一种全自动送氧机器人上氧方法及系统与流程

本发明涉及急救领域，特别是一种全自动送氧机器人上氧方法及系统。

背景技术

现目前，独自在家的患有高血压、心脏病等慢性病患的病人越来越多，当这些病人出现意外却无人发现并抢救的时候会发生非常严重的后果，尤其是发病引发呼吸困难、昏迷等症状的人群，如果不能及时给氧，就可能有生命危险。

但是，现目前的处理方式是在家里准备备用的氧气袋或氧气瓶，当出现意外的时候及时给氧，然而这种氧气袋或者氧气瓶需要看护人员帮助，或者在病人情况不严重、自己还能动的情况下才能使用，当看护人员未能及时发现病人的危急情况，而病人又不能自主操作时，备用的氧气袋或者氧气瓶就失去了作用。

因此，设计一种能够实时监测病人健康状况，在突发情况下能够自动给氧的装置，对于病人来说显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种全自动送氧机器人上氧方法及系统。本发明具有能够实时监测人体健康状况，在突发情况下能够自动给氧的特点；此外，本发明还具有无损人体健康，定位准确，急救效率高，救助应用灵活的特点。

本发明的技术方案：一种全自动送氧机器人上氧方法：将uwb标签和mems倾角计配套佩戴于人体额头；将可穿戴监测设备穿戴在病人身上，实时监测生理特征，并将监测到的生理特征数据发送给上位机进行实时分析，分析出数据异常时，上位机向可穿戴监测设备发出急救确认信号，可穿戴监测设备反馈确认急救或上位机在预设时间内未收到反馈时，上位机经wifi网络对人体位置初定位，同时将初定位信息发送到移动上氧机器人的mcu控制中心；mcu控制中心将初定位信息发送给导航模块，并根据初定位信息控制移动轮式行走机构移动到初定位信息的定位位置；

初定位完成后，上氧机器人的uwb基站移动至空间不同位置点读取位于人体的uwb标签数据，再将uwb标签数据传到mcu控制中心运算，完成uwb定位；uwb定位完成后结合上氧机器人机械臂上的超声波传感器进行超声波测距定位，定位到人体面部大致位置；

将所述的人体面部大致位置的信息送至mcu控制中心，mcu控制中心控制机械臂将位于其上的双目摄像头和氧气面罩送至人体面部大致位置正前方，双目摄像头拍摄人脸位置图片，将图片传输给mcu控制中心分析，定位出真实鼻孔位置；

计算已送达的氧气面罩位置和真实鼻孔位置之间倾角和距离，调整氧气面罩倾角后，机械臂驱动氧气面罩逐步靠近面部，在靠近过程中，再由机械臂末端的超声波传感器做超声波雷达测距报警；当氧气面罩贴合到人脸上，位于氧气面罩上的接触觉传感器报警，机械臂停止动作，电磁阀打开实现供氧。

前述的全自动送氧机器人上氧方法中，所述的uwb定位，按下述步骤完成，位于空间三个或三个以上位置点的uwb基站，读取佩戴于人体的uwb标签进行三维定位计算；驱动移动轮式行走机构朝定位得到的uwb标签的位置移动，uwb基站于各位置点读取uwb标签，结合rssi信号测量法，校准uwb标签的三维空间位置，重复多次后校准uwb标签位置，进而将uwb标签位置加上偏移量，计算得到人体面部大致位置。

