CN104622655B - 一种用于康复护理机器人床的控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于康复护理机器人床的控制方法和设备，康复护理机器人床用于对患者进行康复护理，康复护理机器人床包括多个运动部件，方法包括步骤：A.根据患者需求设定各运动部件的翻转速度；B.接收动作指令；C.根据动作指令生成各运动部件的翻转动作，并控制各运动部件执行相应翻转动作。与现有技术相比，本发明具有控制舒适、可减少医护人员以及解放劳动力等优点。

Description

一种用于康复护理机器人床的控制方法和设备

技术领域

本发明涉及一种集中操作分散控制模式的建立，尤其是涉及一种用于康复护理机器人床的控制方法和设备。

背景技术

目前，随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，城市人口正逐步进入老龄化，人口老龄化/高龄化带来的一个直接影响就是老龄人护理需求的增加，康复护理机器人床的产生及发展为老年人和长期卧床的病人提供了必要的帮助，同时，康复护理机器人床在医院以及康复中心也得到了广泛的应用。但是，就目前现状而言，在医院以及康复中心，医护人员对机器人床的管理模式仍旧是一对一的管理模式。对于患者的生理需求，需要医护人员到现场进行处理，这样，不仅工作效率比较低，而且消耗大量劳动力，不能实现单医护人员同时对多个病房的多台机器人床的状态监视和控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以减少医护人员，解放劳动力的用于康复护理机器人床的控制方法和设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于康复护理机器人床的控制方法，所述康复护理机器人床用于对患者进行康复护理，所述康复护理机器人床包括多个运动部件，所述方法包括步骤：

A.根据患者需求设定各运动部件的翻转速度；

B.接收动作指令；

C.根据动作指令生成各运动部件的翻转动作，并控制各运动部件执行相应翻转动作。

所述步骤B中动作指令产生方式包括床体指令按钮发送、控制终端发送和人脸识别三种方式，所述床体指令按钮发送方式具体为：床体指令按钮发送动作指令；

所述控制终端发送方式具体为：控制终端发送动作指令；

所述人脸识别方式包括步骤：

B1.捕捉患者的人脸表情视频，并在视频中进行多次截图从而生成多张表情图片；

B2.对每一张表情图片进行人脸表情识别，并得到每一张表情图片的识别结果；

B3.选择出现次数最多的识别结果作为人脸表情识别结果；

B4.根据人脸表情识别结果得到对应的动作指令。

当有多个动作指令发出时，根据预先设置的优先级和响应机制选择其中优先级最高的一个动作指令执行。

所述优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置，所述患者类型包括优先级由高到低依次排列的患者病情、患者年龄和患者性别，信号级别包括优先级由高到低依次排列的急停、机旁、中控、生理、护理和遥控，触发部位包括优先级由高到低依次排列的头部、神经、身体、腿部、骨骼和体表。

所述患者病情包括优先级由高到低依次排列的甲、乙、丙，所述患者年龄优先级按年龄降序排列，所述患者性别包括优先级由高到低依次排列的女和男。

所述步骤C具体包括步骤：

C1.虚拟现实操作系统将动作指令分解为多个依次排列的分解动作，所述每个分解动作均由一个或多个运动部件的翻转动作组成；

C2.虚拟现实操作系统控制各运动部件按照设定的翻转速度依次执行相应的翻转动作。

所述步骤C2中，运动部件执行翻转动作的同时，虚拟现实操作系统实时显示康复护理机器人床的动态图像。

一种用于康复护理机器人床的控制设备，包括用于对患者进行康复护理的康复护理机器人床，所述康复护理机器人床包括多个运动部件，所述设备还包括驱动装置、服务器和多个控制终端，所述服务器上装有虚拟现实操作系统，所述多个控制终端均与服务器连接，所述服务器通过驱动装置与多个运动部件连接。

