CN106181957B - 一种家庭医生机器人及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家庭医生机器人及操作方法，一种家庭医生机器人，它包括机械主体和主控制系统，所述机械主体包括主体结构、头部结构、手臂结构和机身动力结构；所述主控制系统采用主从机体系，主机是基于无线路由器方案的Linux WRTnode2R开发板，从机是基于Atmega328芯片的8位单片机，主控制系统安装在机器人主体结构的机身上；通过将本地区医院、科室以及医生的相关信息导入物联网系统，用户使用家庭医生机器人自带的平板电脑访问URL链接，通过Web浏览器即可获取医疗信息；将自己的症状以短信的形式发送给医生，医生看到短信后第一时间回复，以及与医生建立视频通话连接；家庭医生机器人能够对用户进行体检，医生根据体检数据进行初步诊断，给出合理建议。
Description
技术领域
本发明涉及一种家庭医疗设备，特别是一种家庭医生机器人。
背景技术
我国已经进入老龄化社会，人口老龄化问题将成为我国面临的前所未有的新挑战。目前医疗类机器人大都是在医院里进行诊断或治疗，并且成本昂贵。比如：一套达芬奇手术机器人的成本达到200万美元，约合1300万人民币。随着无线网络带宽的提升，以及大数据、云计算的发展，物联网（IoT）将引发“下一次工业革命”。因此，将物联网与传统医疗相结合的家庭医疗机器人急需研发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种家庭医生机器人及操作方法，通过将本地区医院、科室以及医生的相关信息导入物联网系统，用户使用家庭医生机器人自带的平板电脑访问URL链接，通过Web浏览器即可获取医疗信息；将自己的症状以短信的形式发送给医生，医生看到短信后第一时间回复，以及与医生建立视频通话连接；家庭医生机器人能够对用户进行体检，医生根据体检数据进行初步诊断，给出合理建议；家庭医疗控制平台同时提供娱乐功能——精美舞蹈表演以及对机器人的实时控制。
为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种家庭医生机器人，它包括机械主体和主控制系统，所述机械主体包括主体结构、头部结构、手臂结构和机身动力结构；
所述主控制系统采用主从机体系，主机是基于无线路由器方案的LinuxWRTnode2R开发板，从机是基于Atmega328芯片的8位单片机，主控制系统安装在机器人主体结构的机身上；
所述WRTnode2R开发板通过USB转串口模块和USB hub集线器相连，所述USB hub集线器通过USB转串口同时与Arduino控制器、SIM900A短信模块和32路舵机控制板连接；所述Arduino控制器通过UART与心率传感器相连，所述Arduino控制器通过I2C与体温传感器相连，Arduino控制器数字端口与电机驱动板相连；所述32路舵机控制板的数字端通过PWM与舵机相连；平板电脑通过WiFi与WRTnode2R开发板连接，语音喇叭通过音频功放模块连接在平板电脑的耳机插孔。
所述主控制系统中WRTnode2R开发板搭载OpenWrt开源操作系统，Node.js服务器运行在OpenWrt系统上；WRTnode2R通过USB串口与Arduino控制器、SIM900A短信模块、32路舵机控制板通信，控制舵机群运动，短信的发送以及建立视频通话连接；Arduino控制器输出PWM信号控制直流电机的转动和接收心率和体温数据；32路舵机控制板输出PWM信号控制舵机群的转角；平板电脑的语音通过语音喇叭输出。
所述平板电脑通过Web浏览器访问WRTnode2R上的Web服务器呈现人机交互界面，通过Web浏览器对所在地医院、科室以及医生的相关信息进行介绍，通过Web浏览器的图形界面给医生发送短信或请求视频通话，通过使用机器人自带的医疗传感器进行日常体检，以及实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制；头部结构的头部显示屏是由WRTnode2R发送指令控制，用于机器人面部动态表情的显示。
所述SIM900A短信模块采用双频GSM/GPRS模块；所述32路舵机控制板采用V3.0舵机控制板；所述心率传感器采用PAH8001EI-2G模块；所述体温传感器采用红外MLX90615模块；所述直流电机驱动板采用双路15A大功率电机驱动板；所述音频功放模块采用Realplay数字功放模块。
所述主体结构包括头部结构，所述头部结构固定安装在顶板上，所述顶板固定安装在机身的顶部，所述机身的前面安装有平板电脑，所述机身的侧面安装有左右手臂，所述机身固定安装在底板上，所述底板安装在机架顶部，所述机架左右两端支撑安装在底盘机构上，所述机身的前端安装有语音喇叭。