前述的全自动送氧机器人上氧方法中，所述的可穿戴监测设备反馈确认急救或上位机在预设时间内未收到反馈时，上位机同时启动警报系统向外界发送急救信号。

前述的全自动送氧机器人用的系统，包括佩戴于人体的uwb标签、mems倾角计和佩戴于人体身上的可穿戴监测设备，可穿戴监测设备经wifi网络与上位机无线连接，上位机再经wifi网络与移动上氧机器人无线连接；所述的移动上氧机器人包括机身主体，机身主体内部设有供氧组件，机身主体上部设有导航模块，机身主体底部设有移动轮式行走机构，机身主体上还设有机械臂，机械臂的末端执行器分别用杆件连接有uwb基站、氧气面罩、超声波传感器和双目摄像头；机械臂的末段处设置温度和烟雾传感器；所述的供氧组件经电磁阀与氧气面罩连接，氧气面罩边缘设有接触觉传感器；所述的导航模块、移动轮式行走机构、uwb基站、机械臂、超声波传感器、双目摄像头、接触觉传感器、温度和烟雾传感器和电磁阀均与mcu控制中心连接，mcu控制中心经wifi网络与上位机无线连接，上位机与警报系统连接。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的移动轮式行走机构上还设有避障模块。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的导航模块为slam激光雷达自主导航系统。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的供氧组件为氧气瓶或氧气包。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的供氧组件外部设置有安全帽、减压阀、防震圈、绝缘层。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的uwb基站，是连接于机械臂末端的一个uwb基站；或是连接于机械臂末端的三个或三个以上的uwb基站；所述三个或三个以上的uwb基站分别用不同机械臂连接，或在同一机械臂末端设立三角形或多边形活动导轨支架连接，用导轨可推动uwb基站移动。

前述的全自动送氧机器人用的系统中，所述的uwb基站均与一个自由度的可旋转的关节连接。

本发明的有益效果：本发明将uwb标签和mems倾角计配套佩戴于人体额头；将可穿戴监测设备佩戴于人体，可穿戴监测设备经wifi网络与上位机无线连接，上位机再经wifi网络与移动上氧机器人的mcu控制中心无线连接；可穿戴监测设备将监测数据发送给上位机进行实时分析，当监测到人体发生意外情况时(如出现心率异常等意外情况)，上位机发送急救确认信号给可穿戴监测设备进行确认，当上位机收到反馈确认急救或上位机在预设时间内未收到反馈时，上位机向外界发出警告，同时上位机通过wifi网络对人体位置进行初定位，并将初定位信息发送到导航模块，移动轮式行走机构根据初定位信息移动到初wifi定位点；将uwb基站送至空间不同位置点，于不同位置点读取uwb标签，进行uwb标签三维位置定位，之后再通过超声波传感器定位，结合uwb定位和超声波传感器定位得出人体面部大致位置；之后机械臂将双目摄像头和氧气面罩送至人体面部大致位置正前方处，拍摄图像传给mcu控制中心、启动机器视觉程序，结合mems倾角计测量得到的倾角数据，计算判断已送达的氧气面罩位置和真实鼻孔位置之间倾角和距离，调整氧气面罩倾角后，将氧气面罩吻合在人体面部上，此时测量环境条件，确定可安全放氧后，电磁阀打开即能实现供氧；通过上述结构，实现了无人看护意外情况发生时的自动供氧，且本发明通过wifi网络初定位，uwb定位结合超声定位，机器视觉结合倾角计定位三个步骤，能够将氧气面罩精确地贴合于人面上；该结构不仅能够实现精确的给氧定位，且三个步骤的定位更加安全可靠和无损人体健康。

本发明还将上位机与警报系统连接；通过该结构，能够在进行急救的同时，上位机通过警报系统向外界发送急救信号，及时联系急救中心进行急救，进而提高急救效率，增加患者急救的成功率。

本发明在急救给氧前，上位机首先要向可穿戴监测设备询问是否急救，通过可穿戴监测设备的应答，告知移动上氧机器人是否采取急救，避免在没有急救需要的情况下发起急救，具有使用灵活的特点。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的系统使用前系统初始化时三维建模的流程图；

图3是本发明的结构示意图。

附图标记说明

1-uwb标签，2-可穿戴监测设备，3-警报系统，4-上位机，5-移动上氧机器人，6-机身主体，7-供氧组件，8-导航模块，9-移动轮式行走机构，10-uwb基站，11-机械臂，12-氧气面罩，13-超声波传感器，14-双目摄像头，15-电磁阀，16-mcu控制中心，17-避障模块。18-锂电充电电池，19-接触觉传感器，20-温度和烟雾传感器。

