专利名称：遥控式护士助手机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种协助医护人员为患者服务的遥控式护士助手机器人。
背景技术：
目前世界上在许多领域，让机器人代替人去完成危险环境下的作业任务已经成为现实，而用服务机器人来不断改善人们的生活质量，也正成为人们所追求的目标，世界上著名的机器人专家之一恩格尔伯格创建的TRC公司第一个服务机器人产品就是用于医院协助护士为患者做护理工作的自主式机器人，一旦编好程序，它能在同一层楼的平坦地面完成运送医疗器材和设备、为病人送饭、送药品、送病历、书报及信件等物品，要在不同楼层工作只能乘上电梯到达所需楼层，因此该机器人不具有爬楼功能，也不能代替医护人员对病房进行消毒，而且这种机器人从国外进口价格很贵，我国医院还没见到配置，当前在世界上发生的这场突如其来的“非典(SARS)”非常利害的传染疾病，它主要是通过近距离空气飞沫和密切接触的呼吸道传染疾病，因此我国党和政府非常重视，为防止“非典”在医院交叉感染，要求各类医院要高度重视非典型肺炎病人隔离治疗和医护人员的防护工作，要做到“指定职能部门或专人具体实施消毒、隔离、防护和效果监测，切实保证各项消毒、隔离、防护措施落到实处，防止医院在非典型肺炎诊疗过程中的交叉感染…。”而在这场与非典战斗中最容易被感染者就是战斗在一线的广大医护人员，据2003年5月上旬统计数字，医护人员在救助非典病人过程中，被感染的病例占19.76％，因此尽可能减少医护人员与非典病人相互接触的时间已是当务之急。为此要求科技人员制作一种机器人来协助医护人员对病人监测护理和病房的消毒工作，以减少医护人员与病人接触，一方面减少了医护人员受感染的几率，也消除了因消毒时由消毒剂产生对人体的危害，同时也可大大减轻医护人员的劳动强度。
发明内容
本实用新型提供一种遥控式护士助手机器人，实现医护人员在医生和护士的工作室即可经该机器人观察监测到隔离区内病房中病人的病情反应和需要，并控制该机器人代替医护人员给病人送水、送饭、送药、送医疗器具及检验样品和运送病房中的物品与垃圾等，还可根据需要按时对隔离区及病房和机器人自身进行消毒工作。
本实用新型的组成是安装在医生和护士工作室用于对隔离区内病房进行监控的遥控监视装置[1]和协助护士对病人进行监护、对病房进行消毒的机器人[2]。
遥控监视装置[1]由视频无线接收器[3]、监视器[4]和手持遥控器[5]组成，其工作原理是视频无线接收器[3]，它用于接收由机器人[2]发射出的反映其所在病房及病人情况的图像信号发送到视频无线接收器[3]，并将该信号转变为视频信号送到监视器[4]，医护人员可通过监视器[4]的图像显示观察到病房及病人情况和需要，医护人员就可依据情况需要操纵手持摇控器[5]发出无线电控制信号控制机器人[2]去完成任务。
机器人[2]包括顶装摄像头[6]用来观察摄取病房病人图像信号、可进行水平摆动和垂直俯仰二个方向转动的云台[7]用于安装顶装摄像头[6]，视频发射器[8]其作用是将顶装摄像头[6]所摄取的图像信号转换成无线电信号发射给遥控监视装置[1]的视频无线接收器[3]、针孔摄像头及发射器[9]其作用是将摄取的喷雾消毒状态及局部环境图像信号转换成无线电信号发射给遥控监视装置[1]，对顶装摄像头[6]起辅助作用，扩大了观察范围，控制信号接收器[10]用于接收从遥控监视装置[1]的手持遥控器[5]发送的无线电控制信号对机器人[2]进行控制、电源[11]用于给机器人[2]供电、消毒器[12]用于对传染病隔离区及病房进行喷雾消毒、机器人本体[13]用于承载安装在机器人[2]上的各种设备并实现其运动功能。
消毒器[12]由储液箱[14]、泵体[15]、输液管[16]、流量调节阀[17]和喷头[18]组成。
机器人本体[13]包括起支撑作用的框架结构的车体[19]、用于对病区环境实现全方位消毒工作的机械手[20]、实现机器人[2]行走功能的驱动装置[21]、当机器人[2]运动遇到障碍物时给控制信号接收器[10]发出碰撞信号的避撞传感器[22]，然后控制机器人[2]避开障碍。
