CN103761833A - 跌倒监测机器人和跌倒监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跌倒监测机器人和跌倒监测方法，属于对人体跌倒进行监测的技术领域。本发明跌倒监测机器人包括放置于走行监控车体中的控制器(1)、舵机(2)、电机控制模块(3)、超声波检测模块(4)、红外传感模块(5)、走行电机，所述红外传感模块(5)分别与第一红外线探头(501)、第二红外线探头(502)电性相连，所述超声波检测模块(4)分别与超声波发射部分(401)、超声波接收部分(402)电性相连。本发明与现有技术相比具有自动跟踪、跌倒检测、语音提示报警等优点。
Description
技术领域
本发明对人体跌倒进行监测的技术领域，更具体的说，属于对人体处于跌倒后的静止状态判断的装置和方法。
背景技术
跌倒是指突发、不自主的、非故意的体位改变，倒在地上或更低的平面上。跌倒包括从一个平面至另一个平面的跌落和同一平面的跌倒， 跌倒是我国伤害死亡的第四位原因，而在65岁以上的老年人中则为首位。老年人跌倒死亡率随年龄的增加急剧上升。跌倒除了导致老年人死亡外，还导致大量残疾，并且影响老年人的身心健康。如跌倒后的恐惧心理可以降低老年人的活动能力，使其活动范围受限、生活质量下降。
CN103142234A专利公开了一种用于判断人体跌倒的传感器系统，包括：六轴传感器模块，用于采集人体加速度及人体角速度，所述人体加速度包括X轴加速度、Y轴加速度及Z轴加速度，所述人体角速度包括X轴角速度、Y轴角速度及Z轴角速度；单轴倾角传感器模块，包括单轴倾角传感器，所述单轴倾角传感器用于采集人体倾角；微处理器模块，电性连接于六轴传感器模块及单轴倾角传感器模块，所述微处理器模块用于接收所述人体加速度、人体角速度及人体倾角，并对所述人体加速度、人体角速度及人体倾角进行处理和判断人体是否跌倒；及电源模块，电性连接于六轴传感器模块、单轴倾角传感器模块及微处理器模块，所述电源模块用于为上述各个模块提供电源。微处理器模块用于接收人体加速度、人体角速度及人体倾角，并对人体加速度、人体角速度及人体倾角进行处理、判断人体是否跌倒；及电源模块，电性连接于六轴传感器模块、单轴倾角传感器模块及微处理器模块，电源模块用于为上述各个模块提供电源。这种用于判断人体跌倒的方法。
CN102800170A专利公开了一种基于多传感器的人体跌倒检测报警器，该报警器由人体腰间多传感器信息处理中心和足底压力传感器数据采集模块组成，足底压力传感器数据采集模块采集双脚对鞋底的压力值，并将压力值通过Zigbee无线传输至腰间多传感器信息处理中心，处理中心将自身采集的加速度传感器值、倾角传感器数据以及足底压力传感器数据按照检测算法处理，判断是否发生跌倒，一旦发生跌倒，则将报警信息及佩戴者的全球定位信息GPS通过通用分组无线服务技术GPRS发送至亲属手机及救助中心，从而提供医疗救助。该跌倒检测报警器由腰间多传感器信息处理中心和足底压力传感器数据采集模块组成，处理中心初始化各功能模块后，采集三轴加速度传感器以及正交放置的两路倾角传感器数据，并通过Zigbee向足底模块发送压力数据请求；足底模块采集双脚对鞋底的压力值，再将其传输到处理中心；中心将三种传感器数据与SD卡中的历史数据结合并按照跌倒检测算法处理，给出跌倒报警信息，再将报警信息及佩戴者的GPS定位信息通过GPRS发送至亲属手机及救助中心，从而提供医疗救助。CN102800170A专利的显著特点是：能够结合人体多种运动状态特征来综合判定跌倒，跌倒检测准确率高，同时提供远程报警，可以让老年人及时得到医疗救助。
现有技术中所采用的传感成本比较高，而且必须安装在被控人体上，极其不方便，控制过程比较复杂，很难应用到家庭中普遍使用。现有技术中形成的产品往往价格高昂，短期内难以在普通家庭中普及应用。老人或其他体弱多病人员跌到之后救护越及时、则救护效果越显著，救护越不及时、则救护效果越差，随着老龄化程度的不断加剧，如何对跌到后失去求助能力的空巢老人或其他体弱多病人员进行及时施救的问题尤显突出。
发明内容
本发明为了有效地解决以上技术问题，给出了一种跌倒监测机器人和跌倒监测方法。
本发明的一种跌倒监测机器人，包括行走车体、走行电机、舵机、动力电池、以及控制系统，其特征在于：控制系统包括控制器、舵机控制模块、电机控制模块、超声波检测模块、红外传感模块；
所述控制器分别与所述舵机控制模块、所述电机控制模块、所述超声波检测模块和所述红外传感检测模块电性相连；
所述动力电池分别为所述控制器、所述舵机控制模块、所述电机控制模块、所述超声波检测模块和所述红外传感检测模块提供供电电源；
