。

Description

一种可代替临床护士护理工作的机器人

技术领域

本实用新型涉及医疗用品技术领域，特别涉及一种可代替临床护士护理工作的机器人；

背景技术

目前医用机器人已经越来越多的应用于各类疾病的诊断、治疗和康复过程当中；尤其近年来医疗装备备受关注，发展迅速；许多医院出现了具有各种专用功能的医用机器人。

人工注射或置管的缺陷在于寻找血管困难，穿刺位置不准确，而且容易因外界条件造成失误。

目前市场上的机器人大多只具备单一的功能，缺乏一种可与患者良好交互，向患者展示医嘱、检测报告且同时可以扫描患者血管三维影像，并根据三维图像引导自动进行穿刺、置管工作的，能最大限度减轻护士工作量的机器人；

因此一种可代替临床护士护理工作的机器人重要意义和实用价值。

实用新型内容

本实用新型可代替护士执行医生开具的医嘱，给患者测体温、测血压，可进行常规配药及穿刺输液、经手臂穿刺深静脉置管，并能存储医嘱及检测单、显示医嘱、采集的血管三维图：

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种可代替临床护士护理工作的机器人，包括：机架、运动模块、显示输出模块，注射模块，成像模块，配药模块，导航模块，血压测量模块，控制模块；

所述机架底部安装运动模块，所述运动模块包括：主动轮，连接轴，驱动电机，转向机构，转向轮，转向电机；所述主动轮通过连接轴与驱动电机连接，所述驱动电机与机架固定连接；所述转向电机与机架连接，所述转向轮通过转向机构与转动电机相连；

所述机架外侧安装显示输出模块，所述显示输出模块包括：显示器，按键式操作面板；所述显示器安装在机架外侧，所示按键式操作面板安装在显示器下方；

所述机架上部安装注射模块，所述注射模块包括：托板，多轴机械臂，推注活塞，锁紧爪，第一电动油缸，对准仪，转盘，伺服电机，置管装置；所述托板安装在所述机架上，所述多轴机械臂安装在托板后端；所述转盘安装在多轴机械臂前端，所述转盘后端安装伺服电机；所述锁紧爪安装在转盘上，所述锁紧爪与第一电动油缸连接，所述第一电动油缸与转盘连接；所述推注活塞安装在锁紧爪后端；所述对准仪安装在多轴机械臂后端；所述托板为半圆筒状，端面上安装带锁扣的固定带；

所述血压测量模块包括：气囊，气压传感器，充放气泵，电子排气阀；所述气囊安装在注射模块的托板中，所述气压传感器安装在气囊中，所述充放气泵连接气囊，所述电子排气阀与气囊连接，所述气压传感器与控制模块连接；

所述成像模块包括：红外探头，投影单元，固定超声探头，活动超声探头；所述红外探头、投影单元及活动超声探头安装在转盘前端，所述固定超声探头分别安装在托板的底部及侧方；

所述配药模块安装在机架内部，所述配药模块包括：储料箱，复位装置，电动液压推杆，卸料架，废料箱，光学定位点，抽液口；上料板；所述储料箱为一侧开放的中空的盒装结构，所述储料箱顶部两侧均设有连通的矩形孔，所述卸料架滑动连接在储料箱的矩形孔处，所述卸料架连接电动液压推杆，所述电动液压推杆一端连接在机架上；所述上料板上端与储料箱铰接，所述上料板下端通过卡扣与储料箱拆卸连接；所述复位装置包括：复位板，复位弹簧；所述复位弹簧一端固定在储料箱内部底端，一端与复位板滑动连接，所述复位板与储料箱内壁滑动连接；所述卸料架有下放和前方有矩形开口；所述抽液口为设置在储上料板上与卸料架开口连通的连接孔，所述光学定位点安装在抽液口一侧；

所述控制模块安装在机架内部，包括：无线网络连接模块、微处理器、GPU 芯片、存储器、集成电路；所述无线网络连接模块、GPU芯片、存储器及微处理器均安装在集成电路中，所述集成电路与运动模块、显示输出模块，注射模块，成像模块，配药模块，导航模块，血压测量模块电连接；所述GPU芯片通过集成电路与红外探头，投影单元，固定超声探头，活动超声探头连接；

所述导航模块包括激光雷达、SLAMWARE导航模块、红外防跌落传感器；所述GPU芯片连接激光雷达，激光雷达连接SLAMWARE导航模块，所述SLAMWARE 导航模块连接至微处理器芯片；