所述头部结构包括头部显示屏，头部显示屏由头部挡板、支撑条和铜柱支撑固定，头部挡板与第一舵机支架相连，第一舵机固定在第一舵机支架上，第一舵机输出轴的另一端与第二舵机支架相连，第二舵机固定在第三舵机支架上，第二舵机的输出轴连在第二舵机支架上。
所述手臂结构包括手掌，所述手掌连接在第四舵机支架上，第三舵机固定在第四舵机支架上，第三舵机的输出轴与第五舵机支架相连；第五舵机支架通过舵盘与第四舵机的输出轴相连，第四舵机固定在第六舵机支架上；第六舵机支架与第七舵机支架相连，第五舵机固定在第七舵机支架上，第五舵机的输出轴与第八舵机支架相连；第八舵机支架安装在第六舵机的输出轴上，第六舵机固定在第九舵机支架上，第九舵机支架与机身相连。
所述机身动力结构包括履带、直流电机、底板、链轮、轴承、左右侧挡板和前侧挡板，履带与链轮通过链传动啮合连接，链轮固定在直流电机的输出轴上，直流电机通过电机支架固定在底板上，左右侧挡板固定在底板的两侧，轴承固定在左右侧挡板上，前侧挡板固定在底板的前端。
采用任意一项机器人的操作方法，它包括以下步骤：
第一步：使用时，在家庭医生机器人主体和胸部平板电脑的电源开关已经打开的情况下，平板电脑通过WiFi与WRTnode2R进行无线通讯连接，用户通过Web浏览器的人机交互界面实现对机器人的操作；
第二步：用户通过点击Web浏览器上的“首页”、“医院简介”和“医疗服务”按钮，Web浏览器发送GET请求给WRTnode2R端的Node.js服务器，然后Node.js服务器将请求的内容返回给浏览器端，即可获取所在地医院、科室以及医生的相关信息；
第三步：通过点击“短信”按钮，即可进入短信发送页面，将需要发送的短信内容输入到文本框中并点击发送按钮，Web浏览器将短信内容通过POST请求发送给WRTnode2R并转码成Unicode编码，然后将转码后的短信内容发送给SIM900A短信模块，即可实现将短信发送到医生的手机上；
第四步：通过点击“视频通话”按钮图标，即可进入视频通话页面，首先用户端与医生端通过信令服务器建立连接，然后通过STUN/TURN服务器对双方的NAT进行穿透，接下来双方的浏览器将采集到的音视频流发送给另一端，即可实现用户端与医生端的视频通话；
第五步：通过点击“日常体检”按钮，即可进入日常体检页面，并将心率传感器戴在手上和将体温传感器放在额头上。Web浏览器通过轮询的方式发送POST请求给WRTnode2R端，WRTnode2R给Arduino控制器发送指令，Arduino控制器将读取到的心率和体温数据发送给WRTnode2R，并返回给Web浏览器端，心率和体温数据将以图形化的形式显示在页面上；
第六步：通过点击“娱乐功能”按钮，即可进入娱乐功能页面，Web浏览器将机器人的运动信息通过POST请求发送给WRTnode2R，WRTnode2R进而发送给Arduino控制器，进而控制直流电机的转动，实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制。
本发明有如下有益效果：
1、通过将Node.js技术与OpenWrt技术相结合，打造一款家庭医疗控制平台，家庭医生机器人能够对用户进行日常体检以及对体检数据分析，给出合理建议，提高人们的健康指数，让更多的人感受到将物联网与传统医疗相结合的强大之处，更填补服务需求空白，营造一个更加便捷、高效、舒适的家庭医疗环境。家庭医生机器人采用Web浏览器作为人机交互界面，而无需安装专用的APP软件，使得家庭医生机器人的跨平台性和兼容性更好。
2、通过机械主体能够保证机器人自由的移动，进而提高了便捷性，方便了行走不便的病人自动进行身体各项指标的检测，提高了适应性。
3、通过安装平板电脑能够方便的进行人机交互，通过互联网，病人能够通过网页的方式浏览附近医院或者医生信息，进而方便与医生进行信息交流，进而方便的进行初步病情的诊断。
4、通过使用机器人自带的医疗传感器进行日常体检，再将基础数据传输到医生客户端，方便进行远程医疗。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的方案原理图。
图2是本发明的主体结构示意图。
图3是本发明的头部结构示意图。
图4是本发明的手臂结构示意图。
图5是本发明的机身动力结构示意图。
图中：头部结构10、顶板20、左右手臂30、底盘机构40、底板50、机身60、机架70、语音喇叭80、平板电脑90；
头部显示屏101、支撑条102、铜柱103、头部挡板104、第一舵机支架105、第一舵机106、第一舵机106、第二舵机支架107、第三舵机支架108、第二舵机109；
第九舵机支架301、第六舵机302、第八舵机支架303、第五舵机304、第七舵机支架305、第六舵机支架306、第四舵机307、舵盘308、第四舵机支架309、第五舵机支架3010、第三舵机3011、手掌3012；
履带401、直流电机402、底板403、链轮404、轴承406、左右侧挡板405、前侧挡板407。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