所述电机控制模块与所述走行电机电性相连以实现对所述走行电机的控制，所述舵机控制模块与所述舵机电性相连以实现对所述舵机的控制，所述动力电池为所述走行电机和所述舵机提供动力电源；
所述红外传感模块分别与第一红外线探头、第二红外线探头电性相连，所述第一红外线探头和所述第二红外线探头对称地设置在行走车体上；所述第一红外线探头的红外线探测幅度角A与所述第二红外线探头的红外线探测幅度角B相同；所述第一红外线探头的红外线探测区域S3与所述第二红外线探头的红外线探测区域S4形成一盲区区域S1以及一红外线叠加区域S2，所述盲区区域S1和与红外线叠加区域S2同轴，所述盲区区域S1和与红外线叠加区域S2的轴线与行走车体的正前方保持一致；
所述超声波检测模块分别与超声波发射部分、超声波接收部分电性相连，所述超声波发射部分和所述超声波接收部分设置在行走车体上、并与行走车体的正向保持一致；
所述第一红外线探头、所述第二红外线探头与地面的垂直距离均一致。
根据以上所述的跌倒监测机器人，优选，还包括无线通讯模块，GPS定位模块，视频采集传输模块；
所述无线通讯模块与所述控制器电性相连，所述动力电池为所述无线通讯模块提供供电电源；
所述GPS定位模块与所述控制器电性相连，所述动力电池为所述GPS定位模块提供供电电源；
所述视频采集传输模块与所述控制器电性相连，所述动力电池为所述视频采集传输模块提供供电电源。
根据以上所述的跌倒监测机器人，优选：还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述控制器电性相连，所述动力电池为所述声光报警模块提供供电电源。
根据以上所述的跌倒监测机器人，优选：所述第一红外线探头、所述第二红外线探头与地面的垂直距离为0.1-0.2m。
根据以上所述的跌倒监测机器人，优选：所述超声波发射部分和所述超声波接收部分、与所述第一红外线探头和所述第二红外线探头处于同一高度。
本发明的一种使用以上所述跌倒监测机器人的跌倒监测方法，优选，包括以下步骤：
S1所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第一位置确认；
S2 所述监测机器人直行运动到距离被监测人员检测点0.4-0.6 m的一位置处、对被监测人员是否处于跌倒状态进行第一位置确认；所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则所述控制器对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第二位置确认；
S3 所述监测机器人水平向右运动到距离第一位置横向d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第二位置确认；所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第三位置确认；
S4 所述监测机器人水平向左运动到距离第一位置横向d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第三位置确认；所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第四位置确认；
S5 所述监测机器人水平向右运动到距离第一位置横向二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第四位置确认；所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第五位置确认；
S6 所述监测机器人水平向左运动到距离第一位置横向二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第五位置确认；所述红外传感模块确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器对静止确认计数自动加1；
S7 在以上各个步骤中，如果所述静止确认计数的累加总和达到3、则可以确认被监测人员处于跌倒状态。
根据以上所述的跌倒监测方法，优选：所述监测机器人中的所述控制器控制所述无线通讯模块向被监测人员的监护人发出报警信息；所述控制器通过所述GPS定位模块获得行走车体所处的地理位置后、通过所述无线通讯模块向被监测人员的监护人发出地理位置报警信息；所述控制器控制所述摄像头获得现场实时视频信息、并通过所述视频传输模块将现场实时视频信息发送给被监测人员的监护人，或者通过所述无线通讯模块将现场实时视频信息截图以彩信方式发送给被监测人员的监护人；所述控制器控制所述声光报警模块发出声光报警。
