可攀爬楼梯的智能输液架

任家汕轩喻博徐海洲常财超许春田李洋

(辽宁科技大学 机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051)

摘要

输液架是医院中使用很常见的一种医疗机械，静脉输液是临床应用频率最高的基础护理操作技术。目前，传统输液架大多是排吊式和落地式，输液架上方设有挂钩，患者将输液瓶悬挂在挂钩上。虽然这种装置结构简单并且造价便宜，但它的体积大，不具有灵活性。本设计一种智能化输液架，采用stm32单片机控制，实现输液架的多功能化，有利于提高患者的使用体验。

关键词：输液架；STM32单片机；医疗机械

引言：输液架在医疗上十分重要，不仅仅是在医院设有输液架，由于农村医疗水平比较低，大多数人生病之后，会请村里的医生到家里来输液。所以很多家庭中，也设有输液架。但目前的输液架智能化水平低，患者输液前，需要将输液袋悬挂在传统输液架上方的的挂钩处，之后对患者进行静脉输液。患者在输液的过程中，如果想下床活动，只能由护理人员来手动移动输液架，如果遇到某些疾病的爆发阶段，医院人满为患，医院的护理人员难以对每位患者做到细致观察，这也带来了一定的护理风险。而我们设计的输液架，解决了这一难题，实现了智能化。

1、引言

为了证明多功能输液架在临床中的价值，我们对鞍山市一家综合性医院的某一科室在2023年9-10月期间收治的100位患者进行临床对照试验研究，用随机数字表法将符合研究要求的入组患者均分为对照组和观察组，两组常规治疗方案一致[1]对照组采用传统输液架进行静脉输液，而观察者采用本设计的多功能输液架进行静脉输液。经过两周之后，我们我们采用问卷调查的方式，分别对两组患者进行调查。调查结果显示，对照组中百分之五十的患者对治疗体验表示满意，而观察者中百分之九十的患者对治疗体验表示满意，其中百分之七十的患者，认为多功能输液架的功能多，用起来十分方便。值得注意的是，在半个月的观察期中，对照组中有百分之十五的患者，由于在输液中需要上卫生间，而这时就需要有人陪护拿着瓶子，在这个过程中就会发生鼓针现象。从这可以看出普通输液架底部是三角支架，不易移动，限制了病人的行动[2]因此让输液架智能化也是非常有必要的。

2、多功能输液架的设计及使用方法

本产品涉及一种立式可移动智能输液架主要零件包括：钩子，空心碳管，伸缩杆，底架，摄像头，皮带，伸缩管，皮带轮，加热和输液报警装置。其中，钩子用于液瓶吊挂，空心碳管用于支撑吊瓶，伸缩杆可在气筒中实现伸缩，实现吊瓶升降调节，底架用于支撑，摄像头进行识别，皮带和皮带轮配合实现驱动和攀爬楼梯的作用。整体用stm32系列单片机来控制，成本低廉。

根据本产品设计，摄像头和底架连接，电机和皮带轮连接，整体主要由摄像头进行图像捕捉，将捕捉的信息进行处理，之后判断出需要跟踪对象的所在位置，电机根据摄像头传输的信息，配合皮带轮进行所需角度的偏转。电机也可以通过摄像头传回的信息，判断出与对象距离的远近，来确定是否需要跟随。当摄像头判断前方有楼梯时，皮带轮和伸缩管配合，可以实现爬楼梯的功能。视觉系统采用opencv（c++接口），跟随功能主要是通过视觉开发板来检查对象身上的指定标志，来控制电机的运行，进而实现跟踪对象的运动，这个功能可以使患者在输液的过程中可以自由移动，方便患者在输液的过程中上厕所。

根据本产品的设计，为了方便医护人员取挂吊瓶，我们采用下沉式伸缩杆，采用遥控器控制电机，遥控器给电机发出指令使其控制伸缩杆伸长或压缩。除了可以通过遥控器来控制伸缩杆，我们在底盘与伸缩杆之间用电推杆连接，这样就实现了手动条件伸缩杆的长短，方便后续的治疗。

3、系统模块设计

输液架整体控制由STM32F407ZGT6实现，主要由 UART 通信获取遥控数据，can通信获取陀螺仪和磁力计等模块的数据。在控制中心将输入的信息数据进行处理与计算，接着转化为输出的控制信息，由PWM输出的方式对电机进行控制。

输液架采用普通直流减速电机，利用F407通用定时器对GPIO引脚进行脉冲输出，在配置为比较输出，用PWM输出功能对电机进行控制。

4、具体实施方案

所述视觉系统，通过输液架上的摄像头，进行实时录像，当采集到图形后，通过框选并给单片机发送信号，单片机收到信号后来控制电机会自动转弯避让，进而实现避让功能。同时可以利用摄像头通过识别一个物体，并能计算输液架与物体之间的距离，如果距离偏远了之后，会自动向前移动，进而实现跟踪功能。

所述液面警报系统，通过液面传感器，当液体的重量减少到一定程度，传感器感应出后会发出信号，控制端收到信号后，会激发蜂鸣器，进而实现报警功能。

所述转弯和爬楼梯功能，本设备采用皮带与伸缩管共同协调工作。通过蓝牙功能，手机会先向输液架的蓝牙模块发送启动信号，输液架收到信号后，便会移动，当遇到楼梯时，控制输液架移动到适当位置后，再次发送一个信号，输液架收到信号后，输液架上的伸缩管会开始工作，伸缩管逐渐伸缩，直到将皮带抬到第一个台阶上，皮带会借此爬上楼梯。通过控制，可以使任意一边皮带的速度减慢或者停止，进而完成转弯的功能。

所述的整个伸缩杆是由空心碳管还有滑轨，输液架挂钩，连接件组成的。开始时伸缩杆处于压缩状态，之后遥控器发出指令，挂钩挂着输液管，经过伸缩杆的伸缩，到达所需要位置停下，之后医护人员进行挂吊瓶。当输液完成之后，在通过控制器发出指令，伸缩杆下降，方便医护人员取下吊瓶。

5、产品前景

目前中国人老龄化严重是当前社会发展面临的难题，2017年新增60岁以上人口首次超过1000万，按此发展下去，2025年老龄人口超过3亿，2033年将突破4亿，2050年老龄人口规模将达到峰值4.8亿，占总人口比例达34.9%。老龄化速度之快、规模之大、世界前所未有[3]。而在所有年龄段里，老年人是最容易生病的群体，当他们住院或在家疗养时，就不免要进行输液，然而因大多都行动不便，目前的老式输液架很难满足需求。本发明的立式可移动智能输液架，功能多、智能化高，具有较广的市场发展前景及推广价值。

作者简介：任家汕（2003—），辽宁科技大学，机械工程与自动化学院，机械电子工程2021级本科生

参考文献

[1]庄丽玲,陈凤玉,莫鉴文,等.肺癌患者应用改进型移动式输液架进行化疗输液的效果[Z].医疗装备,2023,36(2):8-11.

[2]庞金萍.多功能输液架的研制与临床应用[J].临床护理杂志,2015,14(6):78-80.

[3]张兆玮.我国老龄化趋势下消费升级必要性及对策研究[J]2023.08.

基金项目：辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目（项目编号：X202310146130）