CN107024934A - 一种基于云平台的医院服务机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云平台的医院服务机器人及方法，机器人上设置有多个盛放不同医药物资的柜体；机器人根据指定的行走路线，并结合超声波传感器的数据，实时更新规划的行走路线，将医药物资送入指定目的地，接收指纹识别装置的采集信息，并进行识别后通过无线通讯模块传输给云平台，接收云平台传输的识别信息确定对应医护工作者的信息后，打开相应的柜体，实现医药物资的自动领取分发。本发明可大大降低护士的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于云平台的医院服务机器人及方法。
背景技术
在中国“看病难，看病贵”长久以来困扰医疗机构和病患，其中不乏大量的医疗人力资源耗费。在我们实际调研过程中，医院由于高峰期人流大，护士有1/3时间浪费在领取医疗物资过程和等待电梯。
以妇产科为例每天一个产妇大约需要8～12瓶液体，以每层20间病房，每间3个病患计算，护士需要领取700瓶液体左右，来来回回需要5公里左右，再加上其他特殊情况，其劳动强度可想而知。一天下来护士几乎没有太多时间真正发挥护士专业的本身价值，大部分时间确是花在医疗物资的领取分发上面，劳动强度大而且医护质量不能得到保证，同时造成人力资源的浪费。
因此，急需一种能够降低医护工作者的劳动强度，提高病人的就诊医护质量。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于云平台的医院服务机器人及方法，本发明能够解决医疗物资的领取分发的相关问题，为医院的药物运输提供一种简单、方便智能的服务机器人。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于云平台的医院服务机器人，包括机器人本体和行走机构，机器人本体的底端设置行走机构，所述行走机构具备激光导航模块，承载机器人本体按照指定行走路线行走；
所述机器人本体包括壳体、控制器、无线通讯模块、超声波传感器和指纹识别装置，其中：
所述壳体上设置有多个盛放不同医药物资的柜体；
所述超声波传感器设置于壳体外侧，检测机器人本体周围是否存在障碍物，以及距离目标位置的距离，并将其采集数据传输给控制器；
所述指纹识别装置设置于壳体外侧，采集指纹并输入控制器；
所述控制器，接收指定行走路线，并结合超声波传感器的数据，实时更新规划的行走路线，将医药物资送入指定目的地，接收指纹识别装置的采集信息，并进行识别后通过无线通讯模块传输给云平台，接收云平台传输的识别信息确定对应医护工作者的信息后，打开相应的柜体，实现医药物资的自动领取分发。
这样的设计，使得医护工作者不用自己跑动，只要准备好医护物资，指示机器人带着物资到达相关科室，根据指纹识别保证物资的正确性和安全性。
进一步的，所述控制器与电源系统连接，电源系统具有监控模块以监控电池的电量，当电池的电量低于预设电量时，上位机发出信号控制所述驱动装置驱动机器人移动至设置的充电处自动充电。
进一步的，壳体外侧设有多个沿壳体周向均匀分布的超声波传感器，每个超声波传感器的输出均与下位机相连。可以检测机器人周围障碍物、测量目的地方位与距离，若前方有障碍物，则重新规划路径。
进一步的，所述机器人本体在移动的过程中，超声波传感器不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，进行减速并转换方向。最终达到较好的避障效果。
进一步的，所述行走机构为轮式行走机构，包括一底盘，底盘中部设有两个通过旋转轴连接的主动轮，底盘的四个角分别设有一个从动轮。
进一步的，所述机器人本体还设有RGBD摄像机，用于检测机器人行走过程中的环境图像，并将结果发送至激光雷达传感器，激光雷达传感器采用创建地图方式驱动机器人行走，激光雷达可以在室内绘制地图，用于机器自身以及对周边物体的定位，实现了机器人路径规划以及避障的功能。
进一步的，所述机器人本体利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，得到机器人的坐标位置。
进一步的，所述机器人本体还设有UWB定位标签，与设置在医院中各个位置处的UWB定位锚点相对应，所述UWB定位标签接收UWB定位锚点发射的信号，并传输给控制器，所述控制器根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。通过利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。
进一步的，所述控制器与电源系统连接，电源系统具有监控模块以监控电池的电量，当电池的电量低于预设电量时，上位机发出信号控制所述驱动装置驱动机器人移动至设置的充电处自动充电。
