人工智能在智能医疗机器人设计中的应用研究

鉴于智能医疗机器人在医疗行业的重要作用，笔者利用人工智能技术，结合目前医疗行业中医护环境需要改善的问题，设计了一款点滴助手智能医疗机器人。该机器人可以帮助患者在打点滴过程中实现换药操作，根据不同药物输液要求进行精准控制，控制流量误差，保证输液的准确性和可靠性；可以缓解打点滴床位和座位紧张的窘况，促进医护条件的改善；可以减轻医务人员的工作负担；可以使患者在打点滴过程中享受轻松、愉快、便捷的服务。该智能医疗机器人能使医护环境得到良好的改善。

1 人工智能

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI，是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等[1]。

2 人工智能医疗机器人国内外研究现状

医疗器械行业是一个多学科交叉的高技术产业，是一个国家制造业和高新技术发展水平的标志之一。在医疗器械领域，人工智能的应用越来越广泛，而且智能化程度不断提高。早在1983年，著名机器人专家恩格尔伯格创建了TRC 备，为病人送饭，送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部送邮件及包裹。但是，该医疗机器人并不具备更高的智慧，只能完成常规的简单的工作[2]。哈尔滨工程大学在2003年5月“非典"高峰期,研制了基于图像的无线遇控医用服务型机器人，该机器人能为病人送药、送饭及生活用品等任务，还能协助护上运送医疗器械和设备、实验样品及实验结果等[3]。上述国内外机器人的应用只能处理一些与医疗技术无关的简单事情。

笔者查阅了大量的资料，关于点滴助手智能医疗机器人的报道和文章还没有，因此，本文利用人工智能技术对点滴助手智能医疗机器人进行设计，是人工智能与医疗器械在医疗技术方面的创新应用，也是本文研究的创新点。本文研究的智能医疗机器人有了更高的智慧，对人工智能在医疗领域的深入研究及应用意义重大。

3 基于人工智能的点滴助手智能医疗机器人设计

■3.1 点滴助手智能医疗机器人系统组成

将人工智能技术、MPS移动定位系统、数字图像处理技术、无线网络技术等应用于点滴助手智能医疗机器人的设计中。该点滴助手智能医疗机器人具有如下功能系统：（1）NFC无线支付系统：通过二维码扫码进入系统，首先输入身份证号码或手机验证码，保证身份的识别和存储。从扫码时刻起开始计费，直到使用结束时付费成功后结束。除移动支付外，还具有常规的银行卡或纸币或硬币支付平台。若患者输液结束后不执行支付操作，系统将进行报警，并将该人信息拉入黑名单，并计入诚信档案。（2）智能输液监控及报警系统：通过智能监测，可以自动监控药液流速、液位，若监测流速有异常，则自动进行调整，而且可以根据液位与手的相对位置自动调整智能调节

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杆的高度，防止回血；若监测药液已输完，则自动执行换药操作或提示输液结束。若药液输即将完，报警电路向医务工作站发送报警提示信号，通知医务人员及时到现场进行处理。若输液过程中出现输液和换药故障，系统自动阻断输

液，保证输液安全，并且机器人向监控后台发送报警信号，24小时监控室会马上派出医务人员和工作人员及时赶到现场进行处理。

（3）移动定位系统：通过MPS 移动定位技术和数字图像处理技术实现位置追踪，机器人会追踪患者的移动轨迹进行移动，保证机器人与患者的相对位置在满足正常输液的范围。

（4）智能座椅系统：切换该功能按钮，实现座椅收放，供患者使用。（5）智能电脑系统：患者可以对电脑进行操作，实现所需功能。例如听音乐、看视频、看电影、浏览网页、聊天、办公等功能。

（6）无线网络系统：可以为机器人各功能系统进行无线组网，并为患者提供无线WiFi。

■3.2 点滴助手智能医疗机器人硬件设计

首先利用STC12C5A60S2芯片设计点滴助手智能医疗机器人主控芯片，用于储存各功能程序并实现相应控制。

对智能输液监控及报警系统进行硬件设计，根据不同药

物输液要求，利用流速传感器和液位传感器对输液流速和液位进行控制，把误差控制在最小值范围，保证输液的准确性和可靠性。对报警系统进行设计，通过对传感器采集的数据进行分析，若发现系统出现异常，则报警系统进行报警，报警采用蜂鸣器进行硬件设计。对智能调节杆进行硬件设计，通过传感器实时的采集数据，智能调节杆实时调整点滴软管

中药液的液位与输液点的高度差，保证输液正常进行，防止产生回血。

对移动定位系统采用MPS 移动定

位技术和数字图像处理技术进行设计，在硬件设计中利用数字摄像头对患者移动轨迹进行追踪，通过摄像头进行轨迹识别。若患者与机器人的相对位置偏离了保证正常输液的偏差范围，则报警系统进行报警，报警数据传送到后台，同时机器人进行语音报警，提示患者止步，机器人也停止移动，

