Robotic Ventilator
1.0.0
สวัสดี,
ด้วยคนสำคัญในการออกแบบหุ่นยนต์และการพัฒนาซอฟต์แวร์ MD และนักเรียน MD เราตัดสินใจที่จะทำงานกับเครื่องช่วยหายใจตั้งแต่วิกฤต Covid-19
เนื่องจากเราทำงานร่วมกันในโครงการหุ่นยนต์หลายแห่งเราจึงเรียกมันว่าทีมผู้ทำลายหุ่นยนต์
นอกจากนี้เรายังเข้าร่วม https://www.agorize.com/en/challenges/code-life-challenge?lang=en เป็นทีมหุ่นยนต์ นี่เป็นความท้าทายในการออกแบบเครื่องช่วยหายใจในอีกไม่กี่วัน
หลังจากความคิดเพียงไม่กี่เราตัดสินใจว่า TU ใช้เครื่องช่วยหายใจด้วยตนเองที่มีอยู่ Ambu (ดูเว็บไซต์) และควบคุมการไหลโดยใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์เพื่อควบคุมการไหลของอากาศปริมาตร cylce ต่อนาที การออกแบบสามารถปรับให้เข้ากับเครื่องช่วยหายใจที่เข้ากันได้กับ Ambu ที่คล้ายกันเพื่อ "ทำให้กระบวนการระบายอากาศเป็นไปโดยอัตโนมัติ
ขอบคุณ Paulo Arruda และ Patrick Schmitt ที่มี "ทำงาน" บางช่วงดึกในการระดมสมองความคิด / แนวคิดนี้
น่าเสียดายที่เราไม่สามารถให้ทุกส่วนมีต้นแบบการทำงานได้ตามวันที่ 31 มีนาคม 2563 ดังนั้นเราจึงตัดสินใจแบ่งปันความคิดของเราอย่างเปิดเผยเพื่อให้เราสามารถสร้างและปรับปรุงทั่วชุมชนต่อไป
ร้านค้าปิด AROUD US (มอนทรีออลแคนาดา) และการส่งมอบก็กระโดดออกจากระยะไกลเพื่อให้เรามีต้นแบบสำหรับวันที่ 31 มีนาคม 2563
ดังนั้นโปรดอย่าลังเลที่จะได้รับแรงบันดาลใจจากข้อเสนอนี้และอย่าลังเลที่จะปรับปรุง
อย่าลังเลที่จะติดต่อเราทางอีเมลสำหรับคำถามเฉพาะใด ๆ
ข้อมูลจำเพาะคือความเป็นคน:
การควบคุมความดันสูงถึง 40 CMH2O ความดันหมดอายุสูงถึง 25 CMH2O
อัตราส่วนการหายใจจาก 6 ถึง 40 ลมหายใจต่อนาที
Time Inspiratiory ที่ปรับได้ฉัน: E การปันส่วน
FiO2 จาก 21 เป็น 100 % ในการเพิ่มขึ้น 10 %
เวลาทริกเกอร์และหรือผู้ป่วย
เชื่อมต่อกับหน้ากากมาตรฐาน
วงจรคู่ที่มีวาล์วที่ไม่ได้กลับมาใหม่ (ผู้ป่วย Y)
ความชื้นและอุณหภูมิไม่ได้ควบคุมในการออกแบบของเรา
O2 อ่านไม่ได้อยู่ในการออกแบบของเรา
เซ็นเซอร์ O2 มีราคาแพงมากและ "เป็นไปไม่ได้ที่จะหา" @ สิ้นเดือนมีนาคม 2563
แนวคิดที่ 1: ML, F และ I: E การปรับผ่านซอฟต์แวร์, PEEP Mechanical Valve
แนวคิด 1A: ML, F และ I: E การปรับผ่านซอฟต์แวร์, วาล์วเครื่องกล PEEP, การปรับ O2 ตามเทมเพลตตาม ML/F เพื่อปรับระดับเสียง O2 (โรงพยาบาลมีวาล์วเพื่อปรับการไหล)
แนวคิดที่ 2: ML, F และ I: E การปรับผ่านซอฟต์แวร์, PEEP Mechanical Valve, แต่การปรับ O2 ผ่านซอฟต์แวร์โดยใช้ ElectrovalVe ที่จะถูกพัลส์ขึ้นอยู่กับ PWM ตามอัตราส่วน RO Mix Air / O2