进一步的，所述置管装置安装在转盘上，锁紧爪的对侧；所述置管装置包括：滑轨，第一抓取钳，第二抓取钳，第二电动油缸，第三电动油缸，直线电机；滑轨固定在转盘上，所述第一抓取钳铰接在滑轨前端，所述第一抓取钳与第二电动油缸铰接，且第二电动油缸与转盘铰接；所述第二抓取钳与直线电机铰连接，所述直线电机滑动连接在滑轨上；所述第三电动油缸与第二抓取钳铰接且与直线电机铰接连接；

进一步的，所述机架内并列安装多个配药模块；

进一步的，所述对准仪为非接触式；

进一步的，所述转向机构采用标准的齿条转向结构；

本实用新型的有益效果是：

本装置借助成像模块中的超声探头、红外探头联合采集患者血管信号，并将采集信号经过GPU和微处理器的协同处理建立三维模型将患者的血管三维图像可视化，可存储化；在微处理器控制下依靠超声探头、及红外探头的信号辅助注射模块进行常规的穿刺输液、静脉置管等操作；实现了注射工作的可视化、自动化，替代人工进行药物注入的日常任务，减轻护士繁重的日产工作，并且本装置借用计算机辅助控制，穿刺定位精度更高；

本装置可通过显示器、按键式操作面板及控制模块及其中的存储器结合无线网络连接模块，与医院的云端系统连接，实现储存、传输和显示医嘱、检测报告、采集到的血管三维图像；更好的与患者进行实时交互；使患者及医护人员都可以更好的了解病情，为医生判断病情提供更精确更及时的依据；

本装置使用多轴机械臂作为注射功能的执行机构，前端搭载了转盘结构，转盘上分别安装推注装置和静脉置管用的置管装置，实现了操作位的自动转换，在控制模块的作用下执行不同的操作任务；

本装置通过储料箱内可存储大量西林瓶装的药剂，注射模块可从抽液口内抽取药物，电动液压推杆可自动将卸料架内的废弃药瓶推出，复位装置可自动的将新的药物推至抽液口，多个并列配置的储料箱可预存不同种类的药物，注射模块在控制模块的控制下抽取不同的药液从而实现自动配液；注射系统在红外探头定位的辅助下识别光学定位点，使药物的抽取更准确；

附图说明

图1是本实用新型示意图；

图2是本实用新型注射模块示意图；

图3是本实用新型配药模块示意图；

图4是本实用新型卸料架及推杆连接示意图；

图5是本实用新型托板及血压测量模块示意图；

图中零部件名称及序号：1-机架、2-运动模块、201-主动轮、202-连接轴、 203-驱动电机、204-转向机构、205-转向轮、206-转向电机、3-显示输出模块、 301-显示器、302-按键式操作面板、4-注射模块、401-托板、402-多轴机械臂、 403-推注活塞、404-锁紧爪、405-第一电动油缸、406-对准仪、407-转盘、408- 伺服电机、409-置管装置、4091-滑轨、4092-第一抓取钳、4093-第二抓取钳、 4094-第二电动油缸、4095-第三电动油缸、4096-直线电机、5-成像模块、501- 红外探头、502-投影单元、503-固定超声探头、504-活动超声探头、6-配药模块、601-储料箱、602-复位装置、6021-复位板、6022-复位弹簧、603-电动液压推杆、604-卸料架、605-废料箱、606-光学定位点、607-抽液口、608-上料板、7-导航模块、701-激光雷达、702-SLAMWARE导航模块、703-红外防跌落传感器、8-血压测量模块、801-气囊、802-气压传感器、803-充放气泵、804-电子排气阀、9-控制模块、901-无线网络连接模块、902-微处理器、903-GPU芯片、 904-存储器、905-集成电路；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例；基于本实用新型中实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参阅图1-图5所示，一种可代替临床护士护理工作的机器人，包括：机架 1、运动模块2、显示输出模块3，注射模块4，成像模块5，配药模块6，导航模块7，血压测量模块8，控制模块9；

所述机架1底部安装运动模块2，所述运动模块2包括：主动轮201，连接轴202，驱动电机203，转向机构204，转向轮205，转向电机206；所述主动轮 201通过连接轴202与驱动电机203连接，所述驱动电机203与机架1固定连接；所述转向电机206与机架1连接，所述转向轮205通过转向机构204与转动电机206相连；

所述机架1外侧安装显示输出模块3，所述显示输出模块3包括：显示器 301，按键式操作面板302；所述显示器301安装在机架1外侧，所示按键式操作面板302安装在显示器301下方；

