CN109199838A - 一种自动锤打机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动锤打机器人系统，其特征在于：包括有UWB标签、MEMS IMU、机器人机身和锤打命令无线模块、无线AP、警报系统；机器人机身的内部设MCU控制中心和WIFI模块，机身的底部设有行走机构，机身上设有导航模块，机身的一侧设有机械臂，机械臂的末端连接有UWB基站、双目摄像头、超声波传感器、电容传感器推杆电缸、锤打推杆电缸，锤打推杆电缸的推杆末端连接有锤打头；电容传感器推杆电缸推杆末端设置电容传感器；所述的警报系统、锤打命令无线模块、WIFI模块和无线AP组成WIFI局域网。本发明能够自动对心脏骤停的病人进行心前区叩击术；此外，本发明还具有可对人体进行捶背、捶腿等的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人系统，特别是一种自动锤打机器人系统。
背景技术
卫生部统计，目前，在中国由于心脏骤停得不到有效急救而死亡的人数，每年都在上百万以上，往往等救护车到达现场之时，病人已经回天无力，这种情形在交通拥挤的大城市显得更加严峻。据统计，目前心脏骤停急救生存率在我国不到1%，在国外的平均生存率在2%左右。
对心脏骤停的病人，在骤停的瞬间或数分钟内，采取心前区叩击术常可收到起死回生之效，心脏性急死是急死最常见的原因，急死的原理是心电不稳所致的恶性心律失常，刚刚停跳的心脏应激性高，叩击心前区时通过震动刺激心脏，一旦使心脏复跳成功，则为抢救成功提供了最有利的条件。
而当病人突发心脏骤停等紧急情况而无法自救，同时也无人发现时，往往会延误抢救时机，因此，设计一种能够在心脏骤停等紧急情况下，自动对病人进行心前区叩击急救的设备，显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自动锤打机器人系统。本发明能够自动对心脏骤停的病人进行心前区叩击术；此外，本发明还具有可对人体进行捶背、捶腿的特点。
本发明的技术方案：一种自动锤打机器人系统，包括有固定于需锤打位置正上方的UWB标签、设于UWB标签一侧的MEMS IMU、机器人机身和锤打命令无线模块、无线AP、警报系统；所述机器人机身的内部设MCU控制中心和WIFI模块，机器人机身的底部设有行走机构，机器人机身上设有导航模块，机器人机身的一侧设有机械臂，机械臂的末端关节分别连接有UWB基站、双目摄像头、超声波传感器和电容传感器推杆电缸、锤打推杆电缸，锤打推杆电缸的推杆末端经弹簧连接有锤打头，电容传感器推杆电缸的推杆末端连接电容传感器；所述行走机构、导航模块、机械臂、UWB基站、双目摄像头、超声波传感器、电容传感器推杆电缸、锤打推杆电缸、WIFI模块与所述MCU控制中心连接；所述的警报系统、锤打命令无线模块、WIFI模块和无线AP组成WIFI局域网。
前述的自动锤打机器人系统，所述锤打推杆电缸的上部并列设有所述的类型相同的电容传感器推杆电缸；电容传感器推杆电缸的推杆与锤打推杆电缸的推杆行程相同，推杆上下平行对齐，起始位对齐，电容传感器紧贴锤打头排列，电容传感器的末端与锤打头的末端位于同一平面；所述的电容传感器的传感部分面积等于或小于UWB标签的面积。
前述的自动锤打机器人系统，所述的电容传感器推杆电缸上设有拉线编码器和控制器，拉线编码器和控制器与MCU控制中心连接。
前述的自动锤打机器人系统，所述的行走机构为轮式行走机构，行走机构上设有避障模块。
前述的自动锤打机器人系统，所述的导航模块是SLAM激光雷达自主导航系统。
前述的自动锤打机器人系统，所述的UWB基站，是连接于机械臂末端的一个UWB基站，或是连接于机械臂末端的三个或三个以上的UWB基站，所述三个或三个以上的UWB基站分别用机器人机身侧面设置的不同机械臂进行连接。
前述的自动锤打机器人系统，所述的锤打命令无线模块，是包含WIFI模块在内的但不限于WIFI无线传输方式的锤打命令信号发出的模块，与所述的MEMS IMU封装为一体，所述的锤打命令无线模块的外部连接有锤打确认按钮和锤打取消按钮。
前述的自动锤打机器人系统，所述机器人机身内设置锂电充电电池及控制电路，本发明所述机器人系统由锂电电池供电。
本发明的有益效果
本发明通过采用上述技术方案，能够自动对心脏骤停的病人进行心前区叩击术，为抢救病人争取宝贵的时间；同时，本发明也可用于家庭保健领域，自动对人体进行捶背和捶腿等锤打操作。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的流程图；