แนวคิดที่ 3: ML, F และ I: E การปรับผ่านซอฟต์แวร์, PEEP Mechanical Valve, แต่การปรับ O2 ผ่านซอฟต์แวร์โดยใช้ Electrovalve ที่จะถูกพัลส์ขึ้นอยู่กับ PWM ตามอัตราส่วน RO Mix Air / O2 และการปรับ Peep บนห้องไอเสีย จำเป็นต้องมีการใช้วาล์วความปลอดภัย
โปรดดูเอกสาร PDF สำหรับแนวคิดระดับสูง
ชิ้นส่วน 3D และชุดประกอบที่สมบูรณ์มีอยู่ในโฟลเดอร์เฉพาะ โคลนนิ่ง Ambu ที่แตกต่างกันอาจมีความแตกต่างกัน แต่ความตั้งใจของเราคือการออกแบบกรงเล็บในลักษณะที่มันจะพอดีกับรุ่นที่แตกต่างกันเพื่อสนับสนุนผู้ใหญ่ มันถูกออกแบบมาพร้อมกับ SolidWorks
คุณสามารถดาวน์โหลดผู้ชมฟรีเพื่อดูการออกแบบ
ผู้ชมฟรีจะช่วยให้คุณซ่อนชิ้นส่วน (เช่นปก) หรือทำให้บางส่วนโปร่งใสและแน่นอนว่าการซูมเข้าหมุนและนำทางขั้นพื้นฐานรอบ ๆ การออกแบบเชิงกล
กรุณาเปิดไฟล์ Actuator Actuator Automatic Actuator.sldasm เพื่อดูแอสเซมบลี
ส่วน:
ชิ้นส่วนทั้งหมดเริ่มต้นด้วยตัวเลขคือ https://www.mcmaster.com/ ชิ้นส่วน คุณสามารถใช้ชิ้นส่วนได้โดยตรงจากพวกเขาหรือค้นหาชิ้นส่วนที่เทียบเท่า
ส่วนที่ 3D พิมพ์เริ่มต้นด้วย 3D-XXXX เราสามารถเข้าถึงเครื่องพิมพ์ 3D โดยใช้พลาสติกนิล
องค์ประกอบหลักคือมอเตอร์สเต็ปเปอร์จาก https://www.pololu.com/product/2689 อันนี้มาพร้อมกับสกรู (เลือกในการออกแบบด้วยเหตุผลการจัดส่ง) แต่คุณสามารถซื้อมอเตอร์เดียวกันและปรับสกรูของคุณเองด้วยมอเตอร์ https://ww.pololu.com/product
มอเตอร์มีขนาด 60 การหายใจต่อนาทีดูการคำนวณ Excel สำหรับการปรับขนาด
อิเล็กทรอนิกส์ได้รับการออกแบบให้มีไมโครโปรเซสเซอร์หลักขึ้นอยู่กับ Arduino หรือ Particle.io
Arduino มีให้เลือกอย่างดี แต่บอร์ดอนุภาคมีความสามารถในการอัปเดตจากระยะไกล (บวกระหว่างการพัฒนา แต่ความเสี่ยงเมื่อทำงานกับผู้ป่วยจริง)
Arduino ที่เลือกคือ https://www.pololu.com/product/2188
บอร์ดไมโครโปรเซสเซอร์ขับเคลื่อนไดร์เวอร์มอเตอร์ 4988 สเต็ปเปอร์ https://www.pololu.com/product/1182 ที่ควบคุม usind 2 พินทิศทางและชีพจรสำหรับ "ความเร็ว" ชีพจรนี้จำเป็นต้องได้รับการจัดการเพื่อให้ได้ความเร็วในการตั้งค่าจากทีมแพทย์และยังสามารถจัดการเพื่อให้มีเส้นโค้ง "S" สำหรับแรงบันดาลใจและการหมดอายุ
แน่นอนว่าสเต็ปเปอร์มอเตอร์จำเป็นต้องมี "ศูนย์" ซึ่งสามารถทำได้โดย "ส่งคืน" มอเตอร์เป็นศูนย์และมี "กลไก" หยุดหรือเพิ่มเซ็นเซอร์สำหรับตำแหน่งศูนย์และตรวจสอบตำแหน่งนี้ "ศูนย์" สำหรับความดันบวกแต่ละคน ความยืดหยุ่นสามารถทำได้โดยใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์เท่านั้น
