李寧 宋青山 李嘉豪 余耀 王磊

摘 要：智能化機器人研究是當今科研領域的熱點課題，而機器人向實際應用方向發(fā)展更有其重要的現(xiàn)實意義與長遠的研發(fā)價值。為了實現(xiàn)機器人的查房、送藥、搬運、呼叫等功能，利用智能送藥、高清液晶屏、攝像測溫、導航與智能避障、語音控制、自動充電等技術，并對其軟硬件實現(xiàn)進行了一定的描述。該醫(yī)療與服務機器人在醫(yī)療等領域具有較大的應用價值和較好的市場前景，本文介紹的機器人的構造和原理便于以后醫(yī)療與服務機器人的改進和創(chuàng)新。

關鍵詞：醫(yī)療服務送藥機器人;語音識別;無菌存取;尋路充電

一.智能送藥機器人背景概況

1.1特殊情況下送藥機器人優(yōu)勢

智能化機器人研究事當今科研領域的熱點課題，在歐美、日本等發(fā)達國家，服務機器人產(chǎn)業(yè)已得到迅速發(fā)展，廣泛地應用于五大領域：醫(yī)療福利服務、商場超市服務、餐廳旅館服務、維修清洗服務和家庭生活服務。目前我國服務機器人尚處于起步階段。2020年初爆發(fā)的新冠病毒疫情擴散至全球。新冠病毒以偽裝性強、潛伏期長、傳播途徑多樣、變異性等特征難以預防和控制。其中傳播途徑包括呼吸道飛沫傳播、接觸傳播、消化道傳播、血液傳播和空氣傳播等。多樣的傳染途徑和醫(yī)療廢棄物的污染性極大地增加了醫(yī)護人員的感染風險，醫(yī)護人員的安全至關疫情擴散。工作危險增加，同時嚴格復雜的防護程序也增加了工作量。在醫(yī)護緊缺，醫(yī)療服務效率低的情況下，送藥機器人的應用和研究有效地緩解人員短缺問題。

1.2智能送藥機器人基本功能

送藥機器人可以執(zhí)行例如送藥、環(huán)境消毒等簡單工作為減小醫(yī)護人員感染風險，提升醫(yī)院工作效率。送藥機器人須能夠獨自安全無誤地運送藥品到指定病房病人處，可以攜帶特殊消毒裝置在醫(yī)院內巡航消毒。機器人的主干部分儲藥箱能滿足藥品、針劑的存儲，并自動讀取藥箱上的標簽信息，通過識別技術準確自動取藥給目標，極大地保障藥箱內部的安全衛(wèi)生，減輕病人負擔。同時自動記錄運送數(shù)據(jù)，實時顯示運輸位置，保證藥品運送全程監(jiān)控，實現(xiàn)閉環(huán)管理。通過智能技術經(jīng)醫(yī)生驗證開啟藥箱，識別病人取出藥物。機器人頭部具備人工智能系統(tǒng)，借助強大的語音識別、語義理解、自然語音合成等技術，機器人能夠準確理解人類語言，并從智能知識庫獲取信息，通過揚聲器清晰地和病人進行溝通，反饋病人的提問。智能顯示屏可以協(xié)助交流，空余時用作安全宣傳。攝像頭內置紅外成像自動測溫儀可精確測量醫(yī)院人員體溫。系統(tǒng)內置導航精準識別目的地，能識別行進路線，若感應到前方有人或障礙物，可及時避障。由此，達到部分一線人力得到釋放，得以更好地服務最需要的人群。底部移動結構采用麥克納姆輪，麥克納姆輪由小滾輪組成，可以實現(xiàn)機器人的自由移動。充電部分由電箱門，隔板，充電塊組成，可利用隔板改變電池的放置位置。充電箱便攜式充電，大容量電池充滿電可以連續(xù)工作十二小時，安裝電量監(jiān)測系統(tǒng)，保障安全行進的情況下通過導航系統(tǒng)自動尋找充電樁充電，充電時對充電樁進行感應導航自行充電。

智能醫(yī)療服務機器人的應用不但能夠提高病區(qū)消殺、藥物配送等工作的效率，還可以降低工作人員長時間在病區(qū)工作而導致交叉感染風險，節(jié)約防護服等醫(yī)療緊缺物資的消耗，節(jié)省醫(yī)護人員時間成本。

二.醫(yī)療機器人軟硬件的實現(xiàn)

