BMIVPOT,一个完全自动化的版本的静脉注射杆:模拟、设计和评估

文摘

机器人静脉波兰人是自动化支持的工具,需要由患者所需的药物和用品。医疗工程机械静脉波兰人是推进以提高卫生服务的质量全球患者。现有市场支持患者静脉波兰人,然而他们约束他们的运动,消耗的时间病人和护士,他们昂贵的关于他们提供什么。虽然机器人波兰人克服了一些运动的商业/市场的局限性波兰人,他们部分自动化,不提供额外的技术特性。我们工作的目标是开发一个完全自动化的生物医学静脉注射杆机器人(BMIVPOT)解决上述限制和提供新的技术特性静脉两极,从而促进卫生服务。多个传感器和经验积累材料选择具有成本效益和满足我们的需要。新原型分为三个步骤:模拟原型,原型的真正实现,测试和评估。仿真结果显示最好的定性的方法适用于所有规格的机器人系统,如形状、传感器和连接,以提供适当的系统的功能。实验和实际结果提供了制造部件,实现传感器和最后的机器人。测试跟踪和流量传感器的性能。 Evaluation of our Biomedical Intravenous Pole Robot with alternatives showed that our robot outperforms the other poles in many aspects including the features it offers, the percentage of interventions it comprised, the reliability, and cost-effectiveness. The overall percentage of features offered by our Biomedical Intravenous Pole Robot was 60% higher than that offered by peer research poles and 80% higher than that of the market poles. In addition, the average percentage of integration of interventions (architecture, sensor, wireless, tracking, and mechanical) in the Biomedical Intravenous Pole Robot was at least 56% higher than that of the alternative poles. According to the results, Biomedical Intravenous Pole Robot offers a cost-effective price as compared to the others. As a future prospect, we intend to add more features to this prototype in order to enhance it, such as vital signs detection, and improve the tracking system.

1。介绍

机器人静脉注射(IV)波兰医疗支持工具在研究第四部分自动化,可以把药物给病人以一种先进的方式(1- - - - - -3]。通过引入研究四极,如所谓的自治四极(1第四,机器人杆或新颖的机器人四极2),一些改善商业/市场设计。增强是集中在四极场的运动。自治区第四杆设计的膝盖骨et al .,所谓的自治运动是通过附件的尼龙线之间的病人和机器人系统(1),而在初步设计的机器人四杆Sayed-Kassem et al .,自动实现运动通过操纵杆控制的病人(2,3]。调查结果显示机器人的好处四极的护士、病人,和人力资源的观点,有一个共同的协议机器人四杆的优势,旨在提高舒适,成本,和可行性。大多数护士(87.55%),病人(94.60%),和人力资源(84%)同意的健康益处机器人四杆如图1。有关的经济利益机器人第四极,61.79%的护士,病人的88.45%,和67.50%的人力资源达成其合理的价格,而额外的好处表现出更高比例的协议从病人(93.26%)、护士(91.66%),和人力资源(83%),分别为2]。

尽管增强运动相关的调查和研究四极,运动不是完全自动化,护士的时间消耗和传感器缺乏的问题没有完全解决。通过比较提出了功能和成本,第四部分自动钢管成本约2000美元(1第四,机器人杆成本约300美元(2]。此外,机器人四极被认为在某种程度上昂贵而不是市场两极2]。

基于之前,我们的项目的目的是设计一个新的完全自动化的原型为我们命名为生物医学静脉注射杆机器人(BMIVPOT)。我们假设BMIVPOT提高医疗服务的病人在医院和医疗中心通过其新的、完全自动化,用户友好的和价格合理的原型。我们的目标是(我)提高跟踪系统提供的自动运动机器人,(2)提高盐的检测水平,(3)添加新的传感器来检测血液四管泄漏,盐水的流量,从而提高机器人的安全性。

我们的论文展示了构建的不同部分的工作流程完全自动化的系统。工作流由三个主要部分:模拟、硬件(结合系统部分),测试和评估的步骤。系统的仿真实现根据cad图纸,它允许不同的构建块的可视化设计。另一方面,真正的建设和硬件包括材料的结合参与BMIVPOT的发展。此外,性能和成本效益的测试和评估我们的原型是通过图表和比较BMIVPOT现有的设计和标准。

本文的其余部分组织如下。节2四极的类型存在的文学提供了。节3BMIVPOT的材料和方法。节4据报道,原型的实现。节5三种类型的结果,模拟,真实,和测试和评价结果,提出了。节6上述结果进行了讨论,在部分7,一般结论和未来的工作。

2。现有的机器人静脉注射(IV)波兰人

后的彻底的回顾和研究现有的四极/站,这些站可分为两大类:研究四极和四极出现在市场(市场两极不久)。研究四极被分成两个,自治区第四站(1)和第四机器人站(2),而市场/商业四极被分成几个设计,包括,但不限于,走动的病人支架(4第四,家庭护理站(5第四,挂杆(6),布鲁尔站(7第四,Dyaun站(8,9)如图2(一个)- - - - - -2 (g)。市场四极图所示2(一个)- - - - - -2 (e),而两极研究数据所示2 (f)和2 (g)。