所述机架1上部安装注射模块4，所述注射模块4包括：托板401，多轴机械臂402，推注活塞403，锁紧爪404，第一电动油缸405，对准仪406，转盘 407，伺服电机408，置管装置409；所述托板401安装在所述机架1上，所述多轴机械臂402安装在托板401后端；所述转盘407安装在多轴机械臂402前端，所述转盘407后端安装伺服电机408；所述锁紧爪404安装在转盘407上，所述锁紧爪404与第一电动油缸405连接，所述第一电动油缸405与转盘407 铰接；所述推注活塞403安装在锁紧爪404后端；所述对准仪406安装在多轴机械臂402后端；所述托板401为半圆筒状，端面上安装带锁扣的固定带；所述置管装置409安装在转盘407上，锁紧爪404的对侧；所述置管装置409包括：4091滑轨，4092第一抓取钳，4093第二抓取钳，4094第二电动油缸，4095 第三电动油缸，4096直线电机；滑轨4091固定在转盘407上，所述第一抓取钳 4093铰接在滑轨4091前端，所述第一抓取钳4092与第二电动油缸4094铰接，且第二电动油缸4094与转盘407铰连接；所述第二抓取钳4093与直线电机4096 连接，所述直线电机4096滑动连接在滑轨4091上；所述第三电动油缸4095与第二抓取钳4093铰接且与直线电机4096铰接；所述推注活塞403前端带有卡槽结构，本结构可在注射器活塞推杆滑入后挡住其尾端，使推注活塞403可带动注射器活塞前后运动；

所述血压测量模块8包括：气囊801，气压传感器802，充放气泵803，电子排气阀804；所述气囊801安装在注射模块4的托板401中，所述气压传感器 802安装在气囊801中，所述充放气泵803连接气囊801，所述电子排气阀804 与气囊801连接，所述气压传感器802与控制模块9连接；

所述成像模块5包括：红外探头501，投影单元502，固定超声探头503，活动超声探头504；所述红外探头501、投影单元502及活动超声探头504安装在多轴机械臂402的活动端，所述固定超声探头503分别安装在托板401的底部及侧方；

所述配药模块6安装在机架1内部，所述配药模块6包括：储料箱601，复位装置602，电动液压推杆603，卸料架604，废料箱605，光学定位点606，抽液口607；上料板608；所述储料箱601为一侧开放的中空的盒装结构，所述储料箱601顶部两侧均设有连通的矩形孔，所述卸料架604滑动连接在储料箱601 的矩形孔处，所述卸料架604连接电动液压推杆603所述电动液压推杆603连接在机架1上；所述上料板608上端与储料箱601铰接，所述上料板608下端通过卡扣与储料箱601拆卸连接；所述复位装置602包括：复位板6021，复位弹簧6022；所述复位弹簧6022一端固定在储料箱601内部底端，一端与复位板 6021滑动连接，所述复位板6021与储料箱601内壁滑动连接；所述卸料架604 有下放和前方有矩形开口；所述出液口607为设置在上料板608上的与卸料架 604开口连通的连接孔，所述光学定位点606安装在抽液口一侧；

所述控制模块9安装在机架1内部，包括：无线网络连接模块901、微处理器902、GPU芯片903、存储器904、集成电路905；所述无线网络连接模块901、 GPU芯片903、存储器904及微处理器902均安装在集成电路905中，所述集成电路905与运动模块2、显示输出模块3，注射模块4，成像模块5，配药模块6，导航模块7，血压测量模块8电连接；所述GPU芯片903通过集成电路905与红外探头501，投影单元502，固定超声探头503，活动超声探头504连接；

所述导航模块7包括激光雷达701、SLAMWARE导航模块702、红外防跌落传感器703；所述GPU芯片903连接激光雷达701，激光雷达701连接SLAMWARE 导航模块702，所述SLAMWARE导航模块702连接至微处理器902芯片；所述机架1内并列安装多个配药模块6；所述转向机构204采用目前常用的标准的齿条转向结构；对准仪406借用加工领域高精度激光对刀系统实现非接触对准；

本装置通过与各模块连接的内置电池进行供电，电池通过外接电源进行充电，电池形式、充电电路供电原理及其组成结构为所述领域公知技术，因此不做详细描述；

本装置利用现有可编程多轴机械臂作为执行组件，所述多轴机械臂为该领域现有技术，包括该机械臂的结构组成，控制方式及控制原理，因此不做详细叙述；

本装置控制模块所述的红外探头、超声探头、油缸、推杆、活塞、伺服电机、直线电机等执行、检测部件的控制方式及控制电路组成均为所述领域技术人员公知，因此集成电路及其中涉及到的详细元件、布局组成均为所述领域技术人员公知，本说明书中不在详细叙述；

