智能输液支架设计

德州学院机电工程学院 姚安凯 王志坤 李昌成 龙文腾

1 研制背景及改进

输液支架在临床治疗十分常见且必不可少，为了让患者在输液过程中更加方便，这款输液支架利用了传感器，并且在输液架底部装有车轮，使用者在输液过程中如果想要移动，比如去卫生间或者去做检查，智能支架就会跟随着他，避免了行动不方便。同时在支架的上面有固定装置，可以避免因为移动造成的液体的震荡，支架有可调节伸缩，使用起来更加方便。智能输液支架增加了生活的趣味性，可带来更好的体验。

1.2 输液支架的发展现状

目前使用的输液支架，一种是悬挂式输液架，将输液架上端挂在天花板上，上有导轨可以移动，下端将液体挂在挂钩上，通常比较高；还有一种落地式输液支架，上端悬挂液体病人想要移动时，一般需要别人帮忙将液体高高举起，非常不方便。随着社会发展有了在输液架底部安装万向轮，可以移动，但是需要人手动去推动支架移动，且不好固定液体。基于此，本文设计了这款智能输液支架。

1.3 输液支架的改进

首先是对输液架高度的调节，对输液架进行改进，通过内螺纹传动，这样就可以让医护人员根据需求调节输液架的高度。其次我们通过对支架底部加装车轮，对输液架加电机驱动、单片机及控制系统，通过红外线跟踪实现让输液架跟着病人移动，这样可以让病人在输液中方便移动，减少陪护量，提高治疗效率。

2 设计及技术原理

硬件结构，在输液支架的底部装有车轮，车轮与电机相连，通过电机驱动，对于跟随支架的控制系统采用51单片机，同时搭配了红外线识别模块以及超声波定位模块，患者携带红外发射器，从而实现跟踪定位。输液架结构示意图如图1所示。

图1 输液支架结构图技术原理

控制系统由51单片机控制，定位系统由超声波模块和红外模块配合。在输液支架最前方中轴线设一个超声波模块，在中轴线偏移6cm左右偏60度设置两个超声波模接，在输液支架放置红外接收器，让患者携带红外接收器，在患者的移动过程中，输液支架先接收红外信号，然后执行超声波模块，前部的超声波模块，当收到相同频率声波时，控制系统启动时钟发生器，通过51单片机进行距离计算，然后确定患者的位置，实现跟踪，支架前端的超声波模块，通过他们返回的距离，在使用者不断移动过程中，通过三点定位算法确定位置，驱动电机移动，实现跟随。这样通过不断的信号传输，患者在移动中支架就能实现定位目标跟着移动。技术原理图如图2所示。

输液架可调节高度设计，输液支架杆进行改进，支架采用内螺纹传动，右旋螺纹，用梯形螺纹，牙型为等腰梯形，牙型角30°，牙根强度高、对中性好、传动效率高，可以承受输液瓶的压力。这种结构就可以实现自己旋转调节输液架的高度，根据自己需求进行调节，简单方便。

图 2技术原理图

3 发展前景

鉴于传统的输液支架暴露出来的许多缺点，设计了这款智能输液支架，它与传统的输液架相比实用性更高。首先它的自动跟踪，智能移动，相比于原有的单调死板的输液架来说更加灵活，病人自己就可以上卫生间或者做检查，减少了陪护。其次，该输液支架高度可以调节，医护人员可以根据不同需求自己调节高度，避免了身高等原因造成的不便。而且，医院使用智能输液支架，可以大大提高效率，相信这款智能输液支架，相信也能给患者带来好的心情。智能输液支架有广阔的发展前景。

[1]濮良贵，陈国定，吴立言主编.机械设计.北京；高等教育出版社,第九版,2013.

[2]陈亭,张玉芳,郑明成,王富东.基于超声波探测的目标跟踪机器人[J].中国科技信息,2009(D1):37.

[3]蔡磊,周亭亭等,基于超声波定位的智能小车 [J].电子测量技术,2013（11）：76-79.