根据以上所述的跌倒监测方法，优选：在各个步骤中所述d2长度为0.3m。
根据以上所述的跌倒监测方法，优选：在步骤S2中所述监测机器人运动到距离被监测人员检测点0.5 m位置处。
本发明跌倒监测机器人采用同时使用红外检测和超声波检测的方式能够对倒地人员进行有效检测报警，同时被监测人员的监护人在收到报警信息之后可以通过视频信息进一步确认被监测人员是否真正跌倒，相对现有技术中的技术方案简单易行、具有非常高的可靠性。本发明与现有技术相比具有自动避障、自动跟踪、跌倒检测、远程无线报警、语音提示报警等优点。
附图说明
附图1是本发明监测机器人的结构示意图一；
附图2是本发明监测机器人双红外线探头检测范围示意图；
附图3是本发明监测机器人超声波发射部分的电路结构图；
附图4是本发明监测机器人超声波接收部分的电路结构图；
附图5是本发明监测机器人行走车体机构副示意图；
附图6是本发明监测机器人的监测被监测人员任意倒地情况示意图；
附图7是本发明监测机器人的监测被监测人员站立情况示意图；
附图8是本发明监测机器人的监测被监测人员直倒情况示意图；
附图9是本发明监测机器人的跌倒监测子程序流程图。
具体实施方式
图1是本发明跌倒监测机器人的结构示意图一，本优选实施例中的跌倒监测机器人放置于行走车体中的走行电机、动力电池、以及控制系统，动力电池为走行电机提供动力、并对控制系统进行供电。控制系统包括控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4、红外传感模块5、走行电机、动力电池；控制器1分别与舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5电性相连，控制器1能够对舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5进行有效控制以实现监测机器人的有效工作。控制器1可以选用微控制器、嵌入式控制器、可编程控制器件，根据本发明实际应用中的不同性价比的要求可以选用不同的器件，控制器1内存储有相应的控制程序对其他部分进行控制、以保证完成监测机器人的工作目的。
控制器1分别对红外传感模块5和超声波检测模块4进行控制，红外传感模块5分别对第一红外线探头501和第二红外线探头502进行控制，超声波检测模块4分别对超声波发射部分401和超声波接受部分402进行控制。控制器1内部存储器中固化有相应的程序，控制器1根据预定的程序同时对红外传感模块5和超声波检测模块4进行控制，进而实现了第一红外线探头501、第二红外线探头502、超声波发射部分401和超声波接受部分402的联动，从而可以有效地监测人跌倒的情况。
动力电池通过降压装置分别与控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5电性相连，动力电池为控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5提供其在工作过程中所需要的电能；由于动力电池提供的实际电能电压是根据走行电机所需要的输入电压值来确定的，走行电机工作时的输入电压值往往大于控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5工作时的输入电压值，故需要在动力电池与控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5之间设置降压装置，这样即可降低动力电池提供给控制器1、舵机控制模块2、电机控制模块3、超声波检测模块4和红外传感检测模块5的电压值。
控制器1通过电机控制模块3与走行电机电性相连，控制器1通过电机控制模块3实现了对走行电机有效控制，控制器1根据本发明监测机器人实际工况可以通过控制走行电机实现对行走车体的走行速度和走行距离进行十分精确地控制。走行电机与动力电池电性相连，动力电池以满足走行电机的实际需要为准，走行电机为行走车体提供动力。走行电机可以选用直流伺服电机，电机控制模块3即为直流电机控制器，动力电池可以选用蓄电池或其他模块电池。
