一种可控的自动辅助排痰装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于医疗器械领域，具体公开了一种可控的自动辅助排痰装置及其控制方法，该装置包括传感器单元、捶打结构、传动结构和控制器；捶打结构设置在传动结构上；传感器单元用于获取捶打结构在传动结构上的位置以及病人的背部与传动结构的距离，并将这两者信息传递给控制器；传动结构根据控制器实现捶打结构沿背部的直线往复运动轨迹的控制；捶打结构用于对人体背部进行敲击，并根据控制器的指令改变运动状态和捶打力度。本发明专利技术利用两个自由度上的轨迹控制来模仿护士排痰时的动作，并利用传感器收集数据来对不同身高病人进行自适应的拍打学习，从而达到针对任意病人辅助排痰的功能，操作方便，自动化程度高，可控性强。

A controllable automatic auxiliary sputum elimination device and its control method

The invention belongs to the field of medical instruments, in particular a controllable automatic auxiliary sputum drainage device and its control method. The device includes a sensor unit, a hammering structure, a transmission structure and a controller, and a pounding structure on the transmission structure; the sensor unit is used to obtain the position of the hammering structure on the transmission structure and the position of the pounding structure and the position of the hammer structure. The distance between the back of the patient and the transmission structure is transmitted to the controller; the transmission structure controls the track of the straight reciprocating movement along the back according to the controller; the hammering structure is used to knock on the back of the human body, and changes the motion state and the beating strength according to the instructions of the controller. The invention uses the trajectory control of two degrees of freedom to imitate the action of the nurse in the expectoration of sputum, and uses a sensor to collect data for adaptive beating learning for patients of different height, thus achieving the function of expectant expectoration for any patient, convenient operation, high automation and strong controllability.

【技术实现步骤摘要】
一种可控的自动辅助排痰装置及其控制方法
本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种可控的自动辅助排痰装置及其控制方法。
技术介绍