车体[19]由用于存放物品用的物品盘[23]、物品架[24]、用于安装驱动装置[21]的底盘[25]和起固定支撑作用框架构成箱形体组成。机械手[20]为关节型结构，它包括使机械手[20]可左右旋转的回转关节[26]及摆动关节[27]、俯仰关节[28]、管状手臂[30]一方面通过移动关节[29]可实现伸缩动作，另方面其与消毒器[12]的输液管[16]相连完成输送消毒液功能、手爪夹[31]安装在管状手臂[30]上可夹持喷头[18]喷洒消毒药液。
驱动装置[21]安装在车体[19]的底盘[25]上，它包括使机器人[2]产生运动的左电机[32]和右电机[33]并分别与左驱动轮[34]和右驱动轮[35]通过轴相连，其左、右驱动轮[34]、[35]又分别通过轴承装配在底盘[25]的框架上，而左、右电机[32]、[33]、接受控制信号接受器[10]的控制信号带动左、右驱动轮[33]、[35]转动，并推动安装在底盘[25]前下方的两个导向轮[36]运动，实现机器人[2]的运动，它还包括通过活动轴安装在车体[19]的框架上的具有上楼梯、爬坡和跨越门栏功能的爬坡机构[37]。(见附图4)爬坡机构[37]包括驱动爬坡机构[37]运动的电机[38]带动主动连杆[39]、从动连杆[40]的一端与主动连杆[39]通过销钉相连，另一端则与连动轴[41]固定连接，而从动连杆[40]又通过活动轴与车体[19]的框架相连，而连动轴[41]的两端分别固定安装具有同心圆上的三个转轮的三轮爬坡器[42](见附图4)，该机构的工作原理是，当机器人[2]需要爬楼梯时，医护人员一方面操纵手持遥控器[5]发出控制机器人[2]的驱动装置[21]向前行走的指令信号，并同时发出使爬坡机构[37]同步运动的指令信号，机器人[2]上的控制信号接收器[10]接收到上述两个信号后，按事先设定的程序一方面控制驱动装置[21]的左、右电机[32]、[33]、分别带动左、右驱动轮[34]、[35]、向前转动，同时控制信号接收器[10]控制电机[38]带动主动连杆[39]运动并带动从动连杆[40]拉动连动轴[41]使两端的三轮爬坡器[42]抬起搭放到楼梯的台阶上，与此同时从动连杆[40]带动车体[19]的框架使两个导向轮[36]离开地面，这时在左、右驱动轮[34]、[35]的推动下使机器人[2]爬上一个楼梯台阶，依此反复动作即可完成爬楼梯及越过门栏或爬坡的任务。在不需要爬楼时该机构不工作或不用安装。
本实用新型工作原理是当需要使用该机器人在传染病隔离区及病房进行消毒时，医护人员即可在医生和护士工作室启动220V城市电网对遥控监视系统[1]供电并开始工作，启动安装在机器人[2]上的电源[11]分别对顶装摄像头[6]、云台[7]、视频发射器[8]、针孔摄像头及发射器[9]和控制信号接收器[10]进行供电并使各设备进入工作状态，医护人员即可通过监视器[4]不断从视频发射器[8]和针孔摄像头及发射器[9]所发射出机器人[2]的位置和周围环境图像信号，操纵手持遥控器[5]向机器人[2]上的控制信号接收器[10]发出无线电控制信号，控制驱动装置[21]的左、右电机[32]、[33]带动左、右驱动轮[34]、[35]转动并推动两个导向轮[36]运动，使机器人[2]进入需要消毒的隔离区或病房；如果需要机器人[2]爬坡或上楼梯，同样医护人员可通过遥控监视装置[1]的手持遥控器[5]操纵爬坡机构[37]完成任务，当机器人[2]到达指定消毒区内，医护人员同样根据在监视器[4]不断的连续从顶装摄像头[6]通过视频发射器[8]和针孔摄像头及发射器[9]发出的消毒区内的图像信号，操纵手持遥控器[5]发出无线电控制信号，经控制信号接收器[10]启动安装在机器人[2]底盘[25]上的消毒器[12]和机械手[20]开始工作，此时泵体[15]将消毒液从储液箱[14]内抽出压入输液管[16]通过流量调节阀[17]控制消毒液流量的大小再经过机械手[20]的管状手臂[30]通过喷头[18]将消毒液变成雾状喷出去，与此同步工作的是机械手[20]按着事先设定的程序通过爪夹[31]夹持着喷头[18]在医护人员通过手持遥控器[5]控制机械手[20]经回转关节[26]、俯仰关节[28]和移动关节[29]使喷头[18]可作升降、摆动、俯仰或旋转运动，在以车体[19]为中心的扇形空间内均匀地喷洒消毒液，同时还可以实现车体[19]的自消毒。