如图1-5，一种家庭医生机器人，它包括机械主体和主控制系统，所述机械主体包括主体结构、头部结构、手臂结构和机身动力结构。通过采用上述的机械结构能够方便机器人的移动，通过移动能够方便行走不便的病人身体特征数据的采集，进而对病人的病情进行有效的分析，给病人适当的建议，进而保证了病人的身体健康。
进一步的，所述主控制系统采用主从机体系，主机是基于无线路由器方案的LinuxWRTnode2R开发板，从机是基于Atmega328芯片的8位单片机，主控制系统安装在机器人主体结构的机身60上；
进一步的，所述WRTnode2R开发板通过USB转串口模块和USB hub集线器相连，所述USB hub集线器通过USB转串口同时与Arduino控制器、SIM900A短信模块和32路舵机控制板连接；所述Arduino控制器通过UART与心率传感器相连，所述Arduino控制器通过I2C与体温传感器相连，Arduino控制器数字端口与电机驱动板相连；所述32路舵机控制板的数字端通过PWM与舵机相连；平板电脑90通过WiFi与WRTnode2R开发板连接，语音喇叭80通过音频功放模块连接在平板电脑90的耳机插孔。
进一步的，所述主控制系统中WRTnode2R开发板搭载OpenWrt开源操作系统，Node.js服务器运行在OpenWrt系统上；WRTnode2R通过USB串口与Arduino控制器、SIM900A短信模块、32路舵机控制板通信，控制舵机群运动，短信的发送以及建立视频通话连接；Arduino控制器输出PWM信号控制直流电机402的转动和接收心率和体温数据；32路舵机控制板输出PWM信号控制舵机群的转角；平板电脑90的语音通过语音喇叭80输出。
进一步的，所述平板电脑90通过Web浏览器访问WRTnode2R上的Web服务器呈现人机交互界面，通过Web浏览器对所在地医院、科室以及医生的相关信息进行介绍，通过Web浏览器的图形界面给医生发送短信或请求视频通话，通过使用机器人自带的医疗传感器进行日常体检，以及实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制；头部结构的头部显示屏101是由WRTnode2R发送指令控制，用于机器人面部动态表情的显示。
进一步的，所述SIM900A短信模块采用双频GSM/GPRS模块；所述32路舵机控制板采用V3.0舵机控制板；所述心率传感器采用PAH8001EI-2G模块；所述体温传感器采用红外MLX90615模块；所述直流电机驱动板采用双路15A大功率电机驱动板；所述音频功放模块采用Realplay数字功放模块。通过SIM900A短信模块方便了病人与医护人员之间的短信沟通交流。
进一步的，所述主体结构包括头部结构10，所述头部结构10固定安装在顶板20上，所述顶板20固定安装在机身60的顶部，所述机身60的前面安装有平板电脑90，所述机身60的侧面安装有左右手臂30，所述机身60固定安装在底板50上，所述底板50安装在机架70顶部，所述机架70左右两端支撑安装在底盘机构40上，所述机身60的前端安装有语音喇叭80。
进一步的，所述头部结构10包括头部显示屏101，头部显示屏101由头部挡板104、支撑条102和铜柱103支撑固定，头部挡板104与第一舵机支架105相连，第一舵机106固定在第一舵机支架105上，第一舵机106输出轴的另一端与第二舵机支架107相连，第二舵机109固定在第三舵机支架108上，第二舵机109的输出轴连在第二舵机支架107上。
进一步的，所述手臂结构包括手掌3012，所述手掌3012连接在第四舵机支架309上，第三舵机3011固定在第四舵机支架309上，第三舵机3011的输出轴与第五舵机支架3010相连；第五舵机支架3010通过舵盘308与第四舵机307的输出轴相连，第四舵机307固定在第六舵机支架306上；第六舵机支架306与第七舵机支架305相连，第五舵机304固定在第七舵机支架305上，第五舵机304的输出轴与第八舵机支架303相连；第八舵机支架303安装在第六舵机302的输出轴上，第六舵机302固定在第九舵机支架301上，第九舵机支架301与机身60相连。通过手臂结构能够在各个舵机的控制下完成预先设定的动作，实现简单的机器人舞蹈表演动作，保证了机器人的可娱乐性，提高了娱乐效果。
进一步的，所述机身动力结构包括履带401、直流电机402、底板403、链轮404、轴承406、左右侧挡板405和前侧挡板407，履带401与链轮404通过链传动啮合连接，链轮404固定在直流电机402的输出轴上，直流电机402通过电机支架固定在底板403上，左右侧挡板405固定在底板403的两侧，轴承406固定在左右侧挡板405上，前侧挡板407固定在底板403的前端。通过机身动力结构能够保证机器人的正常移动和行走，工作过程中通过直流电机402驱动链轮404通过链轮404驱动履带401进行行走。