2.1。四极的研究

共同研究第四极的设计是自治的第四站由膝盖骨et al。1)和机器人开发的第四站Sayed-Kassem et al。2,3]。这两个波兰人,用于研究数据所示2 (f)和2 (g),分别。

自治区第四站允许移动医学交货不需要病人操作系统(1]。然而,在后者设计病人通过尼龙线拴在设备附加到步态带病人腰穿。病人的位置和角度的测量是由两个编码器:电位计和旋转编码器轴(1]。

此外,机器人四杆允许病人移动站使用操纵杆和发布警报每当第四袋清空(2]。然而,这种装置的运动主要取决于之间的射频(RF)通信控制器(操纵杆)和机械基础。这是通过发送命令三个直流(DC)汽车引发三个泛光灯车轮,从而控制机器人的平移和旋转。空虚的四袋被发现使用光电二极管放置在低端的四袋2]。

2.2。第四市场的两极

市场/商业四极是最常见的波兰人现在使用;他们组成一个站,轮式基地,和钩子组装,钩子连接到顶部的立场和轮式基地,底部安装(4]。根据添加这些四极可以分化特性。流动的耐心支持,如图2(一个)有关支持水平,是一个站处理艾滋病在移动站下。通过把钢管控股处理时,病人产生更少的力量而不是通常的力量应用于把一个普通的四杆(5)如图2(一个)。家庭护理输液架,如图2 (b),确保设计的重心在其基地(底部),这是连接到两个支持轮子和两个脚轮(前面5]。后者的设计提供了一种简便的装配和拆卸设备,允许调整输液袋的高度取决于病人的高度(5]。此外,第四挂杆,如图2 (c),是一个极附在上面的屋顶直接病人的床上。第四站的一个缺点是,它不允许病人操作杆;有人总是持有四袋(6]。此外,布鲁尔站,如图2 (d),是一个独立的移动杆包括改善衣架配件,调整站的高度。啤酒的主要区别站而不是数据2(一个)- - - - - -2 (c)基础的设计,包括轮子的数量。更高级的独立的第四极是Dyaun第四极,如图2 (e);然而,如今已不再使用8,9]。

的优点和缺点/缺点四极现有市场和研究提供了表1。现有的缺陷报告波兰人都集中在它的成本,它占用的空间,如何策划,缺乏至关重要的功能。因此,这些报道缺陷引发了全自动BMIVPOT的发展。

3所示。生物医学静脉注射杆机器人(BMIVPOT)

材料用于开发的小说原型机器人四杆,即。、BMIVPOT提供。这个设计的框架如图3。跟踪系统由摄像机、标签和图像处理的控制器。然后跟踪系统开车四个直流电机允许的自动运动系统。此外,盐水平和血液泄漏探测器的传感器实现了第四站,和参数测量显示在液晶屏幕上。测量结果计划无线发送到医务人员允许他们来监测这些参数和控制流。除了应急系统中,直流电机在四个脚轮轮子通常在需要的时候工作。

3.1。BMIVPOT材料

BMIVPOT原型的实现所需的材料选择实现完全自动跟踪和提供新功能。显著地,新功能是检测流量、血液检测到泄漏,发现体积,检测到障碍,紧急警报,BMIVPOT线速度、角速度BMIVPOT, BMIVPOT覆盖的距离。这些材料列出如下:(我)建筑材料的选择主要基于两种材料的重量和可用性比几个设计。根据图3的架构BMIVPOT组成第四站,相机,和基础。使用的树脂玻璃材料由于其常见的可用性,其卫生性质,易于清洗,其成本效益(10]。(2)传感器材料如下:(一)负载细胞被用来检测盐的水平,因此体积,连接到一个测压元件放大器模块(HX711) [11)如图3。(b)血液检漏仪和流量计红外发光二极管(IR-LED)和光电探测器,分别为(12]。(c)HC-SR04超声波传感器作为探测器的一个障碍(13,14]。(d)I2C 162 Arduino液晶显示器(LCD)模块(15)是用于显示不同的检测和测量参数。(3)无线材料包括使用wi - fi NodeMCU盾使用由于其可行性和发送一个模拟信号和数字信号的能力(16,17]。(iv)病人的跟踪材料如下:(一)的树莓由于其使用功能的同时运行多个程序和执行图像处理在一个合理的速度(18,19]。(b)一个像素相机模块V2受雇与覆盆子由于其兼容性(20.]。因此,这款相机系统可以识别独特的标签,放置在病人,在更大的距离21),同时确保每个病人的安全通过独特的标记。(c)使用的标签是一个square-colored黄色的背景图像和红色前景如模型如图所示4。为了获得一个独特的识别病人的,相机实施关注上述图像。另外,每一方广场的标签/图像是15厘米。跟踪目标的简单场景图所示4通过直接的直线。不管简单或复杂场景的跟踪,BMIVPOT计划保持一个安全距离之间的边界和安全距离内出现的任何障碍( )。同时,机器人计划保持跟踪目标的质心在其视野(FOV)。BMIVPOT还打算保持目标之间的距离和为了保证目标(病人)的安全存在静态障碍。(v)机械材料如下:(一)流控制系统是由一个步进电机(由DRV8825电机控制驱动程序),螺丝,螺栓(22]。步进电机是由DRV8825电动机驱动控制。选择混合步进电机由于其高保持转矩和低功耗23,24]。(b)四个直流电机放置在底部,连接四个Mecanum轮为了提供一个平滑的运动与所有的自由度(25- - - - - -27]。选择了高扭矩直流齿轮电机由于其高保持转矩和低功耗28,29日]。此外,两个继电器模块是用来提供正确的电压极性直流电机。(c)Arduino UNO是用于控制直流电机。(d)另一个直流电机(28,30.)和四个脚轮轮子被用来形成应急系统。

