一种基于ROS的高精度注射泵控制系统的制作方法

本发明涉及注射泵控制系统技术领域，尤其涉及一种基于ros的高精度注射泵控制系统。

背景技术：

注射泵已经普遍应用于临床医学中，例如麻醉、输血、镇痛等方面。然而，随着现代医学不断发展，医生对药物注射的精准度要求越来越高，传统注射泵已经难以满足复杂而多变的临床要求，特别在对流量和流速要求比较高的药物注射时，可能因为注射泵精度低或工作不稳定而影响治疗效果[1]。fda就曾指出利用注射泵进行低速药物注射时(尤其当患者为幼儿或者病重患者时)存在很大的安全隐患。在临床应用中，某些原因会导致注射泵在进行低速率注射时，产生注射不连续(注射量过大或者注射量过低)问题，导致病人治疗延误甚至更严重的后果。同时，传统注射泵在低流速情况下可能出现的失步等弊端；开发无线通讯和控制系统，在收集数据的同时实现姿态控制和故障报警等功能；研究多单机在局域网内联机工作，以便在需要时可以组成多通道输液系统，以满足多种药物同时、先后或按程序连续注射等临床需求，而且有些情况需要将注射区域和操作区域设置在不同的空间内。

机器人操作系统ros(robotoperatingsystem))的出现为注射泵快速发展提供了新的契机。ros是最出色的机器人软件框架之一，具有非常灵活的框架设计，适用于编写大型机器人软件。ros为开发人员提供了大量的可供直接调用的工具、库、转换函数、协议等，也提供了类似操作系统的功能，包括了抽象硬件接口、底层驱动接口、程序消息通信接口、程序发行包管理等，可以在众多不同种类的机器人平台下完成复杂任务的创建和稳定地运行。作为开源代码，ros免费对外开放，且具有丰富的原生工具包，支持多种编程语言和节点对节点设计。正是基于开源和免费特性，ros系统很快在机器人研究领域掀起一股热潮，已被应用于各个领域。

技术实现要素：

本发明针对上述现有的问题的一个或多个，提出一种基于ros的高精度注射泵控制系统。

根据本发明的一个方面，提供一种基于ros的高精度注射泵控制系统，包括工作站平台与多个注射器平台，工作站平台与每个注射器平台均无线通讯连接；

所述工作站平台包括小型计算机，所述小型计算机配置有ros操作系统，远程控制所述注射器平台；

所述注射器平台包括：

树莓派，所述树莓派配置有ros操作系统；

注射执行机构，所述执行机构用于根据树莓派传输的控制决策去完成注射操作，也能将自身的状态信息反馈给所述树莓派；

与树莓派相连的运动控制模块，所述运动控制模块直接控制所述注射执行机构；

与树莓派相连的传感器模块，所述传感器模块用于从注射执行机构的环境中获取信息并传送给树莓派，树莓派根据所述传感器模块获取的信息向运动控制模块发送预设的指令。

在一些实施方式中：所述运动控制模块包括mcu模块、驱动模块，所述mcu模块与所述树莓派通过串口模块通信连接，所述mcu模块用于处理执行所述树莓派传输的控制决策，所述驱动模块根据所述mcu模块的驱动信号驱动所述注射执行机构运作。

在一些实施方式中：所述传感器模块包括imu传感器、编码器，所述imu传感器用于获取注射执行机构的imu信息并传输至树莓派；所述编码器用于获取注射执行机构的位移信息并传输至树莓派；所述树莓派将获取的imu信息和位移信息以消息的形式传输回所述小型计算机。

在一些实施方式中：注射执行机构包括步进电机、减速器、推进机构，所述步进电机连接所述减速器，所述减速器连接有所述推进机构。

在一些实施方式中：所述推进机构上连接有所述imu传感器和编码器，所述imu传感器和编码器将获取信息并传送给所述树莓派。

在一些实施方式中：所述注射器平台还包括与所述树莓派相连的触屏显示电路，用于显示注射各项参数的动态。

在一些实施方式中：所述注射器平台还包括激光雷达、摄像头，所述激光雷达、所述摄像头和所述树莓派均通过串口通信连接。

在一些实施方式中：所述小型计算机和树莓派均运行ros系统，ros系统通过激光雷达的扫描环境信息、摄像头拍摄的图像、imu传感器获取的imu信息、编码器的信息来调整注射速度和注射角度。