具体实施方式

下面结合工作原理、流程图、附图对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种全自动送氧机器人上氧方法，流程如图1所示，将uwb标签和mems倾角计配套佩戴于人体额头；将可穿戴监测设备2穿戴在病人身上，实时监测其生理特征，生理特征如心率、血压、血氧、脉搏等，并将监测到的生理特征数据发送给上位机4进行实时分析，分析出数据异常时(即人体发生意外情况时)，上位机4向可穿戴监测设备2发出急救确认信号，可穿戴监测设备2反馈确认急救或上位机4在预设时间(可提前在上位机中设置，如20s)内未收到反馈时，上位机4经wifi网络对人体位置初定位(初定位也可设置在上位机收到意外情况信息时进行)，同时将初定位信息发送到移动上氧机器人5的mcu控制中心16；mcu控制中心16将初定位信息发送给导航模块8，并根据初定位信息控制移动轮式行走机构9移动到初定位信息的定位位置；

初定位完成后，上氧机器人5的mcu控制中心读取mems倾角计信息，计算相应uwb标签的倾角，开启超声测距模块和避障模块，计算uwb基站应到达的3个或3个以上不同的空间位置点，两两位置点间尽可能远的隔开，并保证至少距离60cm以上；然后上氧机器人5将uwb基站10送至计算得到的空间不同位置点，并使uwb基站天线与uwb标签正面相对，读取位于人体的uwb标签1数据，再将uwb标签1数据传到mcu控制中心16运算，计算确定uwb标签的三维位置后，驱动轮式移动机构向所测uwb标签位置处移动，再次将uwb基站10送至再次计算得到的空间不同位置点，再结合uwb的rssi信号强度检测法，校准所测得的uwb标签位置；重复上述步骤多次后实现uwb标签定位；uwb定位完成后结合上氧机器人5机械臂11上的超声波传感器13进行超声波测距定位13，定位到人体面部大致位置；

将所述的人体面部大致位置的信息送至mcu控制中心16，mcu控制中心16控制机械臂11将双目摄像头14和氧气面罩12送至人体面部大致位置正前方，摄像头拍摄人脸位置图片，将图片传输给mcu控制中心16，启动机器视觉程序，经过人脸识别、双目测距和姿态识别步骤，结合超声波传感器13测距，最后识别定位出真实鼻孔位置；

结合mems倾角计所测量得到的倾角数据，计算已送达的氧气面罩位置和真实鼻孔位置之间倾角和距离，调整氧气面罩12倾角后，机械臂11驱动氧气面罩12逐步靠近面部，在靠近过程中，再由机械臂11末端的超声波传感器13做超声波雷达测距报警；当氧气面罩12贴合到人脸上，位于氧气面罩12上的接触觉传感器19报警，机械臂11停止动作。

此时位于机械臂6上的温度和烟雾传感器检测环境是否符合放氧条件，符合放氧条件时，电磁阀15打开实现供氧。

该系统使用前，全自动送氧机器人系统初始化，拍摄人体面部图像，先进行基于机器视觉的人体面部识别三维建模，完成图像识别系统的人脸特征点取样及建模。建模过程参见图2。

前述的uwb定位为三维空间定位，由位于空间不同位置点的uwb基站结合rssi信号强度法测算，两两不同位置点间直线距离均大于60厘米。即，空间不同位置点间直线距离大于60厘米。

前述的uwb定位的不同空间位置点，是设置于机械臂末端的一个uwb基站，在机械臂驱动下依次移动至空间三个或三个以上位置点；或是安装在机械臂末端的三个或三个以上可移动uwb基站，送达至不同空间位置点。

前述的uwb基站，可以是连接于机械臂末端的一个uwb基站；也可以是连接于机械臂末端的三个或三个以上的uwb基站，所述三个或三个以上的uwb基站可以分别用不同机械臂连接，也可以在同一机械臂末端设立三角形或多边型导轨支架，用导轨可推动uwb基站移动。