3.2。BMIVPOT开发方法

为了发展BMIVPOT,首先进行了模拟原型使用cad制图;然后真正的原型结构。的干预提供了新的全自动BMIVPOT分为建筑(相关形状),电子传感器(选择)、机械(流量检测)、沟通(与wi - fi技术)、跟踪干预。

3.2.1之上。模拟方法

AutoCAD模拟图纸是用来展示架构干预揭示了不同几何方面的设计。原型的结构主要是由基础和立场。基本的形状被选为表面有效;整个表面和充斥着电子产品使用。大型表面需要意识到电子产品。因此,根据经验推断31日,八角形的形状的一面 和一个面积 是最好的设计。这个形状解决保护大型表面之间的权衡和减少体重。BMIVPOT站的计划有一个正方形的形状,以地方所需的对象上所示Hajj-Moussa等人的研究和Kozah et al。31日- - - - - -33]。

关于建筑的干预,它由cad仿真步骤需要建设真正的BMIVPOT的计划。其他干预措施提供特定功能的系统;之间的装配和连接所有的材料在图所示3。

3.2.2。真正的原型方法

BMIVPOT真正的施工方法是基于总体设计(建筑)、传感器、无线通信、病人的跟踪、机械、和医疗通信服务。实现建筑的干预,应用如下:(我)使用有机玻璃总额 因此整体重量的基础根据 ,与= 1180公斤/ 。选择站与薄铝厚度。

关于传感器的考虑,(我)测量盐水的重量来计算体积。(2)使用流量计检测盐水的液滴。(3)数滴时候通过红外发射器和接收器之间,通过计算接收器检测到的强度的变化值。(iv)计算流量通过考虑每分钟滴的数量。(v)把管附近的静脉血液中插入探测器系统,以发现任何从病人的静脉血液回流管。(vi)检测血液渗漏强度下降时记录光电晶体管,给警报,通知发送到护士。(七)将超声(美国)传感器的四方基地为了检测至少障碍从基础和提供更多的安全系统。(八)显示测量的参数(流量、时间)连接到主控制器的液晶屏幕上。

关于无线的干预,(我)量探测器集成wi - fi盾牌,流量计,血液检漏仪,和流量控制系统。(2)提供检测和计算参数(体积和盐水的流量)和手机上的血漏的护士。因此,他们可以监视和控制盐的流动。

用于修饰或说明病人的跟踪,(我)把相机选择第四极为了跟踪由标签识别病人的运动。回想一下,标签是一个简单的小图像印在病人的服装。边的标签有一个正方形的形状( )。(2)考虑到标签之间的距离间隔必须维护和相机基于即将到来的计算:(一)通过识别标签 作为一个假设。这一决议被用于识别未知的面孔在法医的应用程序。(b)计算相机的视场根据研究Hajj-Moussa et al。31日]。(c)计算最大距离的视场直角三角形如图5。直角三角形的边 ,和角(X)的角度相机镜头的一半。因此,斜边(H)从相机镜头的距离以确保所需的视场= ,所需的水平视场目标价值在哪里 。计算是基于图5和以下方程: 在哪里是这个圆的周长。 在哪里是圆的近似部分,半径(FOV),是角。(d)关于垂直视场,重复相同的计算通过设置视场 ,半径为5.87,和距离 ,基于镜头的垂直角度。因此,的最大距离相机可以识别一个物体在沿着水平方向沿着垂直方向 ,这是足够的标签识别(31日]。(3)过程使用的覆盆子π3捕获的图像来确定病人的位置,把病人Arduino UNO的坐标,并引发第四极跟随病人。

关于机械的干预,(我)介绍和地点在新BMIVPOT流量控制系统。在电机旋转时,螺杆旋转执行平移运动。最后第四运动引起的压力管控制盐的流动。(2)使用四个直流电机移动基地。(3)假设人类行走的平均加速度是0.65米/ ,和系统的总质量大约是40公斤,包括平均额外的负载,可以连接到系统。力量的总和等于的驱动力 。因此,根据转矩方程=(力)(车轮半径),四个电机的总扭矩来处理 ,也就是说, 每个马达。(iv)代码Arduino UNO控制两个继电器模块,然后控制直流电机。(v)驱动直流电机由两个继电器模块,为了抬起脚轮,以便系统较为成熟的麦克纳姆全方位车轮的运动,或降低施法者在紧急情况下。

