疫情背景下送藥機器人的應用研究

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展更有其重要的現實意義與長遠的研發價值。為了實現機器人的查房、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，并對其軟硬件實現進行了一定的描述。該醫療與服務機器人在醫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療與服務機器人的改進和創新。

關鍵詞：醫療服務送藥機器人;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、日本等發達國家，服務機器人產業已得到迅速發展，廣泛地應用于五大領域：醫療福利服務、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療廢棄物的污染性極大地增加了醫護人員的感染風險，醫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。在醫護緊缺，醫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

送藥機器人可以執行例如送藥、環境消毒等簡單工作為減小醫護人員感染風險，提升醫院工作效率。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生，減輕病人負擔。同時自動記錄運送數據，實時顯示運輸位置，保證藥品運送全程監控，實現閉環管理。通過智能技術經醫生驗證開啟藥箱，識別病人取出藥物。機器人頭部具備人工智能系統，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院人員體溫。系統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工作十二小時，安裝電量監測系統，保障安全行進的情況下通過導航系統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。

智能醫療服務機器人的應用不但能夠提高病區消殺、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工作而導致交叉感染風險，節約防護服等醫療緊缺物資的消耗，節省醫護人員時間成本。

二.醫療機器人軟硬件的實現

2.1 ?數字圖像信息處理模板

裝載機器人的視覺識別系統、語音交流系統、路徑導航系統、智能屏幕顯示系統、機器人程序系統。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技術和大數據技術，通過機器視覺檢測系統采用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，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置、長度，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度，實現自動識別功能，通過大數據技術對整個過程進行紀錄，例如運行時對病人、醫務人員和其他工作人員進行溫度的可視化的呈現，能有效的監管溫度變化 。還有對病人情緒的紀錄等實現數據的有效分析。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語音識別一個主要鏈接前臺醫護人員的交流，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生聲音用以增加語音遙控功能，醫生可通過語音遙控功能無接觸操作機器人。文字系統處理生成答案，通過揚聲器發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，實現完美溝通。智能顯示屏可表現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，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。主機系統內置導航芯片和電量監測器，精確導航送藥路線，在電量低的情況下自動尋找充電座。機器人主板系統實現整體的正常運行，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來控制打開人員與地點。載藥平臺可以實現藥物的上下移動：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上下移動，采用三角設計為載藥提供穩定動力，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

該醫療服務送藥機器人，安全且節約能耗。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，增加醫院醫療防護知識宣傳力度。目前，社會科技高速發展，機器人成為未來發展的熱點領域。醫療送藥機器人在類新冠病毒等傳染性疾病的防疫醫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）