本优选实施例中的跌倒监测机器人还包括无线通讯模块8，无线通讯模块8与控制器1电性相连，动力电池通过降压装置与无线通讯模块8相连；无线通讯模块8可以是类似GSM这样的手机无线通讯模块，无线通讯模块8利用覆盖城乡的无线通讯网络使本优选实施例的监测机器人实时与外界保持密切联系。本优选实施例的监测机器人同时通过进行红外检测和超声波检测确定了人跌倒之后，控制器1通过无线通讯模块8 将人跌倒的报警信息或报警电话发送出去，例如将家里空巢老人跌倒的报警信息或报警电话发送给其在外面工作的子女或不在跌倒现场的其他监护人员、以使其在外面工作的子女或不在跌倒现场的其他监护人员能够及时赶回家对跌倒的老人及时救护，这样的有效实时报警可以最大限度地降低人跌倒之后引起的不利后果，尤其对及时救护中风后的跌倒人员具有重要意义。
本优选实施例中的跌倒监测机器人还包括GPS定位模块10，所述GPS定位模块10与控制器1电性相连，动力电池通过降压装置与GPS定位模块10相连。本优选实施例的监测机器人同时通过进行红外检测和超声波检测确定了人跌倒之后，可以通过GPS定位模块10将其跌倒所处的实际地址(经度和纬度信息、或在电子地图中所处的位置)进行确认，并通过无线通讯模块8将其跌倒所处的实际跌倒地址信息实时地发送给其在外面工作的子女或不在跌倒现场的其他监护人员，以利于家人及时准确地找到跌倒后不能及时施救的人员、并对其进行及时施救。
本优选实施例中的跌倒监测机器人还包括视频采集传输模块7，视频采集传输模块7与控制器1电性相连，动力电池通过降压装置与视频采集传输模块7相连；跌倒人的家属或监护人员手中的视频接收模块，视频采集传输模块7通过无线通讯方式与跌倒人的家属或监护人员手中的视频接收模块进行通讯。本优选实施例的监测机器人同时通过进行红外检测和超声波检测确定了人跌倒之后，控制器1可以利用视频采集传输模块7将跌倒人员的实时现场场景发送给跌倒人员的家属或监护人员、以利于其家属或监护人员对跌倒人员的跌倒情况进行进一步确认。控制器1也可以控制视频采集传输模块7间隔一定时间抓拍若干个现场实时画面、利用无线通讯模块8以彩信的方式将跌倒人的信息发送给其家属或监护人员，这样也同样有利于其家属或监护人员对跌倒人员的跌倒情况进行进一步确认。
本优选实施例中跌倒监测机器人还包括声光报警模块9，声光报警模块9与控制器1电性相连，动力电池通过降压装置与声光报警模块9相连。监测机器人设置声光报警模块9可以获得更好的技术效果，控制器1同时通过进行红外检测和超声波检测确定了人跌倒之后，控制器1控制声光报警模块9发出声光报警、可以引起社区中的人员注意到有人跌倒、进而引导社区中的相关人员进行施救。
图2是本发明监测机器人双红外线探头检测范围示意图，由图中可以看出第一红外线探头501和第二红外线探头502对称地设置在一起时可以获得非常好的监测效果。第一红外线探头501的红外线探测幅度角为A，第二红外线探头502的红外线探测幅度角为B，第一红外线探头501和第二红外线探头502之间的距离为H1。第一红外线探头501的红外线探测幅度S3与第二红外线探头502的红外线探测幅度S4有一盲区区域S1，第一红外线探头501的红外线探测幅度S3与第二红外线探头502的红外线探测幅度S4有一重叠的红外线叠加区域S2，其中盲区区域S1的轴线有效距离为H2，红外线叠加区域S2的轴线有效距离为H3，盲区区域S1和与红外线叠加区域S2同轴线、即H2和H3同轴线，盲区区域S1和与红外线叠加区域S2的轴线与行走车体的正前方保持一致、即H2和H3与行走车体的正前方保持一致。
第一红外线探头501和第二红外线探头502均可以采用热释电红外传感器来检测人体辐射的红外信号，在第一红外线探头501和第二红外线探头502形成的探测器前端形成一个盲区区域S1和一个红外线叠加区域S2，S2的夹角C范围为10-40度，S2的夹角C优选20-30度。当有人从热释电红外传感器的透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替变化的从盲区区域S1进入红外线叠加区域S2，这样便得到了红外信号以忽强忽弱的脉冲。人体辐射的红外线中心波长为9~10um，在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收。
红外传感模块5分别与第一红外线探头501、第二红外线探头502电性相连，第一红外线探头501和第二红外线探头502对称地设置在行走车体上；第一红外线探头501的红外线探测幅度角A与第二红外线探头502的红外线探测幅度角B相同；第一红外线探头501的红外线探测区域S3与第二红外线探头502的红外线探测区域S4形成一盲区区域S1以及一红外线叠加区域S2，盲区区域S1距离车体小于或等于0.4m。超声波检测模块4分别与超声波发射部分401、超声波接收部分402电性相连，所述超声波发射部分401和所述超声波接收部分402设置在行走车体上、并与行走车体的正向保持一致；