3.2.3。测试和评价方法

测试系统的性能、特性监测、和成本有效性是基于测量的准确性和可重复性。当评估是基于比较结果从BMIVPOT现有市场和研究。检查每个传感器的功能,遵循即将到来的步骤:(我)测试容积式流量计通过一系列已知重量的东西和检查,如果测量值获得的平衡都是平等的。(2)测试将排水室流量计的四袋流量计的住房和盐水设定在“慢流”,这样你可以手动计算滴和检查如果流量计计算相同数量的下降。(3)血液测试检漏器通过检查如果触发警报当血液通过前面的LED光电晶体管。(iv)测试流程控制系统通过检查如果螺杆推管与正确的压力提供流量。(v)测试显示的液晶显示器来验证如果值是真实的。(vi)测试相机和TAG-recognition /跟踪标签的检查如果跟踪图像显示正确的标签和轮廓,还通过检查每一帧图像的处理。测试TAG-recognition /跟踪如图根据示意图表示4。(七)测试系统的运动相对于标签通过测量线速度和角速度和距离由BMIVPOT相对于时间。(八)测试验证建立的无线通信服务器和传感器之间的连接和通过验证在服务器上显示的结果,即,无论他们是与测量结果相吻合。

3.3。BMIVPOT实现

本节包括构建BMIVPOT实现过程。站的实现,它显示了基本实现传感器的放置和跟踪系统的实现。

3.3.1。基本实现

为了建立基地根据模拟的维度和整体设计,不同部位形成独立基础制造然后重新组装。为了模拟组装,适用以下步骤:(我)较为成熟的麦克纳姆全方位轮的装配的直流电机,通过插入汽车的各轴轴承固定在车轮上。(2)修复四motor-wheel部件组装而成的树脂玻璃地板上的特定位置。(3)连接汽车继电器和Arduino Uno,它必须连接到覆盆子π3通过USB电缆。(iv)把脚轮制造持有人。(v)修理汽车,负责解除紧急上下脚轮。(vi)符合casters-holder组装在地板上,他们的漏洞必须钻提供一种简单的向上和向下运动的脚轮。(七)连接脚轮的汽车司机和Arduino和基地内的电池然后启动站实现。

3.3.2。站实现

为了装配站,适用以下步骤:(我)对持票人修理站。(2)金字塔形状的部分插入站然后修理floor-casters组装。(3)符合流控制步进电机的盒子,把它放在站内。(iv)连接流控制步进电机的驱动和NodeMCU。(v)把钩子顶部的站然后把传感器。

3.3.3。位置传感器

为了实现目标功能的传感器,一个特定的设置适合自己的测量参数和应用下列步骤:(我)连接负载细胞NodeMCU HX711模块,然后。(2)适应负载细胞内部电路盒置于钩子。(3)把红外LED光电晶体管在一个黑盒,领导和光电晶体管必须在同一水平,面对面。(iv)NodeMCU连接领导和光电探测器。然后连接电阻模拟阅读来自单片机的光电晶体管销。(v)这三个我们三方的基础上的传感器和连接他们Arduino UNO。(vi)把我们传感器的正面站在相机和连接它的覆盆子π3。(七)连接血液检漏仪NodeMCU静脉管电缆和其电路;然后开始实施跟踪系统。

3.3.4。跟踪系统的实现

同步的整体运动BMIVPOT病人的运动,使用以下步骤:(我)把标签放在病人的服装。(2)把相机放在站在预定义的高度跟踪标记。(3)连接相机的覆盆子π3为了识别标记,并提供图像处理。

4所示。结果BMIVPOT

在此,提供BMIVPOT的结果。结果被分成三个部分,部分的仿真结果4.1,真正的结果部分4.2节中,测试和评估结果4.3。至于测试和评估的部分,它包括比较BMIVPOT基于性能和现有的波兰人,它所提供的功能和成本。

4.1。仿真结果

AutoCAD仿真结果BMIVPOT的不同部分的实现,取决于类型的干预表示。

模拟Mecanum车轮和汽车在图所示6(一),模拟应急系统如图6(b) -6(d)。

架构干预反映了系统的仿真结果如图7(一)和7(b)包括基础和北极。底部,如图7(a),分为三个部分:地板,施法者的持有人,稳定部分(用三种不同的视图)。整个模拟系统图所示7(c)。

传感器的干预是反映在房地产为每个传感器模拟为了适应电子和材料要求。每个箱子的尺寸是根据选择的大小选择电子产品和他们占领的地方。模拟血液检漏仪的框如图7(d)。此外,模拟流量计的房地产如图7(e)。

跟踪干预是反映在相机的模拟结果及其FOV如图7模拟框(f)。适合摄像机和电路如图7(g)在现实维度。此外,机械干预包括模拟流量控制系统如图7(h)。

4.2。真正的结果

提供仿真结果BMIVPOT之后,这里提供的实际施工结果如图8。

4.2.1。准备结果根据类型的干预

架构的基础干预结果显示BMIVPOT,整个基地装配如图8(一个)。流量计的电子设备安装在他们的住房,如图8 (b)。此外,应急系统如图8 (c)包括脚轮的提升和降低,这样系统可以继续Mecanum轮子或脚轮,分别。此外,机械干预包括流量控制、汽车和轮子,应急系统。流量控制系统的步进电机如图8 (d)铝盒内安装及其电路是放在这个盒子。这个基地是由三部分组成,如图8 (e),连接到系统的连接和脚轮。