เพื่อปรับปรุงระบบเพิ่มเติมเล็กน้อยและเพื่อให้มีการตั้งค่าความดันเราต้องการใช้การตรวจสอบความดัน athmospheric ตาม Bosch 280 https://www.adafruit.com/product/2652 สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถเปรียบเทียบความดัน Ambiant กับแรงดันกับไอเสีย Ambu และจัดการมอเตอร์ Stepper ตามนั้นโดยใช้ลูป PID (นอกจากนี้ด้วยบายพาสเพื่อให้แน่ใจว่าการตั้งค่าการหายใจขั้นต่ำโดย DRS)
เซ็นเซอร์เหล่านี้จะใช้ในการส่งออกของ Ambu การกลับมาจากผู้ป่วยเพื่อตรวจสอบความดัน PEEP (จาก 5 ถึง 20 เป็นความดัน PEEP มาตรฐาน) แม้ว่าเราต้องการใช้วาล์ว PEEP ที่มีอยู่จาก Ambu
เซ็นเซอร์ความดันนี้ยังใช้ในการตรวจสอบการหายใจของผู้ป่วยเพื่อที่จะทำ "ช่วยหายใจ" และแน่นอนว่ามีซอฟต์แวร์เพื่อให้แน่ใจว่าการหายใจขั้นต่ำต่อนาทีตามเครื่องช่วยหายใจมาตรฐาน
precison ที่คาดว่าจะใช้เซ็นเซอร์ Athmospherique Bosch 280 ขึ้นอยู่กับตำแหน่งในเส้นโค้งจาก 5 ถึง 10 %ซึ่งเป็นช่วงความแม่นยำที่ยอมรับได้สำหรับความท้าทาย
เมื่อเราจะได้รับเซ็นเซอร์ทั้งหมดเราจะทดสอบและตรวจสอบทฤษฎี
นอกหลักสูตรเซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด "การทำความสะอาด" แต่สิ่งนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้และเราจะติดตั้งพวกเขาใน Chanber ขนาดเล็กระยะไกลที่เชื่อมต่อกับ "ห้อง" หลักเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อน แต่ไม่เหมาะ
แน่นอนว่าเราต้องมีการจ่ายพลังงาน 120-240 ถึง 12 โวลต์ซึ่งเป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่เพื่อชาร์จแบตเตอรี่และเก็บกระแสไฟฟ้าเป็นเวลา 3 ชั่วโมงตามความต้องการ แต่นี่คืออุปกรณ์ที่มากขึ้น
เราจำเป็นต้องสรุปการใช้ไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ขนาด
เราควรเพิ่มไฟ LED ที่สว่างและออดให้กับทีมแพทย์ "Alarm"
อีกครั้งนี้ถือเป็นอุปกรณ์มาตรฐานจากผู้ขายหลายรายและเราไม่ได้รวมคะแนนวิทยานิพนธ์
หากต้องการมีประสบการณ์ผู้ใช้ส่วนต่อประสานผู้ใช้สามารถทำซ้ำสิ่งที่ทีมแพทย์ใช้เราเลือก 2 ตัวเลือก
1 - ใช้หน้าจอสัมผัสขนาด 7.00 นิ้ว 2 - ใช้หน้าจอสัมผัสขนาดเล็กขนาด 3.2 นิ้วเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายและมีความพร้อมใช้งานมากขึ้น
หน้าจอ 7.00 คือ https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-7-nextion-hmi.html จาก nextion
หน้าจอ 3.20 คือ https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-hmi-32-nextion.html จาก nextion