呼吸系统的疾病会导致分泌物增多，如果未能及时的将这些分泌物清楚，就会导致气道发生阻塞，呼吸做功增加，引起呼吸肌肉疲劳，最后甚至会导致呼吸衰竭，因此患者需要及时的排出呼吸道中的分泌物。而呼吸道的分泌物能够及时清除的前提主要两点，一是患者具有咳嗽能力，二是分泌物具有流动性。若患者没有咳嗽能力，则不能做功来帮助分泌物的排出。若分泌物不能流动，粘滞在呼吸道上，会导致患者做功不足而无法将分泌物排出。对于这种情况，可以通过叩击背部来引起肺脏的振动，这种振动可以传递到气道、并引起气道分泌物振动，从而增加分泌物的流动性。这样，流动的分泌物会刺激气道粘膜来引起咳嗽反射，从而达到叩击背部诱发咳嗽、清除气道分泌物的目的。目前医院中采用的排痰方式主要是护理人员亲自用手或手持排痰杯来叩击患者的背部。这样会出现拍打时的受力不均匀从而影响了排痰的效果，另外这也极大的提高了护理人员的劳动强度，并且护理人员会因为长时间叩击而产生手部疲劳的现象。因此，一种自动化程度高的排痰装置是现在急需的。现在国内外也出现了比较多的排痰装置。有能够自动产生振动的排痰叩击头，但这样还是需要护理人员手持装置来对患者的背部进行拍打。还有一些扣背拍痰机，将振动头装在辅助背心中来拍打患者的背部，但叩击头只能在固定位置进行拍打，无法实现护理人员从下向上拍打的效果，从而无法给分泌物一个向上的力来帮助患者更加快速的排痰。另外，很多排痰装置都需要患者上下床来完成相应的排痰步骤，但这样会极大的造成患者的不便，尤其是对于行动不便的患者。因此，这类排痰装置的体验较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的问题，并提供一种可控的自动辅助排痰装置及其控制方法。本专利技术可以将装置安装在电动病床的下方，贴合人体的背部，从而使患者能够在床上实现自动排痰，且排痰力度可调。极大的减轻了护士的工作量，并提高了排痰的便捷和效率。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种可控的自动辅助排痰装置，安装在电动病床上，用于辅助病人排痰，包括传感器单元、捶打结构、传动结构和控制器；所述的捶打结构设置在传动结构上；所述的传感器单元用于获取捶打结构在传动结构上的位置以及病人的背部与传动结构的距离，并将这两者信息传递给控制器；所述的传动结构根据控制器实现捶打结构沿背部的直线往复运动轨迹的控制；所述的捶打结构用于对人体背部进行敲击，并根据控制器的指令改变运动状态和捶打力度。进一步的，所述的传动结构包括一根丝杆、前盖、后盖、步进电机、滑块、滑轨；所述丝杆的两端分别支承在前盖和后盖上，步进电机驱动丝杆转动，滑块滑动设置在滑轨上，丝杆穿过滑块，驱动滑块沿滑轨直线滑动，步进电机与控制器电连接。进一步的，所述的捶打结构包括电机后盖、电机前盖、拍打部件、线圈绕组，所述线圈绕组固定在电机后盖中，电机前盖固定在电机后盖上，拍打部件的一端穿过电机前盖后设置在线圈绕组中，实现拍打部件在线圈绕组中上下移动，所述电机后盖固定在滑块上，线圈绕组与控制器电连接。进一步的，所述的拍打部件包括锤头和固定连接在锤头底部的铁芯，所述铁芯设置在线圈绕组中，所述的锤头由硅胶制成，结构成伞状。进一步的，在电机后盖和滑块之间设置海绵片。进一步的，所述的传感器单元包括超声波传感器和压力传感器阵列，超声波传感器的发射器和接收器均安装在滑块上，发射器发射超声波经后盖反射后被接收器接收，从而实时获取滑块与后盖之间的距离；所述压力传感器阵列布置在电动病床的床垫中，控制器根据压力传感器采集到的压力数据来计算得到病人的背部相距后盖的位置。进一步的，所述的前盖上开有用于固定前盖的螺纹孔，所述的后盖上开有用于固定后盖的螺纹孔，前盖和后盖均通过螺钉连接固定在电动病床的背部。进一步的，所述的前盖和所述的后盖会装在整个电动病床的上半部分，所述的前盖安装在底部，所述的后盖安装在顶部。本专利技术的另一目的是提供一种可控的自动辅助排痰装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)启动装置，步进电机通电开始工作，带动滑块从初始位置(病床腰部区域)开始向上运动；同时，线圈绕组通电产生磁场，驱动拍打部件振动，实现拍打；步骤(2)装置运行当中，超声波传感器开始测量滑块到后盖的距离D1，并将其反馈给控制器；同时压力传感器测量得到患者后背顶部到后盖的距离D2，并将其反馈给控制器；控制器根据D1、D2以及前盖和后盖之间的距离D3，来判断滑块是否达到患者后背的顶部位置；当判断未达到患者后背顶部时，滑块继续向上运动，捶打结构继续工作；当判断滑块已达到患者后背顶部时，控制器驱动步进电机进行反转，使滑块向下运动；步骤(3)滑块开始向下运动后，控制器发出指令，消除输送给线圈绕组的电信号，使拍打部件停止工作，从而在滑块向下运动的过程中不再进行拍打；步骤(4)当控制器接收到滑块相对于后盖的距离D1为最大值时，控制器驱动步进电机进行正转，滑块向上运动，同时使线圈绕组开始通电产生磁场，让拍打部件开始振动进行拍打；步骤(5)如此不断循环步骤(2)到步骤(4)步，从而模仿了护理人员不断从下往上拍打的运动轨迹。进一步的，所述的D1和D2通过以下方式获得：(1)滑块到后盖的距离D1：D1＝340*T/2其中340为声音在空气中的速度，单位m/s，T为超声波发射到接受的时间间隔，单位为s；(2)患者后背顶部到后盖的距离D2：压力传感器所受到的压力与产生的电流成线性关系，故可通过测量产生的电流i来获得相应的压力p，设压力传感器的测量范围为pA～pB，单位pa；与之对应的电流为iA～iB，单位A；故可以得到压力值为：将所有压力传感器按照矩阵的方式分布在床垫中，设每行压力传感器之间的间隔为dm，一共有m行压力传感器。