附图标记说明：1-机器人机身，2-行走机构，3-机械臂，4-锤打推杆电缸，5-锤打头，6-双目摄像头，7-超声波传感器，8-UWB基站，9-电容传感器推杆电缸，10-电容传感器，11-弹簧，12-避障模块，13-导航模块 14-锂电充电口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例：一种自动锤打机器人系统，如附图1所示，包括有固定于需锤打位置正上方的UWB标签、设于UWB标签一侧的MEMS IMU和锤打命令无线模块、机器人机身1；所述机器人机身1的内部设MCU控制中心，机器人机身1的底部设有行走机构2，机器人机身1上设有导航模块13，机器人机身1的一侧设有机械臂3，机械臂3的末端设有UWB基站8、双目摄像头6、超声波传感器7、锤打推杆电缸4和电容传感器推杆电缸9，锤打推杆电缸4的推杆末端用弹簧11连接有锤打头5，电容传感器推杆电缸9的推杆末端连接电容传感器10；所述行走机构2、导航模块13、机械臂3、UWB基站8、双目摄像头6、超声波传感器7、锤打推杆电缸4和电容传感器推杆电缸9与所述MCU控制中心连接；所述MEMS IMU、锤打命令无线模块与MCU控制中心经无线WIFI连接。作为优选，所述的机械臂3为六轴串联机械臂或七轴串联机械臂。
所述锤打推杆电缸4的上部并列类型相同的电容传感器推杆电缸9；电容传感器推杆电缸9的推杆与锤打推杆电缸4的推杆行程相同，所述推杆上下平行对齐，起始位对齐，电容传感器10紧贴锤打头5排列，电容传感器10的末端与锤打头5的末端位于同一平面；所述的电容传感器10的传感部分面积等于或小于UWB标签的面积。所述的电容传感器推杆电缸上设有拉线编码器和控制器，拉线编码器和控制器与MCU控制中心连接。
作为优选，所述的行走机构2为轮式行走机构，行走机构2上设有避障模块12。
作为优选，所述的导航模块是SLAM激光雷达自主导航系统。
作为优选，所述的UWB基站8，是连接于机械臂3末端的一个UWB基站，或是分别连接于机械臂末端的三个或三个以上的UWB基站，所述三个或三个以上的UWB基站分别用机器人机身侧面设置的不同机械臂进行连接。
作为优选，所述的锤打命令无线模块，是包含WIFI模块在内的但不限于WIFI无线传输方式的锤打命令信号发出的模块，与所述的MEMS IMU封装为一体，所述的锤打命令无线模块的外部连接有锤打确认按钮和锤打取消按钮。
作为优选，所述机器人机身1内设置锂电充电电池及控制电路，本发明所述机器人系统由锂电电池供电，锂电池通过设于机器人机身1外部的锂电充电口14充电。
本发明自动锤打机器人系统的工作流程图参考图2。
下面是用于心脏叩击的锤打系统的实施例说明：
首先，将心电监测穿戴设备穿戴在人体身上，将UWB标签佩带在胸前衣服外，位于心前区上方紧贴心前区的位置，UWB标签的下边缘覆盖心前区上边缘；MEMS IMU和锤打命令无线模块佩戴在右胸处UWB标签右侧，与UWB标签位于同一平面（参考距离：间隔5厘米以上20厘米以内）；本发明自动锤打机器人与心电监测穿戴设备、MEMS IMU、无线AP组成无线WIFI网络；
当心电监测穿戴设备监测到心电异常情况时，向锤打命令无线模块发出锤打信号，锤打命令无线模块通过MCU控制中心向自动锤打机器人发出锤打命令，MCU控制中心启动警报系统时（警报系统通过AP向外界的救助系统或者所连接的亲属手机发出警报）利用WIFI网络定位，计算定位MEMS IMU的位置，启动导航模块，驱动行走机构2向WIFI定位的MEMS IMU位置移动；同时向锤打命令无线模块发出“是否取消锤打”的询问；当“锤打取消”按钮被按下，WIFI网络收到取消锤打命令，机器人系统停止行动并复位；如果自动锤打机器人在规定时间（如可设置为10秒）内未接收到取消锤打信号时，继续驱动行走机构2移动到WIFI定位的MEMS IMU设备的位置。
移动过程中，MCU控制中心启动超声波传感器7结合MEMS IMU信息，计算UWB基站8在机械臂3范围内能送达的三个或三个以上不同位置，不同位置点间尽量拉大距离，且需尽量使UWB基站8与UWB标签正向相对； UWB基站8送达所定位置后，读取UWB标签，结合TOA等定位算法计算定位UWB标签的三维位置，驱动行走机构2向所定位UWB标签位置处移动，移动过程中不断读UWB标签进行UWB标签定位，结合RSSI信号测量法，校准所定位的UWB标签位置；当所测到UWB标签位置小于所设定误差后，完成UWB定位。
机器人移动到定位位置后，将机械臂3末端的电容传感器推杆电缸4送达至UWB标签正前方20厘米处（此为设电容传感器推杆电缸4的最大行程为30厘米时的设定距离），启动双目摄像头6，拍摄图片传送至存放于MCU控制中心的内部存储器进行程序分析，通过双目立体视觉程序分析、结合MEMS IMU信息和超声波传感器7的信息等分析，确定UWB标签的真实位置。