前述的uwb基站均与一个自由度的可旋转的关节连接。

前述的uwb定位，按下述步骤完成：结合mems倾角计数据，计算得出与uwb标签平面平行并正向面对的三个或三个以上空间位置点，移动uwb基站10至空间三个或三个以上不同位置点，读取佩戴于人体的uwb标签1测距，进而进行uwb标签1的三维位置定位，驱动移动轮式行走机构向所测到的uwb定位位置方向逐步移动，并结合uwb的rssi信号检测法检验纠正所定位的uwb标签1的位置，再次移动uwb基站10至不同空间位置点，读取uwb标签1进行uwb标签1定位，再次利用rssi信号检测法，校正所定位的uwb标签1的位置，重复多次后完成uwb标签定位。uwb标签的位置，计算加上其离人脸鼻孔位置的偏移量，即可得到人脸面部大致位置。

前述的可穿戴监测设备2反馈确认急救或上位机4在预设时间内未收到反馈时，上位机4同时启动警报系统3向外界发送急救信号。

前述的全自动送氧机器人上氧方法用的系统，构成如图3所示，包括佩戴于人体额头的uwb标签1(uwb标签1与mems倾角计配套使用)以及佩戴于人体身上的可穿戴监测设备2，可穿戴监测设备2经wifi网络与上位机4无线连接，上位机4再经wifi网络与移动上氧机器人5无线连接；所述的移动上氧机器人5包括机身主体6，机身主体6内部设有供氧组件7，机身主体6上部设有导航模块8，机身主体6底部设有移动轮式行走机构9，移动上氧机器人5由锂电充电电池18供电；所述的移动上氧机器人5上设有机械臂11，机械臂11的末段处设置温度和烟雾传感器20；机械臂11的末端执行器分别用杆件连接有uwb基站10、氧气面罩12、超声波传感器13和双目摄像头14；所述的供氧组件7经电磁阀15与氧气面罩12连接，氧气面罩12边缘设有接触觉传感器19；所述的导航模块8、移动轮式行走机构9、uwb基站10、机械臂11、超声波传感器13、双目摄像头14、接触觉传感器19、温度和烟雾传感器20和电磁阀15均与mcu控制中心16连接，mcu控制中心16经wifi网络与上位机4无线连接(即将移动上氧机器人5作为下位机，通过wifi网络与上位机通信)，上位机4与警报系统3连接。所述uwb标签1还设有与其配套使用的mems倾角计，mems倾角计与uwb标签位于同一平面，mems倾角计与mcu控制中心16无线连接。通过上述结构，经过机器人自主移动和机械臂调整，将可移动uwb基站送至空间不同位置点，确保uwb基站天线正向面对uwb标签，进行uwb定位。

前述的移动轮式行走机构9上还设有避障模块17。设置模块17，确保移动轮式行走机构9移动时能够避障，避免碰撞到障碍物及人体。所述的移动轮式行走机构9，是由传感器避障模块17和导航模块(8)共同控制的行走机构，可为六轮轮式行走机构或四轮轮式行走机构。所述的六轮轮式行走机构有6个驱动电机，4个转向电机，采用6轮独立驱动，前后4轮独立转向；所述的四轮轮式行走机构有4个驱动电机，至少2个转向电机。

前述的机械臂11通过所连接的超声波传感器13，进行机械臂11的测距和避障移动，避免机械臂11在移动过程中触碰障碍物。

前述的避障模块17，是超声波传感器避障模块和/或红外传感器避障模块和/或光电传感器避障模块。

前述的上位机4还与警报系统3有线连接或无线连接。

前述的供氧组件7为氧气瓶或氧气包。所述的供氧组件外部设置有安全帽、减压阀、防震圈、绝缘层，以确保用氧安全。

前述的导航模块8为slam激光雷达自主导航系统。

前述的机械臂11为六轴串联机械臂或七轴串联机械臂，末端执行器可送达空间任意点。

前述的全自动送氧机器人系统所采用供电系统为锂电充电电池。

前述的全自动送氧机器人系统所使用的无线模块为包含wifi模块在内但不限于wifi模块的无线连接模块。