本发明的益处：本发明将ros引入注射泵开发，用基于ros控制系统设计注射泵的控制层，以提高注射过程的控制精度，同时以树莓派pc板作为嵌入单机控制中心，并利用其串联通讯口与上级pc主机联接。本发明结合ros系统、树莓派和无线网络技术，提高注射泵在极低/超低输液或灌注中的精确性和稳定性，满足多通道按程序自动给药需求，并实现数据采集和无线控制；降低医护人员在护理和巡视工作中的压力；提高该领域总体治疗水平。

附图说明

图1为一种基于ros的高精度注射泵控制系统的结构框图；

图2为一种基于ros的高精度注射泵控制系统的一实施例的结构框图；

图3为一种基于ros的高精度注射泵控制系统的另一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对申请技术方案作进一步详细说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用发明中的具体含义。

根据本发明的一个方面，如图1-3所示，本发明提供一种基于ros的高精度注射泵控制系统包括工作站平台与多个注射器平台，工作站平台与每个注射器平台均无线通讯连接；

所述工作站平台包括小型计算机，所述小型计算机配置有ros操作系统，远程控制所述注射器平台；

所述注射器平台包括：

树莓派，所述树莓派配置有ros操作系统；

注射执行机构，所述执行机构用于根据树莓派传输的控制决策去完成注射操作，也能将自身的状态信息反馈给所述树莓派；

与树莓派相连的运动控制模块，所述运动控制模块直接控制所述注射执行机构；

与树莓派相连的传感器模块，所述传感器模块用于从注射执行机构的环境中获取信息并传送给树莓派，树莓派根据所述传感器模块获取的信息向运动控制模块发送预设的指令。

作为本申请的一种可选技术方案：所述运动控制模块包括mcu模块、驱动模块，所述mcu模块与所述树莓派通过串口通信连接，所述mcu模块用于处理执行所述树莓派传输的控制决策，所述驱动模块根据所述mcu模块的驱动信号驱动所述注射执行机构运作。

作为本申请的一种可选技术方案：所述传感器模块包括imu传感器、编码器，所述imu传感器用于获取注射执行机构的imu信息并传输至树莓派；所述编码器用于获取注射执行机构的位移信息并传输至树莓派；所述树莓派将获取的imu信息和位移信息以消息的形式传输回所述小型计算机。

作为本申请的一种可选技术方案：注射执行机构包括步进电机、减速器、推进机构，所述步进电机连接所述减速器，所述减速器连接有所述推进机构。

作为本申请的一种可选技术方案：所述推进机构上连接有所述imu传感器和编码器，所述imu传感器和编码器将获取信息并传送给所述树莓派。

作为本申请的一种可选技术方案：所述注射器平台还包括与所述树莓派相连的触屏显示电路，用于显示注射各项参数的动态。

作为本申请的一种可选技术方案：所述注射器平台还包括激光雷达、摄像头，所述激光雷达、摄像头和所述树莓派通过串口通信连接。

作为本申请的一种可选技术方案：所述小型计算机和树莓派均运行ros系统，ros系统通过激光雷达的扫描环境信息、摄像头拍摄的图像、imu传感器获取的imu信息、编码器的信息来调整注射速度和注射角度。

本发明利用ros系统和树莓派的结合应用到注射泵控制系统中，工作站平台和注射器平台通过局域网无线通讯连接，可以设置路由器通讯。工作站平台和注射器平台可以设置在不同的区域内，注射器平台在对环境要求比较高的情况下，设置在封闭安全的区域内，在工作站平台直接操作即可完成注射操作，作为具有无线通讯功能的高精度注射泵控制系统，作为开源代码，ros免费对外开放，且具有丰富的原生工具包，支持多种编程语言和节点对节点设计。利用ros高性能和低成本特性，适合适合基层医疗机构使用的高性能注射泵，该系统不但能够克服现有注射泵的缺点，而且能够在无限局域网内实现注射控制，实时动态跟踪患者输液情况；研究多单机在局域网内联机工作，以便在需要时可以组成多通道输液系统，以满足多种药物同时、先后或按程序连续注射等临床需求。由此，结合ros系统、树莓派和无线网络技术，提高注射泵在极低/超低输液或灌注中的精确性和稳定性，满足多通道按程序自动给药需求，并实现数据采集和无线控制；降低医护人员在护理和巡视工作中的压力；提高该领域总体治疗水平。

以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。