Robotic Ventilator
1.0.0
Olá,
Com pessoas-chave em design de robótica e desenvolvimento de software, um MD e um estudante de MD, decidimos trabalhar em um ventilador desde a crise Covid-19.
Como trabalhamos juntos em vários projetos robóticos indutriais, chamamos de equipe de repirador robótico.
Também participamos do https://www.agorize.com/en/challenges/code-life-clallenge?lang=en como equipe robótica. Este foi um desafio para projetar um ventilador em alguns dias.
Depois de poucas idéias, decidimos que usamos um ventilador manual existente, AMBU (consulte o site) e controlar o fluxo usando um motor de passo para controlar com precisão o fluxo de ar, volume, cilto por minuto. O design pode ser adaptado ao ventilador manual compatível com AMBU semelhante para "automatizar" o processo de ventilação.
Agradecemos a Paulo Arruda e Patrick Schmitt por "trabalharam" tarde da noite para debater essa idéia / conceito.
Infelizmente, não podíamos fazer com que todas as peças tivessem um protótipo de funcionamento de acordo com 31 de março de 2020, por isso decidimos compartilhar abertamente nossa ideia para que possamos continuar a construir e melhorar a comunidade.
A loja fechou a Aroud US (Montreal, Canadá), e a entrega estava saindo do alcance para que tenhamos um protótipo para o dia 31 de março de 2020.
Portanto, sinta -se à vontade para se inspirar nesta proposta e não hesite em melhorar.
Não hesite em entrar em contato conosco por e -mail para obter perguntas específicas.
A especificação é o seguinte:
Controle de pressão até 40 cmh2o, pressão de expiração até 25 cmh2o
Taxa de respiração de 6 a 40 respiração por minuto
Tempo de inspiração ajustável I: e ração
FIO2 de 21 a 100 % em aumento de 10 %
Gatilho de tempo e / ou paciente
Conecte -se à máscara padrão
Circuito duplo com válvula não regressiva (paciente y)
umidade e temperatura não controladas em nosso design
O2 Leia não em nosso design
O sensor de O2 é muito caro e "impossível de encontrar" @ final de março de 2020
Conceito 1: ml, f e i: e ajuste via software, válvula mecânica Peep
Conceito 1A: ML, F e I: E Ajuste via software, válvula mecânica PEEP, ajuste de O2 com base no modelo com base no ML/F para ajustar o volume de O2. (Hospital tem válvula para ajustar o fluxo)
Conceito 2: ML, F e I: E Ajuste via software, válvula mecânica PEEP, mas ajuste de O2 via software usando eletrovalve que será pulsado com base no PWM na relação RO Mix Order RO / O2.
Conceito 3: ML, F e I: E Ajuste via software, válvula mecânica PEEP, mas ajuste de O2 via software usando eletrovalve que será pulsado com base no PWM na relação RO da Order RO Mix / O2 e a ajuste de espalhamento em uma câmara de escape com base na válvula solenóide para escapar. É claro que a Válvula de Segurança precisa ser implementada.
Consulte o documento PDF para obter um conceito de alto nível.
As peças 3D completas e montagem estão disponíveis na pasta específica. O clone AMBU diferente pode ter dimentões diferentes, mas nossa intenção é projetar as garras de tal maneira que se encaixará nos diferentes modelos destinados a apoiar adultos. Foi projetado com SolidWorks.
Você pode baixar um visualizador gratuito, Edrawing para ver o design.
O visualizador gratuito permitirá que você oculte peças (como a capa) ou faça algumas peças transparentes e, é claro, amplie, gire e navegassem básicas em torno do projeto mecânico.
Abra o arquivo automático do Ambu Atuator System.SlDasm para ver a montagem.
Peças:
Todas as peças que começam com um número são https://www.mcmaster.com/ partes. Você pode meter peças diretamente deles ou encontrar peças equivalentes.
Parte 3D Imprimida Iniciar com um 3D-XXXX. Temos acesso a uma impressora 3D usando plástico Onyx.
O componente principal é o motor de passo de https://www.pololu.com/product/2689, este é fornecido com o parafuso (selecionado no design por velocidade do motivo da entrega), mas você pode comprar o mesmo motor e adaptar seu próprio parafuso com este motor https://www.pololu.com/product/227
O motor é dimensionado para 60 respiração por minuto, consulte o cálculo se destacando para dimensionar.
O eletrônico foi projetado para ter um microprocessador principal, baseado em arduino ou partícula.io.
O Arduino está bem disponível, mas a placa de partículas tem a capacidade de atualizar remotamente. (uma vantagem durante o desenvolvimento, mas um risco uma vez executado com paciente real).
O Arduino selecionado foi https://www.pololu.com/product/2188
A placa de microprocessador aciona um driver de motor de passo 4988 https://www.pololu.com/product/1182 que é controlado por 2 pinos, direção e pulso para "velocidade". Esse pulso precisa ser gerenciado para atingir a velocidade de configuração da equipe Medic e também pode ser gerenciada para ter uma curva "S" para inspiração e expiração.