第一红外线探头501、第二红外线探头502与地面的垂直距离均一致，第一红外线探头501、第二红外线探头502与地面的垂直距离为0.1-0.2m，优选0.15m。人体倒地之后人体在地面以上的高度通常为0.1-0.2m，两个红外线探头与地面的垂直距离为0.15m可以保证红外检测效果。超声波发射部分401和超声波接收部分402、与第一红外线探头501和第二红外线探头502处于同一高度，这样设置超声波测距装置可以使得红外检测结果与超声检测结果尽量保持一致。
图3是本发明监测机器人超声波发射部分401的结构图；超声波发射传感器LS1和与门U8之间有反相器U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、反相器U7，反相器U4和反相器U5并联、反相器U6和反相器U7并联，与门U8的两个输入端分别与两个自激震荡电路相连，两个自激震荡电路中分别两个施密特触发器U1和U2。
图4是本发明监测机器人超声波接收部分402结构图；5V直流电经过耐流为500mA的保险丝F1和二极管D1、并经过两级电容滤波C1和C2形成5V数字电压源VDD，数字电压源VDD为2个NE5532P功率放大器提供电源。超声波接收传感器LS1并联10K电阻R3将接收到的超声波信号转变为输入信号，输入信号经过第一级放大器NE5532P放大、第二级放大器NE5532P放大之后输入到超声波检测模块4、输入信号经过两级放大后一共放大了400倍。
图5是本发明监测机器人行走车体的机构副？？示意图，行走车体具有灵活的运动特性可以保证红外线检测部分和超声波检测部分的协调工作；本优选实施例中行走车体采用四轮底盘结构形式，舵机控制模块2对行走车体的前走行轮轴系的舵机D进行控制以实现行走车体能够转向，舵机D的电能也是由动力电池提供的；电机控制模块3控制走行电机M为行走车体提供走行过程中所需要的动力，电机控制模块3控制走行电机M正向旋转或反向旋转以实现行走车体向前运动或后退运动，走行电机M可以与行走车体的前走行轮轴系相连、可以与行走车体的后走行轮轴系相连，走行电机M不论是与行走车体的前走行轮轴系相连、还是与行走车体的后走行轮轴系相连、其都可以为行走车体提供走行过程中所需要的动力。控制器1对舵机控制模块2和电机控制模块3进行协调控制，可以使行走车体沿着任意轨迹的运动、以配合红外线检测部分和超声波检测部分对跌倒人员进行监测。
图6是本发明监测机器人的监测被监测人员任意倒地情况示意图，跌倒监测方法包括以下步骤：
第一步 红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员与监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第一位置确认；
第二步 监测机器人运动到距离被监测人员检测点0.4-0.6 m的一位置处、对被监测人员是否处于跌倒状态进行第一位置确认；红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1；然后监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第二位置确认；
第三步 监测机器人水平向右运动到距离第一位置的d2=0.3 m长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第二位置确认；红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员与监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1；然后监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第三位置确认；
第四步 监测机器人水平向左运动到距离第一位置的d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第三位置确认；红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员与监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1；然后监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第四位置确认；