此外,传感器的干预是反映血液的位置检测器的组件在树脂玻璃框,如图8 (f)。

wi - fi干预结果显示体积探测器之间的通信和护士工作站通过web服务器和护士工作站(见图9)。流量计的百分比和利率在图表示9(一个)。至于流控制,无线通信提供了护士工作站的控制流的能力,如图9 (b)。血液检漏仪无线传输发送通知护士对任何可能的血液回流管,如图9 (c)。

跟踪干预结果如图10,BMIVPOT跟踪彩色标签放置在病人在镜头面前。

4.3。测试和评估结果

测试结果BMIVPOT跟踪系统在图所示11。显著地,机器人可能会集中在许多方面;在图中所示的场景11,中心成立的起源x设在BMIVPOT,五个随机目标和角度如图11(a),跟踪标签的结果关于x设在图所示11(b)。机器人跟踪目标而保持集中。目标的位置的变化,即。,the position of the patient, caused the BMIVPOT to deviate, and the deviation was associated with a change in the angle of movement accordingly. Thereby, the variation of the movement (tracking) of the BMIVPOT was tested as a function of the target location and time. The overall profile of the variation of the movement of the BMIVPOT as a function of the target location and time was aperiodic (see Figure11(b))。

积极的迹象被选为逆时针方向旋转。显著地,当目标被放置在45°BMIVPOT的中心,中心的完全自动化的机器人y设在,如图11(一)和11(b),能够检测到目标,旋转45°,和跟踪目标在1.2秒内,仅仅。

目标在大角度偏离,如和 ,跟踪时间从2.2秒增加到3.2秒,分别由一个增量为1。因此,可以推断,根据我们的测试的时候 , ,在哪里k= 1。

此外,测试BMIVPOT的运动的结果,即,the linear velocity, angular velocity, and distance relative to time features, are provided in Figures12(一个)- - - - - -12 (c),分别。的图像机器人的线速度的变化与时间(图12(一个))表明,在时间t= 0秒,机器人是静止的;随着时间的增加,速度逐渐增加达到0.785 m / s的最高价值t= 1秒。1后,机器人以一个恒定的速度移动,直到t= 15秒当患者停止走路,所以它的速度降至0 m / s,而BMIVPOT保持恒定的速度,直到走t= 15.618年代距离最小为控制目标,对病人。

此外,图中所示的图12 (b)揭示了角速度的变化(rad / s)的机器人(s)和时间。机器人搜索目标,左转,然后回到原来的位置,然后右转。在t= 0,机器人是在原来的位置,值为0 (rad / s)。机器人将离开时,角速度增加达到2.0138 (rad / s)t= 1。显著地,角速度计算研究金等。34]。在t= 1 s,机器人停止,所以的价值减少回0 (rad / s)t= 2。然后,机器人开始回到原来的位置t= 2 s, Wz减少达到−2.0138 (rad / s)t= 3 s自移动的方向是顺时针方向。在t= 3 s,机器人停止,所以增加达到0 (rad / s)t= 4 s。在t= 4 s,机器人开始吧,值降低到−2.0138 (rad / s)t= 5 s。BMIVPOT然后停在t= 5 s,所以Wz价值增加达到0 (rad / s)t= 6。机器人开始回到原来的位置,所以Wz值增加到2.0138 (rad / s)t= 7。然后,机器人停止为1 st= 7,值降低到0 (rad / s)t= 8。然后,从t= 8年代t= 16 s,机器人重复相同的旋转。

此外,图中所示的图12 (c)揭示BMIVPOT (cm)覆盖的距离和耐心和时间。t= 0年代,病人和BMIVPOT都在初始位置接近对方,和病人加速在0.3925(米/ )。在t= 1 s,由机器人的距离保持在0厘米,而由病人的距离增加到39.25厘米,即。,greater than the minimum distance to keep between the robot and patient, so BMIVPOT starts moving uniformly and following the patient. Att= 2 s,由机器人的距离增加到78.5厘米,和增加的距离由病人达到157厘米。两个距离增加,直到覆盖t= 15.618 s,病人停止行走的距离1147.5厘米,而BMIVPOT保持移动实现最小距离直到t= 16 s由病人保持不变的距离在1226厘米,由机器人的距离增加达到1196厘米。在t= 16 s,机器人停止移动机器人之间的距离和病人变得30厘米,即。,大致保持之间的最小距离。

然而,图如图12 (d)揭示了流速和流量选择器。有四个选择器显示盐水的流动。流在选择“非常缓慢流”是14滴/分钟,这样时间完成生理盐水将24小时。第二个选择器“慢流”将增加流至28日滴/分钟和减少完成注入生理盐水的时间12小时。选择“正常流”将增加流向42滴/分钟和减少盐水到8小时的时间来完成。在选择“高流,”流将56滴/分钟,和时间完成盐水将4个小时。此外,测试的结果图中提供的流量传感器12 (d)。