一种可代替临床护士护理工作的机器人工作原理：

运动模块：本装置通过显示输出模块中的操作面板输入指令信息，或通过电脑终端经无线网络传输命令，控制系统中微处理器芯片处理指令信息，然后调取预存的路线，微处理器输出指令经集成电路进行处理输出至运动模块，运动模块中驱动电机得到指令后带动主动轮转动，并控制运动速度，转向电机输带动转向结构从而带动转向轮转动，从而控制装置转向；本装置在行驶过程中，通过激光雷达扫描周围环境为本装置提供周围环境情况，经微处理器分析后对运动模块输出暂停或转向指令，避让障碍物；而防跌落模块可帮助本装置避免无法通过的地形；

显示输出模块：通过操作面板输入指令信息，经过集成电路转换后指令信号穿入微处理器，经过微处理器处理和计算后将指令输入其他模块中，并且输出电信号，将相关信息显示在显示器上；

注射模块、配药模块、成像模块及血压测量模块：当微处理器接收到注射任务时，向机械臂发出运动指令(运动轨迹为在通用机械臂编程指令下形成预设轨迹)，控制多轴机械臂运动到制定位置，微处理器输出指令经集成电路转换后发送给转盘，转盘将要执行操作结构转动到工作位；微处理器输出控制指令经集成电路转换，控制第一电动油缸伸缩，第一油缸收缩时锁紧爪为放松状态，第一油缸伸长时锁紧爪为抓取状态；推注活塞前端的结构套在注射器活塞杆后端带动其运动，锁紧爪抓紧注射器针筒后微处理器控制多轴机械臂将抓取到的注射器针头向下靠近对准仪，对准仪将数据经集成电路反馈给微处理器，微处理器经计算得出注射器针尖与多轴机械臂相对的空间位置；患者将手臂放在托板的气囊内，并将固定带绑好；托板上的固定超声探头感应到手臂位置后，将位置信号传输至微处理器，微处理器控制多轴机械臂移动到患者手臂上方，安装在转盘前端的红外探头及活动超声探头扫描患者手臂，红外探头将短波红外光照射到患者手臂上，然后将反射回设备的低能量红外光转换为更高能量的波段，经集成电路反馈到微处理器中及GPU芯片中，微处理器经过计算和处理，将信号传输到显示器中，显示器向患者展示血管图像，微处理器将信号通过集成电路输出至投影单元，在患者手臂位置显示该区域的血管图像；固定、活动超声探头探测患者血管的声波信息反馈给GPU芯片，GPU芯片结合红外探头及超声探头的信号，经处理计算得出血管的三位图像及位置信息并传输至微处理器，微处理器将信号处理计算后得出针头最佳的穿刺角度和深度；微处理器向多轴机械臂输出位置信息，机械臂对患者手臂进行穿刺，然后推注活塞在微处理器控制下伸长推动注射器活塞完成注射；当转盘将置管装置转动到工作位时，微处理器输出指令，多轴机械臂沿预存程序指定的轨迹运动到置管针位置，微处理器输出指令，经集成电路处理后驱动第二电动油缸和第三电动油缸收缩，第一抓取钳、第二抓取钳松开，多轴机械臂下运动到预设位置，第二电动油缸和第三电动油缸伸长，第一抓取钳、第二抓取钳闭合抓紧置管针，然后按注射任务相同的方式，经过对准仪定位后，在成像系统引导下选取位置进行穿刺，穿刺完成后，微处理器输出的信号经过集成电路驱动直线电机向后运动，第二抓取钳随直线电机向后运动，置管针的针头随之被拔出，微处理器输出信号经集成电路驱动第一抓取钳放松，多轴机械臂运动到预设位置，第二抓取钳松开置管针完成丢弃；多轴机械臂复位；

当配制药液时，多轴机械臂完成抓取注射器并定位后，转动到本装置侧面，微处理器读取红外探头采集的光学定位点信息进行定位；微处理器输出信号经集成电路处理后驱动多轴机械臂按预设程序沿预设轨迹将针头插入相应抽液口，微处理器随后输出信号驱动推注活塞收缩运动抽取药液，然后多轴机械臂按预设轨迹复位；微处理器输出信号经过集成电路处理后驱动电动液压推杆伸长，卸料架被入废料箱，内部的废弃药瓶从底部掉落，然后电动液压推杆收缩带动卸料架复位，储料箱内部的药瓶在复位装置的推动下上升到卸料架内部，瓶口对准抽液口待用；