第五步 监测机器人水平向右运动到距离第一位置的二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第四位置确认；红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员与监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1；然后监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第五位置确认；
第六步 监测机器人水平向左运动到距离第一位置的二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第五位置确认；红外传感模块5确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时超声波检测模块4检测到被监测人员与监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1；
第七步 在以上各个步骤中，如果所述静止确认计数的累加总和达到3、则可以确认被监测人员处于跌倒状态。
图7是本发明监测机器人对被监测人员站立情况监测示意图，为了有效地排除监测机器人对被监测人员站立情况进行误报警的发生，本发明监测机器人预设跌倒监测程序对被监测人员站立情况不会进行误报警。
第一步 当监测机器人处于第一位置时，控制系统的红外传感模块5控制第一红外线探头501和第二红外线探头502、超声波检测模块4控制超声波发射部分401和超声波接受部分402实现了对处于静止站立状态被监测人员的确定定位，控制器1确认人处于静止后则静止确认计数自动加1。
第二步 行走车体在行走电机和舵机的共同作用下、向右移动d2距离到第二位置，第一红外线探头501和第二红外线探头502共同检测到被监测人员不在红外线叠加区域S2内，确认被监测人员不在红外线叠加区域S2内后、则控制器1不进行静止确认计数。
第三步 行走车体在行走电机和舵机的共同作用下、向左移动两倍d2距离到第三位置，第三位置以第一位置为中心与第二位置保持对称，第一红外线探头501和第二红外线探头502共同检测到被监测人员不在红外线叠加区域S2内，确认被监测人员不在红外线叠加区域S2内后、则控制器1不进行静止确认计数。
通过以上三个步骤、静止确认计数得到的累加总和达不到3，监测机器人可以确认被监测人员处于静止站立状态，监测机器人可以避免发生误报警。
图8是本发明监测机器人的监测被监测人员垂直平倒情况示意图；被监测人员发生垂直平倒情况时监测难度比较大，为了使监测机器人有效地对被监测人员垂直平倒情况进行有效报警，下面对跌倒监测程序对被监测人员垂直平倒情况时的报警进行说明。
第一步 当监测机器人处于第一位置时，控制系统的红外传感模块5控制第一红外线探头501和第二红外线探头502、超声波检测模块4控制超声波发射部分401和超声波接受部分402实现了对处于直倒状态被监测人员的确定定位，确认被监测人员处于直倒状态后则控制器1对静止确认计数加1。
第二步 行走车体在行走电机和舵机的共同作用下、向右移动d2距离到第二位置，第一红外线探头501和第二红外线探头502共同检测到被监测人员在红外线叠加区域S2内，确认被监测人员在红外线叠加区域S2内后、则控制器1对静止确认计数加1。
第三步 行走车体在行走电机和舵机的共同作用下、向左移动两倍d2距离到第三位置，第三位置以第一位置为中心与第二位置保持对称，第一红外线探头501和第二红外线探头502共同检测到被监测人员在红外线叠加区域S2内，确认被监测人员在红外线叠加区域S2内后、则控制器1对静止确认计数加1。
通过以上三个步骤、静止确认计数得到的累加总和为3，监测机器人可以确认被监测人员处于垂直平倒状态，监测机器人可以进行有效报警。
图9是本发明监测机器人的跌倒监测子程序流程图，程序开始之后确定前方被监护人是否保持静止状态超过10秒钟。
如果没有超过10秒钟、则程序根据第一红外线探头501和第二红外线探头502检测到的红外线信号确定被监护人是否处于红外线叠加区域S2，若检测到被监护人没有在红外线叠加区域S2、则通过控制舵机控制模块2调整舵机和电机控制模块3调整走行电机、以实现控制车头前进，如果检测到被监护人在该区域、则行走车体直走前进。行走车体前进直走后第一红外线探头501和第二红外线探头502继续检测，如果检测到红外线叠加区域S2的红外线信号没有变弱，则行走车体继续前进；如果检测到红外线叠加区域S2的红外线信号变弱，则行走车体前进一米。