进一步的，所述机器人本体上还设置有麦克风阵列及语音系统，采集声音，采集的声音通过语音识别引擎，进行人机对话或发出报警信息。更好的进行信息确认和预警。
进一步的，各个柜体有唯一对应的ID，控制器通过ID号码识别并区分相应的柜体，进而对柜体中相应物资进行识别和区分。
基于上述机器人的工作方法，将医药物资放置到柜体内，并进行标记，设置每个柜体的目的地，将任务信息通过网络发送到云平台，机器人根据主控单元所存储的医院大楼地图以及激光雷达传感器和UWB定位标签在医院大楼内行走，当遇到障碍物时，机器人减速并转换方向，机器人到达目的地后，采集医生或护士的指纹信息，信息匹配后相应的柜体解锁。
进一步的，至少楼梯口两侧、电梯口两侧以及电梯内部四面各设置有UWB定位锚点，以方便机器人上下楼，机器人通过红外遥控方式对电梯门开关、楼层升降进行控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用UWB定位技术与激光雷达传感器相结合的定位技术，UWB定位在遮挡的情况下仍然可以进行，两者结合起来使该系统定位的可靠性和精度较高；
(2)机器人在移动的过程中，超声波不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，机器人会根据算法实现减速并转换方向，最终达到较好的避障效果；
(3)各个柜体有唯一对应的ID，控制器通过ID号码识别并区分相应的柜体，进而对柜体中相应物资进行识别和区分，同时利用医护工作者的指纹进行解锁，有助于保证物资投递的正确性和安全性；
(4)功能齐全、方便智能，通过网络发送到云服务器，利用存储在服务器的识别算法和信息库，提高服务的准确度和医院自动化水平。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的智能配送机器人结构图；
图2为本发明的底盘结构图。
其中：1-高清摄像头；2-显示屏；3-密码按键；4-指纹识别装置；5-自动抽屉；6-超声波传感器；7-从动轮；8-主动轮；9-驱动装置；10-机器人行走电机；11-无线通讯模块；12-语音系统；13-电源及电源系统；14-激光雷达传感器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在医护工作者的劳动强度大，病人的就诊医护质量低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了基于云平台的医院服务机器人。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，主要由服务机器人、云平台、用户终端等部分组成。所述云平台主要由无线通信单元、云服务器、调度管理单元等部分组成；所述服务机器人主要由控制器、运动控制单元、自主导航及定位单元、无线通信单元等部分组成，采用无线通信的方式与云平台进行通信，应用激光雷达和UWB确定其在空间中的实时位置进行自主导航及定位；所述用户终端采用无线通信的方式与云平台进行通信，采用以太网与服务机器人进行通信，用于显示服务机器人运行状态及实时收发用户交互操作指令。
所述的基于云平台的医院服务机器人包括机器人的行走机构，所述的行走机构由四个万向轮和两个驱动轮以及驱动电机组成，两个驱动轮通过电机驱动其转动，电机与电机驱动器相连；所述的电机驱动器与控制器相连。
进一步的用户终端位于显示屏内，用于显示服务机器人运行状态及实时收发用户交互操作指令。
指纹识别装置，用于采集指纹信息。
激光雷达传感器，用于扫描、检测环境信息。
超声波传感器，用于检测障碍物并实现自主避障。
UWB定位标签接收UWB定位锚点发射的信号。激光雷达传感器可以实现环境地图的创建和机器人的实时定位，再通过与UWB定位信息的数据融合，最终达到机器人高精度的定位。
云平台运输机器人利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，得到机器人的坐标位置；
位于底盘工控机的UWB定位标签通过接收来自空间中不同位置的多个锚点的测距信息，根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。这样通过将机器人利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。
机器人在移动的过程中，超声波不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，机器人会根据算法实现减速并转换方向，最终达到较好的避障效果。
医院云平台服务机器人指纹识别的方法，如下：