所述康复护理机器人床包括用于捕捉患者人脸表情视频的摄像头，所述摄像头与服务器连接，所述康复护理机器人床上设有床体指令按钮。

所述控制终端包括用于显示康复护理机器人床动态图像的显示装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)由于根据患者需求设定了各运动部件的翻转速度，因而可以最大限度地使患者感到舒适。

2)动作指令除了通过床体指令按钮和控制终端发出外还有通过人脸表情识别的途径，可以在无人照看时，通过智能方式满足患者的部分需求。

3)人脸表情识别采集了多张表情图像，增大样本数，提高了表情识别的准确度。

4)当有多个动作指令发出时，通过预先设定的优先级选择一个动作指令执行，可以有效保证康复护理机器人床的动作唯一性，同时也对于动作的轻重缓急做出了顺序上的划分。

5)虚拟现实操作系统以及控制终端与康复护理机器人床在空间上分离，因此使得单医护人员在总监控室监视多个病房多台康复护理机器人床的状态，实现康复护理机器人床的集中操作和分散控制，提高了医护人员工作效率，减少了劳动力。

6)虚拟现实操作系统实时显示康复护理机器人床的动态图像，医护人员可以在总监控室查看到康复护理机器人床的状态，方便医护人员管理。

7)将一个动作指令分解为多个分解动作，因而可以在对分解动作进行设计，从而提高翻转过程中患者的舒适感。

附图说明

图1为本发明方法的主要步骤流程图；

图2为本发明设备的结构示意图；

图3为3D点投影到2D平面的原理图；

其中：1、康复护理机器人床，2、驱动装置，3、服务器，4、控制终端，11、运动部件，12、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

建立用于一种用于控制康复护理机器人床动作的虚拟现实操作系统，本实施例中，虚拟现实操作系统3以C#语言作为背景程序语言编写，在虚拟现实操作系统3中，其逻辑信号与康复护理机器人床的状态一致，可以实现康复和护理多种功能的实时动态切换。

形成一种用于康复护理机器人床的控制设备，包括用于对患者进行康复护理的康复护理机器人床1，其特征在于，康复护理机器人床包括多个运动部件11，设备还包括驱动装置2、服务器3和多个控制终端4，服务器3上装有虚拟现实操作系统，多个控制终端4均与服务器3连接，服务器3通过驱动装置2与多个运动部件11连接。

驱动装置2可以是嵌入式系统，驱动装置2通过串口与装有虚拟现实操作系统的服务器3连接，实现了虚拟现实操作系统与嵌入式系统的对接，为实时响应患者的动态需求奠定了基础，并且通过控制终端4可以实现远程监控。

康复护理机器人床1包括用于捕捉患者人脸表情视频的摄像头12，摄像头12与服务器3连接，康复护理机器人床1设有床体指令按钮。

控制终端4包括用于显示康复护理机器人床1动态图像的显示装置。

一种用于康复护理机器人床的控制方法，康复护理机器人床用于对患者进行康复护理，康复护理机器人床包括多个运动部件，方法包括步骤：

A.根据患者需求设定各运动部件的翻转速度，不同的患者可以选择不同的翻转速度，有的患者比较虚弱，可以将速度调成慢速；

B.接收动作指令；

步骤B中动作指令产生方式包括床体指令按钮发送、控制终端4发送和人脸识别三种方式，床体指令按钮发送方式具体为：床体指令按钮发送动作指令；

控制终端4发送方式具体为：控制终端4发送动作指令；

人脸识别方式包括步骤：

B1.捕捉患者的人脸表情视频，并在视频中进行多次截图从而生成多张表情图片；

B2.对每一张表情图片进行人脸表情识别，并得到每一张表情图片的识别结果；

B3.选择出现次数最多的识别结果作为人脸表情识别结果，因为从视频中截取了多张图片，并且多张图片之间的时间间隔很小，因此可以认为多张图片中患者的需求相同，即表情相同，故可以提高表情识别的准确度；