2.1 ?數(shù)字圖像信息處理模板

裝載機器人的視覺識別系統(tǒng)、語音交流系統(tǒng)、路徑導航系統(tǒng)、智能屏幕顯示系統(tǒng)、機器人程序系統(tǒng)。長寬高為27cm、25cm、27cm。結構由一個液晶顯示屏，一個高清攝像頭，兩個揚聲器，一個語音接收器，一個紅外成像自動測溫儀，導航芯片，圖像處理器，語音處理器，系統(tǒng)主板，頭部外殼等組成。攝像頭導航識別模板運用AI技術和大數(shù)據(jù)技術，通過機器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度，實現(xiàn)自動識別功能，通過大數(shù)據(jù)技術對整個過程進行紀錄，例如運行時對病人、醫(yī)務人員和其他工作人員進行溫度的可視化的呈現(xiàn)，能有效的監(jiān)管溫度變化 。還有對病人情緒的紀錄等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效分析。攝像頭實時記錄機器人行進過程中的影像，檢測障礙物及時避障，對病人實行面部識別達到無接觸安全取藥。液晶顯示屏可播放防疫相關知識和時事熱點新聞增加宣傳力度。語音識別控制模板采用雙系統(tǒng)語音識別一個主要鏈接前臺醫(yī)護人員的交流，減少其他干擾，確保緊急情況下安全有效，一個是用于人工互動交流。頭部內置聲音接收裝置識別語言并可錄入醫(yī)生聲音用以增加語音遙控功能，醫(yī)生可通過語音遙控功能無接觸操作機器人。文字系統(tǒng)處理生成答案，通過揚聲器發(fā)聲與人員進行親切合理的溝通病人和機器人對話，雙方可以有多輪對話，機器人也不怕被中途打斷，實現(xiàn)完美溝通。智能顯示屏可表現(xiàn)對話時機器人相應的表情配合病人溝通，以此達到陪伴病人的作用。通過智能交流系統(tǒng)，屏幕可展示溝通者需要查詢的內容，顯示屏工作空余時間可播放防疫常識、時事新聞等內容達到積極宣傳的作用。主機系統(tǒng)內置導航芯片和電量監(jiān)測器，精確導航送藥路線，在電量低的情況下自動尋找充電座。機器人主板系統(tǒng)實現(xiàn)整體的正常運行，如圖1。

2.2中心機構模塊設計

通過上方舵機帶動兩齒輪以改變豎桿間間距，使x型伸縮結構實現(xiàn)伸長或縮短將藥品推至中央升降平臺，如圖2。

為適應不同藥盒規(guī)格，儲藥架每層高度分別為5cm、10cm、15cm、20cm。下方通過一電機帶動儲藥架轉動。其旁安裝一紫外線消毒燈以保證內部的無菌環(huán)境。主體采用雙層結構，減少外來微生物的污染。背面開口通過刷卡系統(tǒng)來控制打開人員與地點。載藥平臺可以實現(xiàn)藥物的上下移動：由5個電機，1個雙層轉軸，3個螺旋桿，1個底盤組成，體積底面長寬50cm，高70cm。原理：底盤四個電機帶動外部載藥箱的選裝，雙層的轉軸設計減少了機械之間的磨損，降低了能耗，載藥圓臺由的中間的電機帶動三個螺桿上的螺栓轉動實現(xiàn)上下移動，采用三角設計為載藥提供穩(wěn)定動力，增強了機械結構在復雜情況的運行能力。如圖3。

2.3移動充電模板

移動充電部分分為底部移動和充電部分，底部移動結構采用麥克納姆輪外圍半徑為：73mm，內圍半徑為15mm，寬為80mm，三個輪子互相間隔120°，每個麥克納姆輪由八個小滾輪組成，機器人既可以沿輪面的切線方向移動，也可以沿輪子的軸線方向移動。如圖4。

在移動端上為充電部分;伺服電機：長：274mm，寬高都為80mm，伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以更好的進行移動送藥，精確定位，輻射小，對于醫(yī)院的危害性更低，并借此來完成與充電箱的對接，進行充電。充電部分由電箱門，隔板，充電塊。電箱門用來打開充電部分，換取電池，換取電池時，將電箱門抓手向上抬，電箱門上部就會向里運動，最后全部打開，換取電池。其中有隔板用來分開每一塊電池，共六塊隔板，都可左右移動，隔板左側和右側各三塊，前后分開，放電池時將所有隔板推向一邊，隨后放入電池，從里向外，從左向右，一層一層放入電池，待一層放好之后，用隔板進行分割，隨后再放下一層。隔充電塊懸掛在電箱內，在進行充電時，與充電箱內的充電塊互相感應進行充電。

充電箱便捷式充電，可以根據(jù)需要進行移動，較為方便，在進行充電時，機器人對其進行感應導航，到達充電箱的位置，進行充電。如圖5。

三、結論

該醫(yī)療服務送藥機器人，安全且節(jié)約能耗。無線通信功能人性化與病人溝通搭配智能化觸控屏、液晶屏豐富交流內容，增加醫(yī)院醫(yī)療防護知識宣傳力度。目前，社會科技高速發(fā)展，機器人成為未來發(fā)展的熱點領域。醫(yī)療送藥機器人在類新冠病毒等傳染性疾病的防疫醫(yī)護工作中具備極高的應用價值。

通訊作者：宋青山（1985.02）男，漢族，黑龍江省哈爾濱市，本科，專業(yè)技術十二級，實驗室教師.

（上海工程技術大學 航空運輸學院 ?201600）