一种智能核酸采样机器人系统

1.本发明涉及智慧医疗技术领域，具体是涉及一种智能核酸采样机器人系统。


背景技术：

2.医护人员面对面检测不仅有传染的风险，而且速度慢，效率低。而机械臂技术可以完美解决这些问题，机器人检测高效、安全、速度快。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供提供一种智能核酸采样机器人系统，对需要进行核酸检测人员进行智能化核酸采样，从而减少使用人力，保障安全。
4.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种智能核酸采样机器人系统，包括主控系统模块、立体视觉系统模块、机械臂；包括以下技术步骤：
5.步骤(1)：利用立体视觉系统模块扫描识别人脸图像，并将人脸图像信息传输给主控系统模块；
6.步骤(2)：主控系统模块利用人脸关键点位置定位算法进行空间坐标运算，并根据计算得出的坐标，采用rrt算法，规划机械臂运动轨迹及空间位置；
7.步骤(3)：主控系统模块操控机械臂按照规划轨迹采样咽拭子。
8.优先的方案是，所述主控系统模块对人脸图像进行空间坐标运算的方法是：
9.首先，利用人脸关键点位置定位算法对人脸图像中嘴部关键点进行信息标注，粗略确定嘴部位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到嘴部准确坐标位置；
10.其次，对口腔关键点进行信息标注，粗略确定口腔位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到口腔准确坐标位置；
11.然后，将得到的嘴部坐标位置和口腔轮廓线进行曲线拟合，得到进一步嘴部和口腔对应的轮廓线；之后找出准确的轮廓线中点的位置偏差，确定轮廓线的调整位置，对嘴部及口腔位置进行进一步调整。
12.优先的方案是，所述主控系统模块的控制芯片采用插卡式，底板采用 stm32cpu芯片，主控芯片是stm32f103rbt6。所述机械臂采用六自由度机械臂。
13.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：(1)本发明采用人脸关键点定位算法，极大的优化了嘴部、口腔定位问题，准确识别，定位目标高效，安全可靠。 (2)机械臂路径规划采用rrt算法灵活性高，效率高，适用于机械臂在空间中选用最短路径精准采样。
附图说明
14.图1为本发明系统运行模式框图；
15.图2为本发明人脸关键点定位算法关键点信息标注；
16.图3为本发明口腔关键点定位算法关键点信息标注；
17.图4为本发明rrt算法原理图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.一种智能核酸采样机器人系统，能够识别人脸图像确定口腔位置，然后控制机械臂抓取棉签并按照规划轨迹移动采样咽拭子，然后按照规划轨迹收回并将样本放入采样盒中，完成采样动作。该系统其中包括主控系统模块、立体视觉系统模块、机械臂，包括以下技术步骤，如图1：
21.步骤(1)：利用立体视觉系统模块扫描识别人脸图像，并将人脸图像信息传输给主控系统模块。其中，主控系统模块的控制芯片采用插卡式，底板采用 stm32cpu芯片，主控芯片是stm32f103rbt6；stm32f0系列产品基于超低功耗的 arm cortex-m0处理器内核，整合增强的技术和功能，实现超低成本预算的应用。该系列微控制器缩短了采用8位和16位微控制器的设备与采用32位微控制器的设备之间的性能差距，在经济型终端产品上实现先进且复杂的功能。
22.步骤(2)：主控系统模块进行空间坐标运算，并根据计算得出的坐标，采用 rrt算法，规划机械臂运动轨迹及空间位置；主控系统模块对人脸图像进行空间坐标运算的方法是：
23.首先，利用人脸关键点位置定位算法对人脸图像中嘴部关键点进行信息标注，如图2，粗略确定嘴部位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到嘴部准确坐标位置；
24.其次，对口腔关键点进行信息标注，如图3，粗略确定口腔位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到口腔准确坐标位置；
25.然后，将得到的嘴部坐标位置和口腔轮廓线进行曲线拟合，得到进一步嘴部和口腔对应的轮廓线；之后找出准确的轮廓线中点的位置偏差，确定轮廓线的调整位置，对嘴部及口腔位置进行进一步调整。
26.步骤(3)：主控系统模块操控机械臂按照规划轨迹采样咽拭子。该机械臂采用六自由度机械臂；六自由度机械臂的动作灵活性高，工作范围大，可以很灵活的绕过障碍物，并且结构紧凑，能提高工作效率。更好的是，对机械臂装配舵机模块，机臂部位采用lfd-06数字舵机，具有低功耗、不易崩齿特点；机械爪部位采用ldx-335mg数字舵机，具有防烧防堵转功能。
27.机械臂的路径规划采用rrt算法，rrt是一种多维空间中有效率的规划方法，原理如图4，以一个初始点作为根节点，通过随机采样增加叶子节点的方式，生成一个随机扩展树，当随机树中的叶子节点包含了目标点或进入了目标区域，便可以在随机树中找到一条由从初始点到目标点的路径，从而使机械臂可达到指定地点完成采集核酸样本工作。
28.本发明采用人脸关键点定位算法，极大的优化了嘴部定位困难的问题，准确识别
定位目标高效率安全可靠，达到智能采集核酸目的；机械臂路径规划采用rrt 算法，本算法灵活性高，效率高，适用于机械臂在空间中选用最短路径精准采样；采用stm32为控制器，具有高性能、低成本、低功耗的优点，拥有强大的外设资源，方便处理模拟信号和数字信号，适用于设计控制电路。


