CN113580164A - 一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，图像采集模块用于采集高毒环境信息，并通过智能控制器控制行走机构到达中毒伤员附近实施救援操作；多关节执行机构上设置有微型丝杆步进电机、注射针夹持装置和压力传感器，注射针夹持装置设置在微型丝杆步进电机前端，注射针夹持装置用于夹持注射针，且微型丝杆步进电机的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触；压力传感器前端与注射针前端对齐，用于反馈压力值至智能控制器，智能控制器根据压力值修正按压位置、注射位置，并在压力值达到预设阈值时进行注射。本发明实现了机器人自主救援，替代了人工现场救援，避免救援人员受到化学中毒的危害，具有很大的应用前景。

Description

一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人、系统及方法

技术领域

本发明涉及军事人工智能医疗器械技术领域，更具体的说是涉及一种高毒环境应用的抗毒急救注射针自动注射机器人、系统及自动注射方法。

背景技术

化学毒剂具有毒性强，毒性作用快等特点，受到毒剂袭击并染毒后人员可迅速出现中毒症状并在短时间内死亡，所以中毒后需要立即进行急救，才能挽救生命。自动注射针是一种预先将救治药物罐装在一定腔体积的自助释药系统内，以弹簧作为驱动力，注射时摘掉安全帽，将注射针在注射部位按压，针头便进入肌肉组织，同时药液注入体内。还可以隔衣注射，解决了染毒现场自救互救的问题，为解决分秒必争的化学战剂中毒急救提供了技术手段。但是伤员可能已经处于无意识状态，无法完成急救注射。另外应急救援人员进入高毒环境中进行急救，对救援人员也会带来一定风险。

因此，如何提供一种能够完成自动注射的救援机器人、系统是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人、系统及方法，实现了机器人自主救援，替代了人工现场救援，避免救援人员受到化学中毒的危害，具有很大的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，包括：机器人本体、行走机构、图像采集模块、多关节执行机构和智能控制器，

所述机器人本体上设置有所述行走机构、图像采集模块和多关节执行机构，所述图像采集模块用于采集高毒环境信息，并通过所述智能控制器控制所述行走机构到达中毒伤员附近实施救援操作；

所述多关节执行机构上设置有微型丝杆步进电机、注射针夹持装置和压力传感器，所述注射针夹持装置设置在所述微型丝杆步进电机前端，所述注射针夹持装置用于夹持注射针，且所述微型丝杆步进电机的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触；

所述压力传感器前端、多关节执行机构前端、所述注射针前端三者在同一水平纤维上，压力传感器用于反馈压力值至所述智能控制器，所述智能控制器根据压力值修正按压位置、注射位置，并在压力值达到预设阈值时进行注射。

优选的，所述注射针夹持装置包括固定夹持体、固定轴、接触块和弹簧，所述固定夹持体固定在所述固定轴上，所述接触块设置在所述固定夹持体内部，并通过所述弹簧与所述固定夹持体连接，且所述接触块的两端分别连接所述弹簧。