评估我们的BMIVPOT,比较如图13BMIVPOT和系统之间进行了现有文献中,包括提出的新颖的机器人四杆Sayed-Kassem et al .,自主提出的第四极膝盖骨et al .,和其他市场或商业四极1,2]。

比较的角度来看是考虑有关的数量特性如图(13日)。显著地,所有的特性考虑体积检测、流量检测、血液泄漏检测,流量控制特性,无线通信、应急系统,全自动运动和跟踪。

此外,对比如图13 (b)提供干预BMIVPOT的可用性,商业、自治,机器人四极。

关于建筑、商业四极是参考和显示的最低比例40%(平衡base-pole和挂钩设计),而BMIVPOT显示最高的90%(平衡base-pole与特定内置材料,实际杆设计,Mecanum轮子,用户友好的架构,以及缺乏钩子的设计)。

也为电子干预反映传感器的使用,市场的商业四极显示比例最低的0%(无传感器),虽然BMIVPOT显示最多的特性为80%(因为它拥有8特点的:障碍探测器,探测器体积,血液检漏仪,流量计,紧急警报,线速度探测器,角速度探测器,和距离覆盖探测器和缺乏生命体征的传感器,即。、温度和血压)。

对无线干预,BMIVPOT是专门贡献只有系统,无线功能(100%)。至于跟踪,BMIVPOT的最大比例100%(全自动),而小说机器人四杆BMIVPOT大约一半的比例40%(半自动和前需要培训)。

关于机械或紧急系统包含在每个设计,BMIVPOT把最高水平100%(因为它是完全自动的),而机器人四杆把这个利息的一半(50%:半自动)。

BMIVPOT价格的评价相比,四极设计如图13 (c)。根据我们的统计,BMIVPOT的市场价格并提供所有的八个提到的特性。

5。讨论

根据我们的统计数据和全面的文献综述,BMIVPOT的成本都八个提到的特性。这可能被视为一种优势的其他系统成本比BMIVPOT或多或少,当这些系统没有能力提供BMIVPOT相同数量的特性。例如,Sayed-Kassem等的系统成本4325.36美元,提供了两种功能(2)如图(13日)- - - - - -13 (c);每个特性的成本大约是162.68美元。虽然我们BMIVPOT系统的成本是1155 .29美元,我们有七个特性;因此,每个特性的成本大约是按照小说的机器人四杆165美元。至于自治四杆,它只花费2167美元,并提供一个功能(1]。因此,我们的系统被认为是更具成本效益比现有的两个选择。

关于监控的数量和可用的特性,我们的系统提供了七个特性(整数的特性考虑100%)超过功能监测和其他技术,如图(13日)。这部小说虽然我们的系统提供了七个特性,机器人四杆提供了仅有的两个特性从整个数量的特性(28.57%),这是半自动运动和体积检测。另一方面,自治区第四极只包括一个单一的功能,即自动运动(14.2%的整数特性)。

除了之前,通过比较所提供的体积测量的准确性BMIVPOT小说的机器人第四极,后者提供的体积检测仅限于一个卷,袋子的空虚,而我们提供的检测BMIVPOT是基于所有水平的连续量监测由百分比值如图表示9(一个)。

有关病人的安全和风险管理、美国BMIVPOT包括传感器不伤害病人;这个安全措施没有在其他两个系统(1,2]。根据Sayed-Kassem et al .,病人的安全是提供的有限范围内的射频信号发送操纵杆杆,从北极限制病人的距离(2),从而使静脉管安全,但不考虑病人的安全而出现在预期范围的运动。因此,BMIVPOT超过小说机器人四极和自治四杆,在安全和风险管理。此外,美国传感器提供安全系统本身通过保持它远离障碍。

通过比较我们的系统的动态四杆(4),家庭护理四杆(5),和简单的独立的站7),我们的系统包括所有的干预,而只有一个干预,这是架构,第四是出现在商业波兰人如图13 (b)。有关建筑的干预,我们的系统相似的稳定,平衡,和整体概念(轮式基地和钩子)商业四极(4,5,7]。然而,BMIVPOT不是类似于第四挂杆(6),后者仅仅杆连着屋顶。关于监控的数量和可用的特性,我们的系统提供了所有高级功能而不是商业IV波兰人如图(13日)。虽然商业四极缺乏大多数特性,他们的平均成本是500美元以上,这被认为是昂贵的,如图13 (c)。

面向BMIVPOT是创新的发展和研究提供一个完全自动化的第四极跟踪病人在医院移动时。我们做了一些模拟为了提供适当的系统的架构和设计。结果表明,我们BMIVPOT是友好的。友好的符号是基于病人和护士是否完全触发四杆本身是否第四部分触发杆(1,2]或他们是否不需要触发四杆(完全自动化)。因此,用户友好的BMIVPOT与这一事实有关病人/护士不需要任何更多的花时间和精力操纵杆相对于现有的两极(1,2]。BMIVPOT系统由各种干预措施,每个提供特定的功能。BMIVPOT出现并提供更高的性能比例(80%)比其他现有的系统。