机器人机体上的指纹识别装置用于采集指纹信息，传递给控制器，其次，控制器对指纹进行识别，确立相关人指纹信息，然后，与控制器相连接的无线通信模块接收控制器发来的识别信号，并将识别信号打包上传到云端服务器，云服务接收到由无线通信装置发送来的识别信号，通过服务器中运行的指纹匹配识别算法将特征值信号与服务器内预先存储的对应人物的信息进行处理和比较，如果识别出医务人员，则可以开启机器人的柜子，取走药物；若识别信息无法与信息库的身份信息成功匹配，说明是非医务人员，则机器人会语音播放警告信息。
云平台服务机器人自动进入电梯的方法，如下：
机器人上下楼梯时，机器人依靠固定在门口两侧的uwb锚点准确定位走到电梯门口指定位置，机器人到达位置点后停止，服务机器人通过红外遥控方式对电梯门开关、楼层升降等进行控制，并将电梯运行的开关信息、楼层信息等传送到云平台。当电梯到达开门时，超声波传感器会测量是否有障碍物，当有人或者有障碍物时，机器人会等待下一次电梯，会把指令在发送给云平台，云平台会再一次重复刚刚的指令给电梯装置，直达进入电梯，电梯内部四面依次固定有4个uwb锚点，机器人会进入电梯内指定位置，到达所要去的楼层后，这在地图上也是一个位置点，机器人会按照所存储的地图行驶到目的地，依次执行任务，直到最后返回出发地。
用户终端用于实时收发用户的交互操作指令并实时显示执行用户命令的机器人的位置信息；服务机器人的控制器，连接有行走机构、激光雷达、电源、显示屏、无线模块、UWB等，用于收发来自云平台的操作命令，规划输送任务，监控运动控制单元、自主导航及定位单元、无线通信单元等；服务机器人的运动控制单元，用于控制机器人的行走机构，并为机器人控制器传输机器人的运动控制参数等信息；服务机器人的自主导航及定位单元，由激光雷达和UWB组成，用于确定机器人在空间中的实时位置，以进行自主导航及定位；服务机器人无线通信单元，用于机器人与云平台及用户终端的信息交互和信号传送；用户终端与云平台之间通过无线WiFi通信来传输信息。
云平台服务机器人具体包括：在机体内部的主控制单元作为机器人的主控装置；在前方表面嵌入1块触摸显示屏，显示屏用于运行上位机服务程序并作为人机交互的主界面，通过线路与控制器相连接；机身顶部有1个高清摄像头，通过导线连接到控制器；机身两侧位置各有1台音箱，通过导线连接到控制器；外壳正下方水平分布3对超声波传感器，通过导线连接到控制器。
一个激光雷达、3个UWB定位锚点和1个集成在工控机内的UWB定位标签共同构成了自主导航和定位单元，激光雷达传感器可以实现环境地图的创建和机器人的实时定位，再通过与UWB定位信息的数据融合，最终达到机器人高精度的定位。
移动底盘作为机器人的行走机构，包括2个双向驱动轮和4个万向从动轮，并设置有两个电机驱动器，保证机器人快速、精确地移动。
采用UWB定位技术与激光雷达传感器相结合的定位技术，UWB定位在遮挡的情况下仍然可以进行，两者结合起来使该系统定位的可靠性和精度较高。具体实现步骤为：机器人利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，可以到机器人的坐标位置。在此基础上，位于底盘SLAM主机的UWB标签通过接收来自空间中不同位置的3个(或更多)锚点的测距信息，根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。这样通过将机器人利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。此外，机器人在移动的过程中，超声波不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，机器人会根据算法实现减速并转换方向，最终达到较好的避障效果。
一种基于云平台的医院服务机器人工作流程为，药剂师会将药物装好放到柜子中，在机器人液晶显示屏上为每个任务选好目的地,同时机器人将任务信息通过网络发送到云服务器平台，机器人根据控制器所存储的医院大楼地图以及激光雷达等传感器在每一层中行走，当遇到障碍物时，机器人会减速并转换方向，甚至停止，中途要打开箱子需要医生或护士的拇指指纹，而机器人到达目的地后箱子才会自行解锁，所以机器人能非常安全的将药物送至目的地。当需要上下楼梯时，机器人依靠固定在门口两侧的uwb锚点准确定位走到电梯门口指定位置，服务机器人通过红外遥控方式对电梯门开关、楼层升降等进行控制，并将电梯运行的开关信息、楼层信息等传送到云平台。当电梯到达开门时，超声波传感器会测量是否有障碍物，当有人或者有障碍物时，机器人会等待下一次电梯，服务机器人会再一次重复刚刚的指令给电梯装置，直达进入电梯，电梯内部四面依次固定有4个uwb锚点，机器人会进入电梯内指定位置，到达所要去的楼层后，这在地图上也是一个位置点，机器人会按照所存储的地图行驶到目的地，依次执行任务，直到最后返回出发地。