Obviamente, o motor de passo precisa ter um "zero" que isso possa ser alcançado "retornando" o motor a zero e tê -lo "mecanicamente" parado ou adicionando um sensor para a posição zero e monitore essa posição "zero" para cada pressão positiva ao paciente. A flexibilidade só pode ser alcançada usando um motor de passo.
Para melhorar um pouco mais o sistema e, para configurar a pressão, queríamos usar o monitor de pressão atmosférica com base no Bosch 280 https://www.adafruit.com/product/2652. Isso nos permitirá comparar a pressão ambigente com a pressão para escapar e gerenciar o motor de passo de acordo, usando um loop PID. (Além disso, com o desvio para garantir a configuração mínima da respiração pelos DRS)
Esses sensores teriam sido usados na saída da AMBU, o retorno do paciente para monitorar a pressão de peep (de 5 a 20 como pressão de peep padrão), mesmo se quiséssemos usar a válvula de peep existente da AMBU.
Esse sensor de pressão também foi usado para monitorar a respiração do paciente, a fim de fazer "ventilação assistida" e, é claro, ter um software para garantir a respiração mínima por minuto conforme o ventilador padrão.
O precison esperado usando o sensor de atmosférico Bosch 280 foi, com base na posição na curva, de 5 a 10 %, essa foi a faixa de precisão aceitável para o desafio.
Quando conseguirmos todos os sensores, também testaremos e validaremos a teoria.
Fora, é claro, esses sensores não atendem ao requisito de "limpeza", mas isso pode ser alterado, e nós os montaremos em um pequeno chanber remoto conectado às principais "câmaras" para evitar a contaminação, mas isso não é o ideal.
É claro que precisamos ter um fornecimento de energia 120-240 a 12 volts, um carregador de bateria para carregar uma bateria e manter a eletricidade por 3 horas conforme os requisitos, mas isso é mais "fora do equipamento de prateleira".
Precisamos finalizar o consumo elétrico para dimensionar a bateria.
Devemos também adicionar luz LED e campainha brilhante à equipe médica de "alarme".
Novamente, isso é considerado equipamento padrão, de múltiplos fornecedores e não concentramos esses pontos.
Para ter uma experiência do usuário, a interface do usuário capaz de replicar o que a equipe médica é usada, selecionamos 2 opções.
1 - Usando uma tela de toque de 7,00 polegadas 2 - usando uma tela de toque menor de 3,2 polegadas para economizar custos e ter mais disponibilidade
A tela 7.00 é https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactil-7-nextion-hmi.html da Nextion
A tela 3.20 é https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactil-hmi-32-nextion.html também da Nextion
Este sistema é para o Rapid DeveolPement e fornece um Intreface "HMI" gratuito, e também todo o código para interface com Arduino e outra placa de microprocessador.
Você pode baixar o software para criar HMI da Nextion em https://nextion.tech/
Há também uma versão mais barata da China, mas não está disponível fora da China.
A tela de 7,00 polegadas é capaz de desenhar curva, para que possamos replicar a interface do usuário usada no ventilador real.
O conceito final, incluindo uma caixa complexa e suporte para a tela LCD do HMI, não está finalizado e precisa ser concluído.
Essa não foi a nossa principal prioridade e é "fácil" de fazer assim que todos os testes forem feitos.
O software WA em algumas etapas, é claro que começamos com um POC, prova de conceito e evoluímos para uma pré-relações.
POC: Motor de controle com base no volume "parâmetro do console" é controlado pelo servo
Etapa 01: verifique se o sensor "zero" está ativado e crie alarme
Etapa 02: Alterar o ciclo por minuto com base no parâmetro "do console:
Etapa 03: Razão de mudança, empurre, libere ar (proporção 1/4 para 3/4) com base no parâmetro FOM Console
Etapa 04: Leia a pressão de múltiplos sensores e determine a pressão de 0 a - 60 mm
Etapa 05: Adicione o loop de controle PID com base no sensor de pressão
Etapa 06: Adicione alarme para vários alarmes conforme a especificação
Etapa 07: Inicie a tela HMI com +/- para fio2 vt f Ration
Etapa 08: Funções de teste e integração de HMI
Etapa 09: Procedimento de calibração para inserir dados via HMI
Etapa 10: queimar e validação da durabilidade da Ambu.
PrereLease assim que todas as etapas estiverem feitas e rodando 24 horas por dia, 7 dias por semana.
A calibração deve ser executada usando o https://www.mcmaster.com/4125k21 leitura de pressão. A calibração seria feita e inserida via HMI antes do envio.
Obviamente, um método de calibração usando "tubo de água" para medir a pressão também deve ser fornecido para permitir a calibração usando o equipamento "básico".
O procedimento de limpeza é baseado no procedimento AMBU. Se o sensor usado para a pressão atmosférica, a limpeza de que a limpeza considera "substituir o sensor", pois o custo é baixo, principalmente se o fornecimento de sensor direto em alto volume de Bosch ou fornecedor -chave.
Se você estiver interstocado desse conceito usando motor de passo, PID, HMI, não hesite em entrar em contato conosco.
Ainda estamos continuando em frente, mesmo que a linha morta de 31 de março esteja ... morta.