ระบบนี้มีไว้สำหรับ deveeolpement อย่างรวดเร็วและให้บริการ "HMI" ฟรีและรหัสทั้งหมดเพื่อเชื่อมต่อกับ Arduino และบอร์ดไมโครโปรเซสเซอร์อื่น ๆ
คุณสามารถดาวน์โหลดซอฟต์แวร์เพื่อออกแบบ HMI จาก Nextion ได้ที่ https://nextion.tech/
นอกจากนี้ยังมีรุ่นที่ถูกกว่าจากประเทศจีน แต่ไม่สามารถใช้ได้นอกประเทศจีน
หน้าจอ 7.00 นิ้วสามารถวาดเส้นโค้งได้ดังนั้นเราจะสามารถทำซ้ำ UI ที่ใช้ในเครื่องช่วยหายใจจริง
แนวคิดสุดท้ายรวมถึงกล่องที่ซับซ้อนและการสนับสนุนสำหรับหน้าจอ HMI LCD ไม่ได้รับการสรุปและต้องเสร็จสิ้น
นี่ไม่ใช่ความสำคัญสูงสุดของเราและเป็น "ง่าย" ที่จะทำเมื่อทำการทดสอบทั้งหมด
ซอฟต์แวร์ WA ในไม่กี่ขั้นตอนแน่นอนว่าเราเริ่มต้นด้วย POC หลักฐานของแนวคิดและพัฒนาไปยัง Pre-Releae
POC: มอเตอร์ควบคุมตามปริมาณ "พารามิเตอร์จากคอนโซล" ควบคุมโดยเซอร์โว
ขั้นตอนที่ 01: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซ็นเซอร์ "ศูนย์" เปิดใช้งานและสร้างการเตือนภัย
ขั้นตอนที่ 02: เปลี่ยนรอบต่อนาทีตาม "พารามิเตอร์จากคอนโซล:
ขั้นตอนที่ 03: การเปลี่ยนอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง, ปล่อยอากาศ (อัตราส่วน 1/4 ถึง 3/4) ตามพารามิเตอร์คอนโซล FOM
ขั้นตอนที่ 04: อ่านความดันจากเซ็นเซอร์หลายตัวและกำหนดความดันจาก 0 - ถึง - 60 มม.
ขั้นตอนที่ 05: เพิ่มลูปควบคุม PID ตามเซ็นเซอร์ความดัน
ขั้นตอนที่ 06: เพิ่มสัญญาณเตือนสำหรับการเตือนหลายครั้งตามข้อกำหนด
ขั้นตอนที่ 07: เริ่มหน้าจอ HMI ด้วย +/- สำหรับการปันส่วน fiO2 vt f
ขั้นตอนที่ 08: ฟังก์ชั่นทดสอบและการรวม HMI
ขั้นตอนที่ 09: ขั้นตอนการสอบเทียบเพื่อป้อนข้อมูลผ่าน HMI
ขั้นตอนที่ 10: การเผาไหม้และการตรวจสอบความทนทานของ Ambu
PRERELEASE เมื่อทุกขั้นตอนเสร็จสิ้นและดำเนินการ 24/7
การสอบเทียบจะต้องดำเนินการโดยใช้ https://www.mcmaster.com/4125K21 การอ่านค่าความดัน การสอบเทียบจะทำและป้อนผ่าน HMI ก่อนจัดส่ง
แน่นอนว่าควรมีวิธีการสอบเทียบโดยใช้ "ท่อน้ำ" เพื่อวัดความดันเพื่อให้สามารถปรับเทียบได้โดยใช้อุปกรณ์ "พื้นฐาน"
ขั้นตอนการทำความสะอาดขึ้นอยู่กับขั้นตอน AMBU หากเซ็นเซอร์ที่ใช้สำหรับความดัน athmospheric การทำความสะอาด Shoud ให้พิจารณา "การเปลี่ยนเซ็นเซอร์" เนื่องจากค่าใช้จ่ายต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการจัดหาเซ็นเซอร์โดยตรงในปริมาณสูงจาก BOSCH หรือซัพพลายเออร์คีย์
หากคุณถูกรบกวนด้วยแนวคิดนี้โดยใช้ Stepper Motor, PID, HMI โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา
เรายังคงดำเนินต่อไปต่อไปแม้ว่า 31 มีนาคมจะตายไปแล้ว .... ตาย