优选的，还包括毒剂侦检模块，用于检测高毒环境中各类有毒气体的浓度；

所述毒剂侦检模块包括但不限于神经性毒剂传感器、糜烂性毒剂传感器、全身中毒性毒剂传感器、有毒烟雾传感器和可燃气体传感器。

优选的，还包括人体图像及生命体征采集器,用于实时采集人体图像以及生命体征生理参数，并将采集到的上述信息实时传输至所述智能控制器。

优选的，还包括激光传感器或超声波传感器，用于实现救援机器人路径导航和自主避障。

优选的，还包括第一通信模块，所述第一通信模块的传输方式为有线传输或无线传输，所述智能控制器通过有线或无线方式发送高毒环境、人员信息和接收控制指令。

一种高毒环境中毒伤员医学救援系统，包括人机交互装置和所述的高毒环境中毒伤员医学救援机器人，所述人机交互装置用于控制所述救援机器人。

优选的，所述人机交互装置包括第二通信模块、输入模块和运动控制模块；

所述输入模块用于输入控制信号；

所述运动控制模块用于将所述控制信号转换为对应的控制指令，并通过所述第二通信模块控制所述救援机器人实现救援。

优选的，所述人机交互装置还包括显示模块、电源模块和电源管理模块；

所述显示模块用于显示控制指令以及接收到的高毒环境、人员信息；

所述电源模块用于提供电源；

所述电源管理模块用于实现电源电量显示、充放电管理以及待机模式转换。

一种高毒环境中毒伤员医学救援方法，应用于所述的高毒环境中毒伤员医学救援机器人，所述方法包括：

所述救援机器人获取高毒环境和人员信息，并发送至人机交互装置；

所述救援机器人接收所述人机交互装置发送的控制指令，根据控制指令控制多关节执行机构执行救援操作，具体的：

利用所述图像采集模块采集目标区域的图像数据并传输至所述智能控制器；

所述智能控制器对所述图像数据进行第一识别，根据识别结果确定目标区域所属人体部位；

所述智能控制器控制所述行走机构运动并引导所述多关节执行机构运动至所述人体部位的预定区域；

利用所述压力传感器对所述人体部位的待注射区压力数据进行探测并将探测数据传输至所述控制单元；

在所述探测数据压力值达到预设阈值时控制所述微型丝杆步进电机运动，所述微型丝杆步进电机的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触击发注射针进行注射。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人、系统及方法，机器人通过对现场染毒环境的实时监测，搭载多关节执行机构配合完成救援任务；以及通过人机交互装置远程监测染毒情况以及远程控制机器人的救援操作。替代化学事故发生后人工现场救援，提升了事故处置效率，避免救援人员受到化学危害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人结构示意图。

图2附图为多关节执行机构部分结构图。

图3附图为本发明提供的注射针夹持装置结构示意图。

图4附图为本发明提供的高毒环境中毒伤员医学救援系统原理框图。

其中，1、机器人本体，2、行走机构，3、图像采集模块，4、多关节执行机构，5、微型丝杆步进电机，6、注射针夹持装置，601、固定夹持体，602、固定轴，603、接触块，604、弹簧，7、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，公开了一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，如图1所示，包括机器人本体1、行走机构2、图像采集模块3、多关节执行机构4和智能控制器。

机器人本体1上设置有行走机构2、图像采集模块3和多关节执行机构4，图像采集模块3用于采集高毒环境信息，并通过智能控制器控制行走机构2到达中毒伤员附近实施救援操作；

多关节执行机构4上设置有微型丝杆步进电机5、注射针夹持装置6和压力传感器7，注射针夹持装置6设置在微型丝杆步进电机5前端，注射针夹持装置6用于夹持注射针，且微型丝杆步进电机5的推力丝杆将要达到最大行程时刚好与注射针后端相抵触，进而击发注射针进行注射，完成注射针自动注射；

压力传感器7前端与注射针前端对齐，用于反馈压力值至智能控制器，智能控制器根据压力值修正按压位置、注射位置，并在压力值达到预设阈值时进行注射。

系统中的各模块的位置关系并不限于此，因此不能将图1所示的位置关系理解成是对本申请的限制。

在本实施例中，行走机构2可设置为履带式移动装置，根据接收的控制指令实现机器人的前进、后退、左转、左转等运动；多关节执行机构4具体为机械臂。

其中，图像采集模块3采集目标区域的图像数据并传输至智能控制器，智能控制器根据第一预设标定关系对图像数据进行第一识别，根据识别结果确定目标区域所属人体部位，智能控制器控制行走机构2运动以引导至人体部位的预定区域，利用压力传感器7对人体部位的待注射区压力数据进行探测并将探测数据传输至智能控制器。

在进行定位之前，需要对图像采集模块3和机械臂进行位置标定，图像采集模块3具体为深度摄像机或RGB-D相机，对于设置在机器人本体上的相机可以采用手眼标定方法，通过手眼标定方法获取相机和与机器人之间的坐标系变换矩阵，将坐标系变换矩阵确定为第一预设标定关系，对于标定的方法，本领域普通技术人员应当了解，对此不做赘述。

在探测数据压力值达到预设阈值时控制微型丝杆步进电机5运动，微型丝杆步进电机5的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触击发注射针进行注射。

在本实施例中，如图2和图3所示，注射针夹持装置6包括固定夹持体601、固定轴602、接触块603和弹簧604，固定夹持体601固定在固定轴602上，接触块603设置在固定夹持体内部，并通过弹簧604与固定夹持体601连接，且所述接触块603与弹簧604一一对应设置固定轴602顶部设置有固定块，通过固定块实现与多关节执行机构固定连接。

注射针压弹簧使得注射针固定在固定夹持体601内部，并根据弹簧最大压缩程度可以实现不同直径注射针夹持固定。在本实施例中，并不限定弹簧和接触块的数量，为了实现牢固固定，数量越多注射针固定越牢固。