如果确定被监护人保持静止状态超过10秒钟、控制器1控制走行车体前进到距离被监测点0.5m的第一位置处，控制器1控制红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时控制器1控制超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，控制器1对静止确认计数自动加1，同时位置计数自动加1。
控制器1控制舵机控制模块2和电机控制模块3使得走行车体右移至距离第一位置0.3m的第二位置处。如果控制器1控制红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时控制器1控制超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1，同时位置计数自动加1。如果控制器1控制红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内没有被监测人员、同时控制器1控制超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数不加1，同时位置计数自动加1。
控制器1控制舵机控制模块2和电机控制模块3使得走行车体左移至距离第一位置0.3m的第三位置处。如果控制器1控制红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时控制器1控制超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数自动加1，同时位置计数自动加1。如果控制器1控制红外传感模块5确定监测机器人前方的红外线叠加区域S2内没有被监测人员、同时控制器1控制超声波检测模块4检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则控制器1对静止确认计数不加1，同时位置计数自动加1。
以上步骤以此类推，直至静止确认计数获得的累加值为3时确认被监测人员处于跌倒状态，当位置计数获得的累加值为5时则确认被监测人员处于静止站立状态。
Claims (9)
1.一种跌倒监测机器人，包括行走车体、走行电机、舵机、动力电池、以及控制系统，其特征在于：控制系统包括控制器(1)、舵机控制模块(2)、电机控制模块(3)、超声波检测模块(4)、红外传感模块(5)；
所述控制器(1)分别与所述舵机控制模块(2)、所述电机控制模块(3)、所述超声波检测模块(4)和所述红外传感检测模块(5)电性相连；
所述动力电池分别为所述控制器(1)、所述舵机控制模块(2)、所述电机控制模块(3)、所述超声波检测模块(4)和所述红外传感检测模块(5)提供供电电源；
所述电机控制模块(3)与所述走行电机电性相连以实现对所述走行电机的控制，所述舵机控制模块(2)与所述舵机电性相连以实现对所述舵机的控制，所述动力电池为所述走行电机和所述舵机提供动力电源；
所述红外传感模块(5)分别与第一红外线探头(501)、第二红外线探头(502)电性相连，所述第一红外线探头(501)和所述第二红外线探头(502)对称地设置在行走车体上；所述第一红外线探头(501)的红外线探测幅度角A与所述第二红外线探头(502)的红外线探测幅度角B相同；所述第一红外线探头(501)的红外线探测区域S3与所述第二红外线探头(502)的红外线探测区域S4形成一盲区区域S1以及一红外线叠加区域S2，盲区区域S1距离车体小于或等于0.4m,所述盲区区域S1和与红外线叠加区域S2同轴，所述盲区区域S1和与红外线叠加区域S2的轴线与行走车体的正前方保持一致；
所述超声波检测模块(4)分别与超声波发射部分(401)、超声波接收部分(402)电性相连，所述超声波发射部分(401)和所述超声波接收部分(402)设置在行走车体上、并与行走车体的正向保持一致；
所述第一红外线探头(501)、所述第二红外线探头(502)与地面的垂直距离均一致。
2.根据权利要求1所述的跌倒监测机器人，其特征在于，还包括无线通讯模块(8)，GPS定位模块(10)，视频采集传输模块(7)；
所述无线通讯模块(8)与所述控制器(1)电性相连，所述动力电池为所述无线通讯模块(8)提供供电电源；
所述GPS定位模块(10)与所述控制器(1)电性相连，所述动力电池为所述GPS定位模块(10)提供供电电源；
所述视频采集传输模块(7)与所述控制器(1)电性相连，所述动力电池为所述视频采集传输模块(7)提供供电电源。
3.根据权利要求1所述的跌倒监测机器人，其特征在于：还包括声光报警模块(9)，所述声光报警模块(9)与所述控制器(1)电性相连，所述动力电池为所述声光报警模块(9)提供供电电源。