当在这个空间消毒结束时，机械手[20]会自动停止运动，回到初始状态，并且消毒器[12]也自动关闭。然后医护人员操作机器人[2]到下一个指定位置，继续重复上述过程，直至消毒任务完成。消毒器[12]也可以边随机器人[2]行走边进行喷雾消毒。
综上所述该实用新型完全可以协助医护人员对传染病人监护和对隔离区及病房进行消毒工作，即减少了医护人员被感染的几率，也减轻了医护人员的劳动强度；该实用新型结构简单，造价低，容易操作，可以适用于各种传染病医院。
图1遥控式护士助手机器人图像传输示意图图2遥控式护士助手机器人的机器人结构组成示意图图3遥控式护士助手机器人组成原理方框图图4遥控式护士助手机器人的驱动装置和爬坡机构结构组成示意图具体实施方式
本实用新型的遥控监视装置[1]中的视频无线电接收器[3]选用双通道的图像信号无线接收器，其型号为康润WS-603BN，监视器[4]采用三输入/输出的康佳T2168K彩色电视机，主要用于显示机器人[2]的周围环境及工作状态的图像信号，手持遥控器[5]选用型号为PTR2000，其遥控距离500m。
机器人[2]上的顶装摄像头[6]采用彩色摄像头，其型号为康润SP-930，集成在云台[7]上，并安装在机器人本体[13]上，可调整镜头，避免图像倒置，云台[7]用于支撑顶装摄像头[6]，并可实现水平往复摆动，最大转角可达355°，其左右摆动即可单独控制，又具有自动功能，并可实现俯仰动作，俯仰范围是+10°～-60°，有断电限位功能选用型号是V3038APT；视频发射器[8]选用型号为康润WS-609/700mw，针孔摄像头及发射器[9]分别选用型号是康润WS-CCD-B，控制信号接收器[10]选用型号为PTR2000，电源[11]采用12V17Ah蓄电池对顶装摄像头[6]、视频发射器[8]、针孔摄像头及发射器[9]，控制信号接收器[10]直接提供12V直流电，而云台[7]所需要的24V交流电是由电源[11]通过逆变器来提供的；消毒器[12]的工作时分为两个过程，第一个为流量设置过程，首选由医护人员操纵手持遥控器[5]通过控制信号接收器[10]向消毒器[12]发出消毒液流量调节命令，并控制流量调节阀[17]，选择合适的喷雾量，设置完毕后手持遥控器[5]发出停止命令关闭消毒器[12]流量调节设置；第二个过程就是正常工作状态，医护人员操纵手持遥控器[5]控制机器人[2]到达指定消毒地点，然后用手持遥控器[5]同时启动消毒器[12]和机械手[20]，机械手[20]会按照预先设定的程序通过爪夹[31]夹持喷雾头[18]进行消毒，当这个空间消毒结束时手持遥控器[5]发出关闭消毒命令，机械手[20]会自动回到初始状态停止运动，消毒器[12]自动关闭，接着医护人员遥控机器人[2]到下一个指定位置，继续重复上述过程，直至消毒任务完成。消毒器[12]的设计工作参数为工作电压为12V；功率70W；工作压力为0.4MPa；消毒器[12]的输液管[16]内的药液流量为1.8～2L/min；储液箱[14]的容量为10L；消毒的工作空间50m3。
车体[19]采用立方体形的框架结构，材料选用铝合金，利用人机工程学的原理其框架的设计尺寸为(600×500×800)mm。
机械手[20]采用关节型结构型式，其回转关节[26]、摆动关节[27]、俯仰关节[28]和移动关节[29]之间依次串连，实现回转、摆动、俯仰和伸缩的全方位运动，使机械手[20]动作灵活，工作空间大，结构紧凑，其各关节选型为回转式铰链关节和齿轮齿条移动式关节，其管状手臂[30]既起到机械手[20]的手臂作用，又可通过移动关节[29]实现升降，又与消毒器[12]的输液管[16]相连起到输送药液的作用。