实施例2：
采用任意一项机器人的操作方法，它包括以下步骤：
第一步：使用时，在家庭医生机器人主体和胸部平板电脑的电源开关已经打开的情况下，平板电脑通过WiFi与WRTnode2R进行无线通讯连接，用户通过Web浏览器的人机交互界面实现对机器人的操作；
第二步：用户通过点击Web浏览器上的“首页”、“医院简介”和“医疗服务”按钮，Web浏览器发送GET请求给WRTnode2R端的Node.js服务器，然后Node.js服务器将请求的内容返回给浏览器端，即可获取所在地医院、科室以及医生的相关信息；
第三步：通过点击“短信”按钮，即可进入短信发送页面，将需要发送的短信内容输入到文本框中并点击发送按钮，Web浏览器将短信内容通过POST请求发送给WRTnode2R并转码成Unicode编码，然后将转码后的短信内容发送给SIM900A短信模块，即可实现将短信发送到医生的手机上；
第四步：通过点击“视频通话”按钮图标，即可进入视频通话页面，首先用户端与医生端通过信令服务器建立连接，然后通过STUN/TURN服务器对双方的NAT进行穿透，接下来双方的浏览器将采集到的音视频流发送给另一端，即可实现用户端与医生端的视频通话；
第五步：通过点击“日常体检”按钮，即可进入日常体检页面，并将心率传感器戴在手上和将体温传感器放在额头上。Web浏览器通过轮询的方式发送POST请求给WRTnode2R端，WRTnode2R给Arduino控制器发送指令，Arduino控制器将读取到的心率和体温数据发送给WRTnode2R，并返回给Web浏览器端，心率和体温数据将以图形化的形式显示在页面上；
第六步：通过点击“娱乐功能”按钮，即可进入娱乐功能页面，Web浏览器将机器人的运动信息通过POST请求发送给WRTnode2R，WRTnode2R进而发送给Arduino控制器，进而控制直流电机的转动，实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制。
通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (8)
1.一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于，它包括以下步骤：
第一步：使用时，在家庭医生机器人主体和胸部平板电脑的电源开关已经打开的情况下，平板电脑通过WiFi与WRTnode2R进行无线通讯连接，用户通过Web浏览器的人机交互界面实现对机器人的操作；
第二步：用户通过点击Web浏览器上的“首页”、“医院简介”和“医疗服务”按钮，Web浏览器发送GET请求给WRTnode2R端的Node.js服务器，然后Node.js服务器将请求的内容返回给浏览器端，即可获取所在地医院、科室以及医生的相关信息；
第三步：通过点击“短信”按钮，即可进入短信发送页面，将需要发送的短信内容输入到文本框中并点击发送按钮，Web浏览器将短信内容通过POST请求发送给WRTnode2R并转码成Unicode编码，然后将转码后的短信内容发送给SIM900A短信模块，即可实现将短信发送到医生的手机上；
第四步：通过点击“视频通话”按钮图标，即可进入视频通话页面，首先用户端与医生端通过信令服务器建立连接，然后通过STUN/TURN服务器对双方的NAT进行穿透，接下来双方的浏览器将采集到的音视频流发送给另一端，即可实现用户端与医生端的视频通话；
第五步：通过点击“日常体检”按钮，即可进入日常体检页面，并将心率传感器戴在手上和将体温传感器放在额头上，Web浏览器通过轮询的方式发送POST请求给WRTnode2R端，WRTnode2R给Arduino控制器发送指令，Arduino控制器将读取到的心率和体温数据发送给WRTnode2R，并返回给Web浏览器端，心率和体温数据将以图形化的形式显示在页面上；
第六步：通过点击“娱乐功能”按钮，即可进入娱乐功能页面，Web浏览器将机器人的运动信息通过POST请求发送给WRTnode2R，WRTnode2R进而发送给Arduino控制器，进而控制直流电机的转动，实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制；
所述家庭医生机器人，它包括机械主体和主控制系统，所述机械主体包括主体结构、头部结构、手臂结构和机身动力结构；
所述主控制系统采用主从机体系，主机是基于无线路由器方案的Linux WRTnode2R开发板，从机是基于Atmega328芯片的8位单片机，主控制系统安装在机器人主体结构的机身（60）上；