B4.根据人脸表情识别结果得到对应的动作指令。

例如，在这个系统中，人脸表情识别结果包括高兴、着急、急躁，其中，我们设置高兴的表情代表支背功能，着急的表情代表坐便功能，急躁的表情代表翻身功能等，人脸表情识别结果对应的动作指令可以根据不同的患者进行设置。

动作指令包括护理操作指令和康复操作指令，护理操作主要有支背及安全防护、上曲腿、下曲腿、左翻、左侧背部护理、左侧腰部护理、左侧腿部护理、右翻、右侧背部护理、右侧腰部护理、右侧腿部护理和智能坐便器，康复操作主要有肢体康复训练和肌肉康复训练。

当有多个控制终端4同时向虚拟现实操作系统发出动作指令时，虚拟现实操作系统根据预先设置的优先级和响应机制选择其中优先级最高的一个动作指令执行。

优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置，患者类型包括优先级由高到低依次排列的患者病情、患者年龄和患者性别，信号级别包括优先级由高到低依次排列的急停、机旁、中控、生理、护理和遥控，触发部位包括优先级由高到低依次排列的头部、神经、身体、腿部、骨骼和体表。

患者病情包括优先级由高到低依次排列的甲、乙、丙，患者年龄优先级按年龄降序排列，患者性别包括优先级由高到低依次排列的女和男。

C.根据动作指令生成各运动部件的翻转动作，并控制各运动部件执行相应翻转动作，具体包括步骤：

C1.虚拟现实操作系统将动作指令分解为多个依次排列的分解动作，每个分解动作均由一个或多个运动部件11的翻转动作组成；

C2.虚拟现实操作系统控制各运动部件11按照设定的翻转速度依次执行相应的翻转动作。

运动部件11包括背部、腰部、腿部运动部件，上身左侧、中部、右侧运动部件，下身左侧、中部、右侧运动部件。

一个动作指令在执行时被分解为多个分解动作，例如右侧背部护理的动作指令可以分解为：

第一步：上身和下身右侧运动部件先翻转一定角度，防止患者发生侧滑，起到保护作用；第二步：上身和下身中间运动部件反方向翻转一定的角度，实现患者的右侧翻身；第三步：背部运动部件翻转，进而可以实现对患者的右侧腰部进行护理。

其他的动作指令可以参照右侧背部护理的动作指令分解方法执行。

步骤C2中，运动部件11执行翻转动作的同时，虚拟现实操作系统实时生成康复护理机器人床1的动态图像，并在控制终端4的显示装置中显示。

康复护理机器人床1的运动部件11的翻转动画的实现是以数学几何原理为背景，首先，对于每一个床板，根据运动部件11翻转的方向以及角度，选择部运动11上的一个点p₁(x₁,y₁,z₁)作为固定点，则点p₁(x₁,y₁,z₁)位于3D空间中，该点可以绕任意轴旋转，任意轴可以用一个起点或一个方向向量来表示，那么该点绕任意轴旋转就可以先将此旋转轴移到原点处并通过原点，然后该点再绕此轴旋转，计算点绕通过原点的轴的向量旋转任意角度后的新点。假设空间单位向量为(r_x,r_y,r_z)，φ为旋转的角度，那么旋转矩阵如下：

不同的空间单位向量(r_x,r_y,r_z)代表不同的旋转轴，在确定旋转矩阵之后，则3D空间中的点p₁(x₁,y₁,z₁)绕任意轴旋转之后的坐标为p₂(x₂,y₂,z₂)＝(x₁,y₁,z₁)×R。然后再根据部件翻转的方向，选择该点p₁(x₁,y₁,z₁)所在的一条边作为固定的旋转轴，此时，将旋转轴固定，最后再确定部件旋转角度的起点与终点，该角度可以人为设定，角度的选取完全取决于患者的生理需求。