4.根据权利要求1所述的跌倒监测机器人，其特征在于：所述第一红外线探头(501)、所述第二红外线探头(502)与地面的垂直距离为0.1-0.2m。
5.根据权利要求4所述的跌倒监测机器人，其特征在于：所述超声波发射部分(401)和所述超声波接收部分(402)、与所述第一红外线探头(501)和所述第二红外线探头(502)处于同一高度。
6.一种使用以上任一权利要求所述跌倒监测机器人的跌倒监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第一位置确认；
S2 所述监测机器人直行运动到距离被监测人员检测点0.4-0.6 m的一位置处、对被监测人员是否处于跌倒状态进行第一位置确认；所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员、同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员处于静止状态达到10秒时间后，则所述控制器(1)对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第二位置确认；
S3 所述监测机器人向右运动到距离第一位置横向d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第二位置确认；所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员，同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器(1)对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第三位置确认；
S4 所述监测机器人向左运动到距离第一位置横向d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第三位置确认；所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员，同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器(1)对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第四位置确认；
S5 所述监测机器人水平向右运动到距离第一位置横向二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第四位置确认；所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员，同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器(1)对静止确认计数自动加1；然后所述监测机器人开始准备对被监测人员是否处于跌倒状态进行进第五位置确认；
S6 所述监测机器人水平向左运动到距离第一位置横向二倍d2长度处，对被监测人员是否处于跌倒状态进行第五位置确认；所述红外传感模块(5)确定所述监测机器人前方的红外线叠加区域S2内有被监测人员，同时所述超声波检测模块(4)检测到被监测人员与所述监测机器人之间的距离保持不变达到10秒时间后，则所述控制器(1)对静止确认计数自动加1；
S7 在以上各个步骤中，如果所述静止确认计数的累加总和达到3、则可以确认被监测人员处于跌倒状态。
7.根据权利要求6所述的跌倒监测方法，其特征在于：所述监测机器人中的所述控制器(1)控制所述无线通讯模块(8)向被监测人员的监护人发出报警信息；所述控制器(1)通过所述GPS定位模块(10)获得行走车体所处的地理位置后、通过所述无线通讯模块(8)向被监测人员的监护人发出地理位置报警信息；所述控制器(1)控制所述摄像头(11)获得现场实时视频信息、并通过所述视频传输模块(11)将现场实时视频信息发送给被监测人员的监护人，或者通过所述无线通讯模块(8)将现场实时视频信息截图以彩信方式发送给被监测人员的监护人；所述控制器(1)控制所述声光报警模块(9)发出声光报警。
8.根据权利要求6所述的跌倒监测方法，其特征在于：在各个步骤中所述d2长度为0.3m。
9.根据权利要求6所述的跌倒监测方法，其特征在于：在步骤S2中所述监测机器人运动到距离被监测人员检测点0.5 m位置处。
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