每行中有n个压力传感器，从而将n个传感器测得的压力值相加，找到其中最小的一行：由此可以得到颈部所在的行数为i行，从而大致估计出背部上部所在行为i+1，可以得到背部顶部与床顶部的距离D2：D2＝(i+1)*d。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过传动结构和捶打结构的共同作用，实现了在两个自由度上的捶打。并利用传感器获得的数据，实时控制步进电机和捶打电机的开闭，从而成功模仿了护理人员排痰过程中从下到上的拍打轨迹，从而能够保证分泌物能够有效的排出，提高排痰的效率。(2)本专利技术能够安装到电动病床的背部区域，从而当病床让人坐起来的时候，可以直接对患者进行排痰操作，而无需病人下床到指定位置进行排痰再上床，极大的减少了患者的运动，使不便运动的患者能够轻松的实现排痰。此外，护理人员也无需手持叩击头进行扣背操作，大大的减轻了护理人员的劳动强度。(3)本专利技术能够同时通过遥控器和电脑进行控制，因此患者可以再自己想排痰的时候通过操控遥控器来实现排痰，提高了排痰的及时性。护理人员也可以通过电脑远程控制排痰，提高了排痰的便捷性和效率。(4)本专利技术能够通过控制器来控制传动结构的运行速度，还能通过捶打结构的振动频率来调节扣背的力度，从而能够针对不同承受能力的患者给予不同的力度进行扣背，从而能够面向更多的患者，提高了患者的体验度。附图说明图1为本专利技术实施例的整体结构图；图2为本专利技术实施例的捶打装置的结构图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可控的自动辅助排痰装置，安装在电动病床上，用于辅助病人排痰，其特征在于：包括传感器单元、捶打结构、传动结构和控制器；所述的捶打结构设置在传动结构上；所述的传感器单元用于获取捶打结构在传动结构上的位置以及病人的背部与传动结构的距离，并将这两者信息传递给控制器；所述的传动结构根据控制器实现捶打结构沿背部的直线往复运动轨迹的控制；所述的捶打结构用于对人体背部进行敲击，并根据控制器的指令改变运动状态和捶打力度。

【技术特征摘要】
1.一种可控的自动辅助排痰装置，安装在电动病床上，用于辅助病人排痰，其特征在于：包括传感器单元、捶打结构、传动结构和控制器；所述的捶打结构设置在传动结构上；所述的传感器单元用于获取捶打结构在传动结构上的位置以及病人的背部与传动结构的距离，并将这两者信息传递给控制器；所述的传动结构根据控制器实现捶打结构沿背部的直线往复运动轨迹的控制；所述的捶打结构用于对人体背部进行敲击，并根据控制器的指令改变运动状态和捶打力度。2.根据权利要求1所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的传动结构包括一根丝杆、前盖、后盖、步进电机、滑块、滑轨；所述丝杆的两端分别支承在前盖和后盖上，步进电机驱动丝杆转动，滑块滑动设置在滑轨上，丝杆穿过滑块，驱动滑块沿滑轨直线滑动，步进电机与控制器电连接。3.根据权利要求2所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的捶打结构包括电机后盖、电机前盖、拍打部件、线圈绕组，所述线圈绕组固定在电机后盖中，电机前盖固定在电机后盖上，拍打部件的一端穿过电机前盖后设置在线圈绕组中，实现拍打部件在线圈绕组中上下移动，所述电机后盖固定在滑块上，线圈绕组与控制器电连接。4.根据权利要求3所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的拍打部件包括锤头和固定连接在锤头底部的铁芯，所述铁芯设置在线圈绕组中，所述的锤头由硅胶制成，结构成伞状。5.根据权利要求4所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：在电机后盖和滑块之间设置海绵片。6.根据权利要求5所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的传感器单元包括超声波传感器和压力传感器阵列，超声波传感器的发射器和接收器均安装在滑块上，发射器发射超声波经后盖反射后被接收器接收，从而实时获取滑块与后盖之间的距离；所述压力传感器阵列布置在电动病床的床垫中，控制器根据压力传感器采集到的压力数据来计算得到病人的背部相距后盖的位置。7.根据权利要求6所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的前盖上开有用于固定前盖的螺纹孔，所述的后盖上开有用于固定后盖的螺纹孔，前盖和后盖均通过螺钉连接固定在电动病床的背部。8.根据权利要求7所述的可控的自动辅助排痰装置，其特征在于：所述的前盖和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，林鹏翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33