完全自动化的机器人第四极,BMIVPOT,表现出一个杰出的进步相比,商业/市场四极(4- - - - - -7,9]。BMIVPOT的进化是通过改变轮式站一个机器人可以用于医疗组织。此外,无线通信提供八个功能转移到护士工作台。尽管病人跟踪似乎增加了芯片上的计算成本,然而,每个极跟随一个独特的标签印刷的病人的服装。测试上述跟踪后,相机被成功地识别后的标签和障碍的存在,在不同的角度,而不是局限在研究两极1,2]。

此外,通过比较我们的系统对现有研究两极,即。第四,自治杆由膝盖骨et al。1)和第四小说机器人杆由Sayed-Kassem et al。2),我们发现,我们的系统在巨大方面超过了这些设计,包括功能的数量,成本效益,传感器的测量的准确性。

根据Sayed-Kassem et al .,所谓的小说机器人四杆提供病人的机动能力两极操纵杆,使他们更自由地移动(2),根据膝盖骨et al .,他们所谓的自治系统能够遵循病人,用尼龙线拘束病人编码器和电位计第四极,这是能够确定病人的运动和方向走(1]。与之前相比,我们的系统考虑全自动跟踪,运动,和认可的病人(100%);然而,四杆的运动在Sayed-Kassem半自动等人系统(50%),因为病人仍需持有和控制杆由一个操纵杆,如图13 (b)。此外,膝盖骨等人的运动系统不能考虑自动化,因为病人仍然拴在杆,这提供了一个主要限制他的运动1]。

另一方面,我们BMIVPOT提供了一个完全自动化的运动(100%)的第四极,因为它需要什么从病人除了相机的视场。的总百分比功能由我们提供生物医学静脉注射杆机器人是60%(80%−20%)高于同行的研究提供的波兰人,80%(80%−0%)高于市场的两极。此外,集成的平均百分比的干预(建筑、传感器、无线、跟踪和机械)在生物医学静脉注射杆机器人至少56%(平均干预BMIVPOT 94%身高是新型机器人四极38%)高于替代波兰人。

6。结论

这项工作是为了引入新的和先进的版本的机器人第四极,全自动BMIVPOT。BMIVPOT是一个增强前机器人四杆系统的所有条款,包括缓解病人的运动,减少护士的监控上花费的精力四袋,和其他生命体征。

提供了一个自动化运动测试和让病人自由移动而不需要拖杆和监测传感器的集成帮助护士。BMIVPOT旨在包括病人的跟踪通过相机能够遵循病人由一个完全自动化的运动。

此外,传感器之间的无线通信在BMIVPOT及其工作站成立,让护士监控流量、体积和血液渗漏通过手机无线。BMIVPOT电子应急系统,它允许切换系统手动移动脚轮或通过由的麦克纳姆轮全方位轮提供的自动运动。

BMIVPOT可以改善病人的健康状况,帮助护士来完成他们的职责和监督四袋。

7所示。未来的工作

BMIVPOT提供了许多改进;它可以受到几个增强对其跟踪系统,自动运动,流控制的自动化,以及新的生物医学传感器。

未来工作的新兴BMIVPOT建设可以列出如下:(我)利用一个更强大的微处理器能够执行图像处理在更高的速度与覆盆子π3,还利用专门跟踪相机降低片上计算成本(2)提高整体架构通过基础较小(3)利用汽车和轮子用更少的噪音(iv)控制自动流量控制基于体积探测器之间的通信和流量计(v)添加新的传感器,提供测量生命体征,如心率、病人的体温、血压等。(vi)减少片上的编码成本覆盆子π3(七)实现一个移动应用程序可以安装在护士的手机。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢穆罕默德博士Arnaout有价值的反馈。