上述方法是在三维空间中实现的，而虚拟现实系统3中的运动部件11翻转动画的界面是二维平面，此时，要将三维空间中的点投影到二维平面中，具体方法如下：

然后将3D数据的点坐标投影到2D平面上，数学几何原理如图3所示，屏幕由x轴坐标法向量y轴坐标法向量构成(屏幕无法显示负坐标，所以最后还要在计算好的位置上加一个偏移值)，点p是投影到屏幕上的空间中一点，点c是已经在屏幕上投影好的点，a与b是对应的屏幕坐标。屏幕在原点处的法向量此时投影到屏幕上的点c在向量与(原点与点p所构成的向量)所构成的平面与屏幕的交线上，交线向量为向量与所构成的平面法向量根据定理则向量求在中的投影向量为：

在与投影向量的模长分别为其x轴坐标和，y轴坐标，由于向量的模长始终是正数(原来的负值变成了正值)，可以采取先求出与的夹角的余弦值：

与的夹角的余弦值：

再乘以模长，最后得到此时(x,y)就是点p映射到屏幕的坐标，从而实现了3D数据点的坐标映射到2D平面上。

Claims (6)

1.一种用于康复护理机器人床的控制方法，所述康复护理机器人床用于对患者进行康复护理，其特征在于，所述康复护理机器人床包括多个运动部件，所述方法包括步骤：

A.根据患者需求设定各运动部件的翻转速度，

B.接收动作指令，

C.根据动作指令生成各运动部件的翻转动作，并控制各运动部件执行相应翻转动作；

当有多个动作指令发出时，根据预先设置的优先级和响应机制选择其中优先级最高的一个动作指令执行；

所述优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置，所述患者类型包括优先级由高到低依次排列的患者病情、患者年龄和患者性别，信号级别包括优先级由高到低依次排列的急停、机旁、中控、生理、护理和遥控，触发部位包括优先级由高到低依次排列的头部、神经、身体、腿部、骨骼和体表；

所述步骤C具体包括步骤：

C1.虚拟现实操作系统将动作指令分解为多个依次排列的分解动作，所述每个分解动作均由一个或多个运动部件的翻转动作组成，

C2.虚拟现实操作系统控制各运动部件按照设定的翻转速度依次执行相应的翻转动作；

所述步骤C2中，运动部件执行翻转动作的同时，虚拟现实操作系统实时显示康复护理机器人床的动态图像。

2.根据权利要求1所述的一种用于康复护理机器人床的控制方法，其特征在于，所述步骤B中动作指令产生方式包括床体指令按钮发送、控制终端发送和人脸识别三种方式，所述床体指令按钮发送方式具体为：床体指令按钮发送动作指令；

所述控制终端发送方式具体为：控制终端发送动作指令；

所述人脸识别方式包括步骤：

B1.捕捉患者的人脸表情视频，并在视频中进行多次截图从而生成多张表情图片；

B2.对每一张表情图片进行人脸表情识别，并得到每一张表情图片的识别结果；

B3.选择出现次数最多的识别结果作为人脸表情识别结果；

B4.根据人脸表情识别结果得到对应的动作指令。

3.根据权利要求1所述的一种用于康复护理机器人床的控制方法，其特征在于，所述患者病情包括优先级由高到低依次排列的甲、乙、丙，所述患者年龄优先级按年龄降序排列，所述患者性别包括优先级由高到低依次排列的女和男。

4.一种实现如权利要求1所述的用于康复护理机器人床的控制方法的控制设备，包括用于对患者进行康复护理的康复护理机器人床，其特征在于，所述康复护理机器人床包括多个运动部件，所述设备还包括驱动装置、服务器和多个控制终端，所述服务器上装有虚拟现实操作系统，所述多个控制终端均与服务器连接，所述服务器通过驱动装置与多个运动部件连接。

5.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述康复护理机器人床包括用于捕捉患者人脸表情视频的摄像头，所述摄像头与服务器连接，所述康复护理机器人床上设有床体指令按钮。

6.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述控制终端包括用于显示康复护理机器人床动态图像的显示装置。