技术特征：
1.一种智能核酸采样机器人系统，包括主控系统模块、立体视觉系统模块、机械臂，其特征在于，包括以下技术步骤：步骤(1)：利用立体视觉系统模块扫描识别人脸图像，并将人脸图像信息传输给主控系统模块；步骤(2)：主控系统模块利用人脸关键点位置定位算法进行空间坐标运算，并根据计算得出的坐标，采用rrt算法，规划机械臂运动轨迹及空间位置；步骤(3)：主控系统模块操控机械臂按照规划轨迹采样咽拭子。2.根据权利要求1所述的智能核酸采样机器人系统，其特征在于，所述主控系统模块对人脸图像进行空间坐标运算的方法是：首先，利用人脸关键点位置定位算法对人脸图像中嘴部关键点进行信息标注，粗略确定嘴部位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到嘴部准确坐标位置；其次，对口腔关键点进行信息标注，粗略确定口腔位置，再根据轮廓线中点的位置偏差得到口腔准确坐标位置；然后，将得到的嘴部坐标位置和口腔轮廓线进行曲线拟合，得到进一步嘴部和口腔对应的轮廓线；之后找出准确的轮廓线中点的位置偏差，确定轮廓线的调整位置，对嘴部及口腔位置进行进一步调整。3.根据权利要求1所述的智能核酸采样机器人系统，其特征在于，所述主控系统模块的控制芯片采用插卡式，底板采用stm32cpu芯片，主控芯片是stm32f103rbt6。4.根据权利要求1所述的智能核酸采样机器人系统，其特征在于，所述机械臂采用六自由度机械臂。

技术总结
本发明涉及一种智能核酸采样机器人系统，包括主控系统模块、立体视觉系统模块、机械臂，包括以下技术步骤：步骤(1)：利用立体视觉系统模块扫描识别人脸图像，并将人脸图像信息传输给主控系统模块；步骤(2)：主控系统模块利用人脸关键点位置定位算法进行空间坐标运算，并根据计算得出的坐标，采用RRT算法，规划机械臂运动轨迹及空间位置；步骤(3)：主控系统模块操控机械臂按照规划轨迹采样咽拭子。本发明采用人脸关键点定位算法，极大的优化了嘴部、口腔定位问题，准确识别，定位目标高效，安全可靠。机械臂路径规划采用RRT算法灵活性高，效率高，适用于机械臂在空间中选用最短路径精准采样。用于机械臂在空间中选用最短路径精准采样。用于机械臂在空间中选用最短路径精准采样。


技术研发人员：过希文 姚楠 陈晟 张驰 董兆东
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2022.09.08
技术公布日：2023/3/21