所述WRTnode2R开发板通过USB转串口模块和USB hub集线器相连，所述USB hub集线器通过USB转串口同时与Arduino控制器、SIM900A短信模块和32路舵机控制板连接；所述Arduino控制器通过UART与心率传感器相连，所述Arduino控制器通过I2C与体温传感器相连，Arduino控制器数字端口与电机驱动板相连；所述32路舵机控制板的数字端通过PWM与舵机相连；平板电脑（90）通过WiFi与WRTnode2R开发板连接，语音喇叭（80）通过音频功放模块连接在平板电脑（90）的耳机插孔。
2.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述主控制系统中WRTnode2R开发板搭载OpenWrt开源操作系统，Node.js服务器运行在OpenWrt系统上；WRTnode2R通过USB串口与Arduino控制器、SIM900A短信模块、32路舵机控制板通信，控制舵机群运动，短信的发送以及建立视频通话连接；Arduino控制器输出PWM信号控制直流电机（402）的转动和接收心率和体温数据；32路舵机控制板输出PWM信号控制舵机群的转角；平板电脑（90）的语音通过语音喇叭（80）输出。
3.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述平板电脑（90）通过Web浏览器访问WRTnode2R上的Web服务器呈现人机交互界面，通过Web浏览器对所在地医院、科室以及医生的相关信息进行介绍，通过Web浏览器的图形界面给医生发送短信或请求视频通话，通过使用机器人自带的医疗传感器进行日常体检，以及实现机器人的舞蹈表演和对机器人的实时控制；头部结构的头部显示屏（101）是由WRTnode2R发送指令控制，用于机器人面部动态表情的显示。
4.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述SIM900A短信模块采用双频GSM/GPRS模块；所述32路舵机控制板采用V3.0舵机控制板；所述心率传感器采用PAH8001EI-2G模块；所述体温传感器采用红外MLX90615模块；所述直流电机驱动板采用双路15A大功率电机驱动板；所述音频功放模块采用Realplay数字功放模块。
5.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述主体结构包括头部结构（10），所述头部结构（10）固定安装在顶板（20）上，所述顶板（20）固定安装在机身（60）的顶部，所述机身（60）的前面安装有平板电脑（90），所述机身（60）的侧面安装有左右手臂（30），所述机身（60）固定安装在底板（50）上，所述底板（50）安装在机架（70）顶部，所述机架（70）左右两端支撑安装在底盘机构（40）上，所述机身（60）的前端安装有语音喇叭（80）。
6.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述头部结构（10）包括头部显示屏（101），头部显示屏（101）由头部挡板（104）、支撑条（102）和铜柱（103）支撑固定，头部挡板（104）与第一舵机支架（105）相连，第一舵机（106）固定在第一舵机支架（105）上，第一舵机（106）输出轴的另一端与第二舵机支架（107）相连，第二舵机（109）固定在第三舵机支架（108）上，第二舵机（109）的输出轴连在第二舵机支架（107）上。
7.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述手臂结构包括手掌（3012），所述手掌（3012）连接在第四舵机支架（309）上，第三舵机（3011）固定在第四舵机支架（309）上，第三舵机（3011）的输出轴与第五舵机支架（3010）相连；第五舵机支架（3010）通过舵盘（308）与第四舵机（307）的输出轴相连，第四舵机（307）固定在第六舵机支架（306）上；第六舵机支架（306）与第七舵机支架（305）相连，第五舵机（304）固定在第七舵机支架（305）上，第五舵机（304）的输出轴与第八舵机支架（303）相连；第八舵机支架（303）安装在第六舵机（302）的输出轴上，第六舵机（302）固定在第九舵机支架（301）上，第九舵机支架（301）与机身（60）相连。
8.根据权利要求1所述的一种家庭医生机器人的操作方法，其特征在于：所述机身动力结构包括履带（401）、直流电机（402）、底板（403）、链轮（404）、轴承（406）、左右侧挡板（405）和前侧挡板（407），履带（401）与链轮（404）通过链传动啮合连接，链轮（404）固定在直流电机（402）的输出轴上，直流电机（402）通过电机支架固定在底板（403）上，左右侧挡板（405）固定在底板（403）的两侧，轴承（406）固定在左右侧挡板（405）上，前侧挡板（407）固定在底板（403）的前端。
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