其中指纹识别处理工作都在云服务器上完成，识别结果再通过网络返回给机器人终端。具体实现步骤为：首先，指纹识别装置中的采集的指纹传递给控制器，其次，指纹系统对指纹进行特征值处理，然后将特征值信息发送给云平台，云平台通过指纹识别算法将识别信号与云平台内预先存储的对应人物的信息进行处理和比较，如果识别出医务人员，则机器人屏幕会弹出页面，医务人员输入柜子序号和自己的姓名点击确定即可打开柜子取走药品。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：包括机器人本体和行走机构，机器人本体的底端设置行走机构，所述行走机构具备激光导航模块，承载机器人本体按照指定行走路线行走；
所述机器人本体包括壳体、控制器、无线通讯模块、超声波传感器和指纹识别装置，其中：
所述壳体上设置有多个盛放不同医药物资的柜体；
所述超声波传感器设置于壳体外侧，检测机器人本体周围是否存在障碍物，以及距离目标位置的距离，并将其采集数据传输给控制器；
所述指纹识别装置设置于壳体外侧，采集指纹并输入控制器；
所述控制器，接收指定行走路线，并结合超声波传感器的数据，实时更新规划的行走路线，将医药物资送入指定目的地，接收指纹识别装置的采集信息，并进行识别后通过无线通讯模块传输给云平台，接收云平台传输的识别信息确定对应医护工作者的信息后，打开相应的柜体，实现医药物资的自动领取分发。
2.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：所述控制器与电源系统连接，电源系统具有监控模块以监控电池的电量，当电池的电量低于预设电量时，上位机发出信号控制所述驱动装置驱动机器人移动至设置的充电处自动充电。
3.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：壳体外侧设有多个沿壳体周向均匀分布的超声波传感器，每个超声波传感器的输出均与下位机相连；或所述机器人本体在移动的过程中，超声波传感器不断检测障碍物并测得距离，当距离少于设定的阈值，进行减速并转换方向。
4.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：所述行走机构为轮式行走机构，包括一底盘，底盘中部设有两个通过旋转轴连接的主动轮，底盘的四个角分别设有一个从动轮。
5.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：所述机器人本体还设有RGBD摄像机，用于检测机器人行走过程中的环境图像，并将结果发送至激光雷达传感器，激光雷达传感器采用创建地图方式驱动机器人行走，激光雷达可以在室内绘制地图，用于机器自身以及对周边物体的定位，实现了机器人路径规划以及避障的功能。
6.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：所述机器人本体利用激光雷达传感器扫描周围环境信息，以初始位置为坐标原点创建环境地图，然后通过卡尔曼滤波算法将激光雷达和里程计测得的数据进行数据融合，得到机器人的坐标位置。
7.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：所述机器人本体还设有UWB定位标签，与设置在医院中各个位置处的UWB定位锚点相对应，所述UWB定位标签接收UWB定位锚点发射的信号，并传输给控制器，所述控制器根据锚点的空间坐标，利用TDOA解算算法计算出标签的坐标位置。通过利用激光雷达得到的自定位信息和UWB定位标签计算得到的位置信息再次进行数据融合，从而获得机器人在地图坐标系下的精确坐标。
8.如权利要求1所述的一种基于云平台的医院服务机器人，其特征是：
各个柜体有唯一对应的ID，控制器通过ID号码识别并区分相应的柜体，进而对柜体中相应物资进行识别和区分。
9.基于如权利要求1-8中任一项所述的机器人的工作方法，其特征是：将医药物资放置到柜体内，并进行标记，设置每个柜体的目的地，将任务信息通过网络发送到云平台，机器人根据主控单元所存储的医院大楼地图以及激光雷达传感器和UWB定位标签在医院大楼内行走，当遇到障碍物时，机器人减速并转换方向，机器人到达目的地后，采集医生或护士的指纹信息，信息匹配后相应的柜体解锁。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是：至少楼梯口两侧、电梯口两侧以及电梯内部四面各设置有UWB定位锚点，以方便机器人上下楼，机器人通过红外遥控方式对电梯门开关、楼层升降进行控制。
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