引用

1. m .膝盖骨c·康威n .戈达德n . Jacobs c . Pysher和e . Whritenor自治区第四站(P15073)罗彻斯特理工学院,罗切斯特,纽约,美国,2015年。
2. a . Sayed-Kassem a .甘杜尔l . Hamawy, a . Zaylaa“尖端机器人静脉注射杆:初步设计和调查黎巴嫩,在学术医学中心”生物医学工程杂志》和医疗器械,卷2,不。1,2017。视图:谷歌学术搜索
3. a .甘杜尔a Sayed-Kassem, a . Zaylaa“前沿wireless-based静脉站机器人,Inserm(01575070),“2016人。视图:谷歌学术搜索
4. j·w·普赖尔,“走动的病人支架,”1982年,美国专利4332378。视图:谷歌学术搜索
5. Jost和c . c .曾“家庭护理静脉站”,1990年,美国专利4905944。视图:谷歌学术搜索
6. b·j·库尼克”挂杆器静脉注射袋或其他类似设备,“2002年,美国专利390952年代。视图:谷歌学术搜索
7. m·g . Vignali静脉注射站设计、伍斯特理工学院伍斯特,妈,美国,2015年。
8. k·l·克雷默和m . w . Weismiller滑动第四极”,1995年,美国专利5407163。视图:谷歌学术搜索
9. j . c . Schott和j·d·福克斯,m.d. Schott“静脉装配站支持,”2000年,美国专利6079678。视图:谷歌学术搜索
10. a .聚合物”树脂玻璃抵抗,赢创性能材料GmbH是一家”,2015。视图:谷歌学术搜索
11. m . Thakur”测量简单Arduino: 21个不同的测量,包括所有物理和电气参数代码和电路,”https://books.google.com.lb/books?id=g4deDwAAQBAJ。视图:谷歌学术搜索
12. r·马斯顿光电子学电路手册:Newnes电路手册系列2016年,爱思唯尔科学,荷兰阿姆斯特丹,https://books.google.com.lb/books?id=TmiEDAAAQBAJ。
13. a·巴苏英特尔爱迪生项目2017年,Packt出版,伯明翰,英国,https://books.google.com.lb/books?id=bnc5DwAAQBAJ。
14. 大肠怪胎,”hc-sr04超声波测距模块,“https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Proximity/HCSR04.pdf。视图:谷歌学术搜索
15. a . PajankarArduino制作简单2018年,BPB出版物,班加罗尔,印度,https://books.google.com.lb/books?id=7YxjDwAAQBAJ。
16. n .团队“Nodemcu”, 2018年,http://www.nodemcu.com/。视图:谷歌学术搜索
17. a . KurniawanNodeMCU研发车间、体育新闻、河畔、钙、美国、https://books.google.com.lb/books?id=XP9ICgAAQBAJ。
18. RP基金会,覆盆子π3模型b, 2016年,https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/。
19. 厄普顿和g . Halfacree覆盆子π用户指南美国新泽西州霍博肯市威利,2016年,https://books.google.com.lb/books?id=WHPhDAAAQBAJ。
20. p . Seneviratne和j·西拉书,覆盆子π3项目的Java程序员2017年,Packt出版,伯明翰,英国,https://books.google.com.lb/books?id=tHc5DwAAQBAJ。
21. m·霍金斯,”像素覆盆子π相机模块v2,”2016年,https://www.raspberrypi-spy.co.uk/。视图:谷歌学术搜索
22. 诉Ziemann,实践课程在传感器使用Arduino和覆盆子π,系列传感器美国佛罗里达州波卡拉顿,CRC新闻,2018年,https://books.google.com.lb/books?id=fmhQDwAAQBAJ。
23. DFROBOT混合式步进电机,https://www.dfrobot.com/product - 785. html?搜索=步进电机。
24. 诉Athani,步进电机:原理、应用和设计新时代国际(P)有限公司,出版商,班加罗尔,印度,1997年,https://books.google.com.lb/books?id=0m8NTozFZL8C。
25. n .机器人”(6英寸)152毫米mecanum铝车轮组(2,2)基本14165,你的灵感主题,“2012年,https://www.nexusrobot.com/。视图:谷歌学术搜索
26. t . Braunl嵌入式机器人:移动机器人设计与嵌入式系统和应用程序施普林格电子书,施普林格,柏林,德国,2008年,https://books.google.com.lb/books?id=1_rMmj9O-xYC。
27. n . Dhengre a . Mogra s Verma和a·古普塔”的较为成熟的设计和制造麦克纳姆全方位轮的全向机器人,”国际期刊的机械工程研发和生产,2018卷,2018年。视图:谷歌学术搜索
28. m . Scarpino汽车制造商:指导步进、伺服系统等电气设备培生教育,伦敦,英国,2015年,https://books.google.com.lb/books?id=FpEFCwAAQBAJ。
29. 构造,12 v直流广场齿轮/齿轮传动马达150 rpm高扭矩,2019年,https://techtonics.in/product/12v - dc -广场-齿轮-齿轮电动机- 150 rpm -高torque/。
30. j . t . Co和a·巴巴找到质量批发商、供应商、制造商、买家和产品从我们屡获殊荣的国际贸易网站。从中国批发产品批发商在aliexpress.Com,2010,http://www.aliexpress.com/item/good——-霍尔-速度-测量-直流齿轮电机-大-转矩- 12 v - 75 - 1 -高-年级- car/32844986762.html。
31. g . Hajj-Moussa a . Sayed-Kassem n . Kozah m . Arnaout r·哈布和a·j·Zaylaa”机器人的原型发展第四极:初步模拟,”《计算机及应用国际会议(ICCA)IEEE,页71 - 74年,贝鲁特,黎巴嫩,2018。视图:谷歌学术搜索
32. n . Kozah a . Sayed-Kassem g·h·穆萨和a·j·Zaylaa“先进的自动化版本的原型机器人第四极,”黎巴嫩国际大学工程学报》展览2018年,页1 - 2,贝鲁特,黎巴嫩。视图:谷歌学术搜索
33. a . Sayed-Kassem n . Kozah g·h·穆萨和a·j·Zaylaa先进的机器人四极飞行,Inserm (01834529), 2018年。
34. j . j . Kim公园,金,“惯性导航系统,较为成熟的全方位自主移动小车麦克纳姆全方位轮”机械工程的发展,卷2,不。1,2012。视图:谷歌学术搜索

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