驱动装置[21]的左、右电机[32]、[33]和驱动爬坡机构[37]的电机[38]均采用混合式步进电机其选型为86BYG-250F，其左、右驱动轮[34]、[35]的设计半径为90mm，两个导向轮[36]的设计半径为30mm，爬坡机构[37]的整体尺寸可以根据车体[19]的整体尺寸按一定比例设计，该实用新型的设计尺寸是主动连杆[39]长为270mm，从动连杆[40]的长为620mm，连动轴[41]长为640mm，三轮爬坡器[42]的三个同心圆的半径为50mm，该驱动装置可以实现机器人[2]具有前进、后退、左转、右转和爬坡上楼的功能。其设计指标可使机器人[2]行走速度为0.4～0.8m/s，转弯半径为0.4m。
本实用新型机器人[2]制造安装后其自重为60kg，载重为40kg，具有结构紧凑，功能完善，成本低，容易操作等优点，可广泛应用于各种传染病院及其它医疗单位辅助医护人员作一定护理及消毒工作。
权利要求1.一种遥控式护士助手机器人，它由遥控监视装置[1]和机器人[2]组成，其特征在于遥控监视装置[1]它包括视频无线接收器[3]和监视器[4]，且两者经导线相连，还有手持遥控器[5]由人操纵；而机器人[2]它包括顶装摄像头[6]、云台[7]、视频发射器[8]、针孔摄像头及发射器[9]、控制信号接收器[10]、电源[11]、消毒器[12]和机器人本体[13]，其中顶装摄像头[6]装配在云台[7]上并经导线与视频发射器[8]相连，并同电源[11]和消毒器[12]都装配在机器人本体[13]上。
2.如权利要求1所述的遥控式护士助手机器人，其特征是机器人本体[13]包括车体[19]、机械手[20]、驱动装置[21]和避撞传感器[22]，后三件[20]、[21]和[22]均装配在车体[19]上。
3.如权利要求2所述的遥控式护士助手机器人，其特征在于机械手[20]包括回转关节[26]、摆动关节[27]、俯仰关节[28]、移动关节[29]和管状手臂[30]及手爪夹[31]，并且依次刚性连接。
4.如权利要求2所述的遥控式护士助手机器人，其特征是驱动装置[21]它包括左、右电机[32]和[33]，并分别经其轴与左、右驱动轮[34]和[35]相连，还有两个导向轮[36]和爬坡机械[37]，又都分别装配在车体[19]上。
5.如权利要求4所述的遥控护士助手机器人，其特征是爬坡机构[37]它包括电机[38]、主动连杆[39]、从动连杆[40]、连动轴[41]和两个三轮爬坡器[42]，并且依次相互机械相连接。
6.如权利要求1所述的遥控式护士助手机器人，其特征在于消毒器[12]包括储液箱[14]、泵体[15]、输液管[16]、调节阀[17]和喷头[18]，其相互间依次刚性连接。
专利摘要一种遥控式护士助手机器人其由视频无线接收器、监视器和手持遥控器组成遥控监视装置配置在病房医护工作室；而受控的护士助手机器人它包括用于对工作环境观察并将其摄取的图像信号发出去的顶装摄像头、云台、视频发射器和针孔摄像头及发射器，还有用于自身供电的电源及进行喷雾消毒的机械手和消毒器，用于实现机器人行走和爬楼功能的驱动装置和爬坡机构，这些设备都装配在具有框架式箱形体结构的车体上，医护人员可方便的通过遥控监视装置操纵机器人协助护士为隔离区的传染病人运送所需物品及清运病房内垃圾并按要求对病区实施消毒，该实用新型结构紧凑、体积小成本低和功能完善，可以广泛应用于传染病院和其它医疗单位。
文档编号B25J13/00GK2685027SQ0326017
公开日2005年3月16日 申请日期2003年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者孟庆鑫, 王立权, 陈东良, 郭黎滨, 刘天孚 申请人:哈尔滨工程大学