微处理器输出信号控制血压测量模块中的充放气泵对气囊进行充气，气压传感器检测气压变化信号，反馈给微处理器，微处理器分析并得出患者血压信号并控制显示器显示信息；

红外探头读取患者体温信息，将信号输入微处理器，微处理器将处理后的信号经集成电路输入显示器；

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种可代替临床护士护理工作的机器人，包括：机架、运动模块、显示输出模块，注射模块，成像模块，配药模块，导航模块，血压测量模块，控制模块；其特征在于，所述机架底部安装运动模块，所述运动模块包括：主动轮，连接轴，驱动电机，转向机构，转向轮，转向电机；所述主动轮通过连接轴与驱动电机连接，所述驱动电机与机架固定连接；所述转向电机与机架连接，所述转向轮通过转向机构与转动电机相连；所述机架外侧安装显示输出模块，所述显示输出模块包括：显示器，按键式操作面板；所述显示器安装在机架外侧，所示按键式操作面板安装在显示器下方；所述机架上部安装注射模块，所述注射模块包括：托板，多轴机械臂，推注活塞，锁紧爪，第一电动油缸，对准仪，转盘，伺服电机，置管装置；所述托板安装在所述机架上，所述多轴机械臂安装在托板后端；所述转盘安装在多轴机械臂前端，所述转盘后端安装伺服电机；所述锁紧爪安装在转盘上，所述锁紧爪与第一电动油缸连接，所述第一电动油缸与转盘连接；所述推注活塞安装在锁紧爪后端；所述对准仪安装在多轴机械臂后端；所述托板为半圆筒状，端面上安装带锁扣的固定带；所述血压测量模块包括：气囊，气压传感器，充放气泵，电子排气阀；所述气囊安装在注射模块的托板中，所述气压传感器安装在气囊中，所述充放气泵连接气囊，所述电子排气阀与气囊连接，所述气压传感器与控制模块连接；所述成像模块包括：红外探头，投影单元，固定超声探头，活动超声探头；所述红外探头、投影单元及活动超声探头安装在转盘前端，所述固定超声探头分别安装在托板的底部及侧方；所述配药模块安装在机架内部，所述配药模块包括：储料箱，复位装置，电动液压推杆，卸料架，废料箱，光学定位点，抽液口；上料板；所述储料箱为一侧开放的中空的盒装结构，所述储料箱顶部两侧均设有连通的矩形孔，所述卸料架滑动连接在储料箱的矩形孔处，所述卸料架连接电动液压推杆，所述电动液压推杆一端连接在机架上；所述上料板上端与储料箱铰接，所述上料板下端通过卡扣与储料箱拆卸连接；所述复位装置包括：复位板，复位弹簧；所述复位弹簧一端固定在储料箱内部底端，一端与复位板滑动连接，所述复位板与储料箱内壁滑动连接；所述卸料架有下放和前方有矩形开口；所述抽液口为设置在储上料板上与卸料架开口连通的连接孔，所述光学定位点安装在抽液口一侧；所述控制模块安装在机架内部，包括：无线网络连接模块、微处理器、GPU芯片、存储器、集成电路；所述无线网络连接模块、GPU芯片、存储器及微处理器均安装在集成电路中，所述集成电路与运动模块、显示输出模块，注射模块，成像模块，配药模块，导航模块，血压测量模块电连接；所述GPU芯片通过集成电路与红外探头，投影单元，固定超声探头，活动超声探头连接；所述导航模块包括激光雷达、SLAMWARE导航模块、红外防跌落传感器；所述GPU芯片连接激光雷达，激光雷达连接SLAMWARE导航模块，所述SLAMWARE导航模块连接至微处理器芯片。

2.根据权利要求1所述一种可代替临床护士护理工作的机器人，其特征在于，所述置管装置安装在转盘上，锁紧爪的对侧；所述置管装置包括：滑轨，第一抓取钳，第二抓取钳，第二电动油缸，第三电动油缸，直线电机；滑轨固定在转盘上，所述第一抓取钳铰接在滑轨前端，所述第一抓取钳与第二电动油缸铰接，且第二电动油缸与转盘铰接；所述第二抓取钳与直线电机铰连接，所述直线电机滑动连接在滑轨上；所述第三电动油缸与第二抓取钳铰接且与直线电机铰接。

3.根据权利要求1所述一种可代替临床护士护理工作的机器人，其特征在于，所述机架内并列安装多个配药模块。

4.根据权利要求1所述一种可代替临床护士护理工作的机器人，其特征在于，所述对准仪为非接触式。

5.根据权利要求1所述一种可代替临床护士护理工作的机器人，其特征在于，所述转向机构采用标准的齿条转向结构。

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