确定UWB标签真实位置后，机械臂3将电容传感器10送达至UWB标签正前方20厘米处，使电容传感器10与UWB标签正面相对；启动电容传感器推杆电缸9向UWB标签推进，电容传感器10作为接近开关，当电容传感器10接触到物体时停止行程；电容传感器10通过传感介电系数识别材质，再次启动双目摄像头6，将拍摄图片传送至MCU控制中心，判断电容传感器10正面传感部分是否正好覆盖到UWB标签面积内，如未正面与UWB标签位置重合，则机械臂3调整电容传感器10位置；直到电容传感器10正好与UWB标签正面重合并覆盖于UWB标签面积内时，回撤电容传感器推杆电缸9的推杆，到行程起始处时关闭电容传感器推杆电缸9，拉线编码器测量记录电容传感器10推杆回撤的行程，控制器将所记录行程数据传送至MCU控制中心，将其设置为锤打行程；将锤打行程设置为锤打头5的锤打推杆电缸4的固定行程，启动锤打推杆电缸4，锤打头5在弹簧11的弹力作用下，向心前区锤打，推杆按照设定的锤打行程往复运动，完成锤打动作。
本发明除了用于心脏骤停病人的心前区锤打外，还可用于医疗保健领域，对人体进行锤打保健治疗。当用于人体保健主动锤打时，UWB标签贴在需锤打位置的正上方，MEMSIMU贴在UWB标签右侧与UWB标签同一平面处（参考距离：距离UWB标签5厘米以上），UWB标签下边缘与需锤打位置的上边缘重合；锤打命令的发出需按下MEMS IMU上的锤打确认键，MEMS IMU经WIFI网络向锤打机器人发出锤打命令的同时，取消外界报警，其余具体应用方式与上述心脏叩击的锤打系统的实施例应用方式相同。
Claims (8)
1.一种自动锤打机器人系统，其特征在于：包括有固定于需锤打位置正上方的UWB标签、设于UWB标签一侧的MEMS IMU、机器人机身（1）和锤打命令无线模块、无线AP、警报系统；所述机器人机身（1）的内部设MCU控制中心和WIFI模块，机器人机身（1）的底部设有行走机构（2），机器人机身（1）上设有导航模块（13），机器人机身（1）的一侧设有机械臂（3），机械臂（3）的末端关节分别连接有UWB基站（8）、双目摄像头（6）、超声波传感器（7）、电容传感器推杆电缸（9）和锤打推杆电缸（4），锤打推杆电缸（4）的推杆末端经弹簧（11）连接有锤打头（5），电容传感器推杆电缸（9）的推杆末端连接电容传感器（10）；所述行走机构（2）、导航模块（13）、机械臂（3）、UWB基站（8）、双目摄像头（6）、超声波传感器（7）、电容传感器推杆电缸（9）、锤打推杆电缸（4）、WIFI模块与所述MCU控制中心连接；所述的警报系统、锤打命令无线模块、WIFI模块和无线AP组成WIFI局域网。
2.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述电容传感器推杆电缸（9）的推杆与锤打推杆电缸（4）的推杆行程相同，推杆上下平行对齐，起始位对齐，电容传感器（10）紧贴锤打头（5）排列，电容传感器（10）的末端与锤打头（5）的末端位于同一平面；所述的电容传感器（10）的传感部分面积等于或小于UWB标签的面积。
3.根据权利要求2所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述的电容传感器推杆电缸（9）上设有拉线编码器和控制器，拉线编码器和控制器与MCU控制中心连接。
4.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述的行走机构（2）为轮式行走机构，行走机构（2）上设有避障模块（12）。
5.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述的导航模块是SLAM激光雷达自主导航系统。
6.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述的UWB基站（8），是连接于机械臂末端的一个UWB基站，或是分别连接于机械臂末端的三个或三个以上的UWB基站，所述三个或三个以上的UWB基站分别用机器人机身侧面设置的不同机械臂进行连接。
7.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述的锤打命令无线模块，是包含WIFI模块在内的但不限于WIFI无线传输方式的锤打命令信号发出的模块， 与所述的MEMS IMU封装为一体，所述的锤打命令无线模块的外部设置连接有锤打确认按钮和锤打取消按钮。
8.根据权利要求1所述的自动锤打机器人系统，其特征在于：所述机器人机身（1）内设置锂电充电电池及控制电路，本发明所述机器人系统由锂电电池供电。
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