保证输液的正常进行。后台接到报警后及时派人到现场进行处理。

对智能座椅系统进行硬件设计，主要设计智能按钮来实现，通过按钮切换实现桌椅的收放，该功能可直接通过主控芯片进行控制。对无线网络系统进行设计，主要采用NRF905无线收

发模块进行设计，利用无线通信技术和无线传感网路由协议

对各系统进行组网。

点滴助手智能医疗机器人硬件设计原理框图如图1所示。 图1 点滴助手智能医疗机器人硬件设计原理框图

■3.3 点滴容器袋（瓶）液位控制及报警硬件电路设计

在液位控制及报警硬件电路设计中，采用智能型非接触

液位传感器 XKC-Y25，该液位传感器适合各种容器液位检测。该传感器突破了容器壁厚的影响，实现了对密闭容器内液位高度的真正非接触检测。

用STC12C5A60S2主控芯片进行控制。若智能型非接

触液位传感器 XKC-Y25监测到点滴容器袋（瓶）里液体的

液位低于设定值时，证明注射点滴过程马上要结束了，报警装置进行报警，报警提示信号通过NRF905收发模块将报警信号发送到医务工作站，护士接收到报警提示信号后第一时间赶来为患者进行处理。

当注射点滴过程中出现任何故障或意外情况时，报警电路均将报警信号发送到监控后台进行报警。

点滴容器袋（瓶）液位控制及报警硬件电路如图2所示。

图2 点滴容器袋（瓶）液位控制及报警硬件电路图

（下转第35页）

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为一组，本系统一共使用4 组红绿黄信号灯，以此实现交通路口红、绿、黄灯颜色切换。 ■3.2 系统软件流程图

软件总体设计主要完成各部

分的软件控制和协调。其控制程序主要分为以下几个模块：初始

化程序，输入量模糊化、模糊控制器程序、调用交通灯显示程序。

本系统主机的主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，我们通过等待方向车辆的数量和通行方向的车辆流量这两个参数作为控制模型的输入信号，以交通灯的延时时间作为输出信号。把各个从机检测到的车流量送到主

机进行处理，经比较后得出东西方向、南北方向车流量的最大值X、Y，然后将这两个输入状态量模糊化，根据这个转换后的模糊量在论域中元素的取值，在控制表中可以查出相应输出量的以论域元素表现形式表现的控制量，再将其乘以比例因子就进行交通灯控制显示了。软件流程图如图4所示。

交通灯显示过程：第一状态为东西红灯亮，南北绿灯亮；

第二状态为南北绿灯熄灭，黄灯亮；第三状态为南北黄灯熄灭，红灯亮，东西红灯熄灭，绿灯亮；第四状态为东西绿灯熄灭，黄灯亮。交通灯控制中使用的时间是由定时器产生的。

图5为交通灯显示子程序流程图。

4 结束语

本设计通过对等待方向车辆的数量和通行方向的车辆

流量这两个参数作为控制模型的输入信号，即根据在定制时间内通过通行路口的汽车数量和等待方向排队的汽车数量这两个输入信号，以交通灯的延时时间作为输出信号。通过

研究两个输入量和输出量的取值范围，通过模糊化控制，设

计出能够反映输入到输出映射关系即模糊控制规则。并以此提出以单片机为核心的控制器结构框图及软件流程图。通过研究分析该控制方法较大程度减少了路口红绿灯排队等待通行的车辆数量，节省了排队等待的时间，提高了通行

的效率。

图5 交通灯显示子程序流程图参考文献

＊ [1]刘景梅.基于模糊逻辑控制的交通灯设计[J].技术与市场,2017,24(05):137+139.

＊ [2]李盛春,孔令江,刘慕仁,郑容森. 智能交通灯对交叉路口交通流的影响[J]. 物理学报,2009,04:2266-2270.＊ [3]李洪中. 基于模糊控制的智能交通灯系统的研究与设计[D].兰州交通大学,2013.

＊ [4]常苗苗.三色灯的模糊控制器设计[J].电子制作,2013(08):61.＊ [5]周庆民,李起范.交通灯模糊控制器设计[J].河南科学,1996(01):74-78.4 结语

人工智能应用于医疗机器人的设计中实现与医疗技术

相关功能的研究还甚少。笔者将人工智能与医疗技术相结合，应用人工智能领域相关的先进技术，对点滴助手智能医疗机器人进行了设计，使人工智能在医疗领域的应用更加深入，实现了人工智能与医疗技术的融合。使医疗器械机器人不再是仅仅完成常规的与医疗技术无关的简单工作，它可以完成具有智慧性的医疗工作，点滴助手智能医疗机器人的推

广应用，将对人工智能在医疗领域的应用有深入的推动作用。

参考文献

＊ [1]李磊，李妍. 人工智能技术在自动控制中的应用[J].集成电路应用，2019，36（4）：97-98.

＊ [2]郭艳，杨保新，杨永环.我国医疗器械行业发展概况及发展趋势[J]. 中国医疗器械信息，2011，（7）：36-38.

＊ [3]王立权，孟庆鑫，郭黎滨，陈东良.护士助手机器人的研究[J].中国医疗器械信，2003，9（4）：21-23.

图4 软件程序流程图

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