在本实施例中，微型丝杆步进电机5可以固定在固定板上，多关节执行机构通过固定件与固定板连接，从而实现微型步进电机5的固定，其余实现微型步进电机固定方式均可，本发明并不作具体限定。

在本实施例中，毒剂侦检模块用于采集现场环境信息；包括神经性毒剂传感器、糜烂性毒剂传感器、全身中毒性毒剂传感器、有毒烟雾传感器和可燃气体传感器，各自的信号输出端口分别通过信号线与智能控制器上各自的信号输入端口对应连接。

在本实施例中，还包括人体图像及生命体征采集器，用于采集人体图像以及人员呼吸、心跳、血压、体温等生理参数信息，并将采集到的上述信息实时传输至智能控制器。

在本实施例中，还包括第一通信模块，第一通信模块的传输方式为有线传输或无线传输，智能控制器通过有线或无线方式发送高毒环境、人员信息和接收控制指令。

在本实施例中，机器人本体搭载激光传感器或超声波传感器，实现导航和自主避障功能。

在本实施例中，还设有电源管理单元和锂电池，电源管理单元对锂电池的充放电进行管理，并将电压转换成适合机器人控制平台和外围模块使用的电压。

本发明救援机器人能够使机器人自主寻找到伤员并在第一时间实施抗毒急救，进行注射部位精准协同定位，引导急救注射针在臀部及大腿外侧击发注射抗毒药物，挽救生命，同时也避免应急救援人员进入染毒环境的化学中毒风险。

实施例2，公开了一种高毒环境中毒伤员医学救援系统，如图2所示，包括人机交互装置和上述的机器人。

人机交互装置对机器人发送控制指令，实现对机器人的运动控制、救援等操作；

人机交互装置通过机器人所携带传感器获取的发送的现场环境及伤员信息等协助救援操作。

在本实施例中，人机交互装置具体可以设置为遥控操作端，遥控操作端和机器人之间采用有线或者无线通信方式；机器人接收遥控操作端传来的指令并控制相关设备执行对应的动作，同时将采集的机器人周围的信息反馈给遥控操作端。

在本实施例中，人机交互装置包括运动控制模块、输入模块和第二通信模块；

输入模块用于输入控制信号。运动控制模块，用来将接收的控制信号转换成相应的控制指令数据，并通过第二通信模块发送给机器人，控制机器人和其搭载的相机、机械臂等模块的运动。

在本实施例中，人机交互装置包括显示模块，用来显示来自机器人相机获取的周围环境和伤员信息、机器人自身的状态和毒剂种类等相关信息；

在本实施例中，人机交互装置包括锂电池和电源管理模块，电源管理模块用于实现电源电量显示、充放电管理以及待机模式转换。

本发明人机交互装置可实现对化学事件的远程监测以及对机器人救援的远程控制，完成对化学事件核心区安全情况监测以及必要情况下伤员中毒急救。

实施例3，一种高毒环境中毒伤员医学救援方法，有效解决了高毒环境中对中毒伤员进行急救注射抗毒药物问题，可以针对伤员进行精准定位并对注射机器人注射全过程进行引导，方法包括：

机器人上电后进行系统初始化设置，判断通讯是否有效；

初始化完成后，接收人机交互装置的控制指令信号；

对控制指令进行解析，并将解析后的指令发送给相关的驱动器实现对机器人的运动控制；

利用图像采集模块3采集目标区域的图像数据并传输至智能控制器；

智能控制器对图像数据进行第一识别，根据识别结果确定目标区域所属人体部位；

智能控制器控制行走机构2运动并引导多关节执行机构4运动至人体部位的预定区域；

利用压力传感器7对人体部位的待注射区压力数据进行探测并将探测数据传输至控制单元；

在探测数据压力值达到预设阈值时控制微型丝杆步进电机5运动，微型丝杆步进电机5的推力丝杆将要达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触击发注射针进行注射。

本发明实施例提供的救援方法可以对伤员进行精准定位和探测生理参数信息，并对机器人注射全过程进行引导，有效解决了高毒环境中对中毒伤员进行抗毒急救问题，实现中毒伤员的高效应急急救治疗，有效减轻或避免人员伤亡。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，包括：机器人本体、行走机构、图像采集模块、多关节执行机构和智能控制器，

所述机器人本体上设置有所述行走机构、图像采集模块和多关节执行机构，所述图像采集模块用于采集高毒环境信息，并通过所述智能控制器控制所述行走机构到达中毒伤员附近实施救援操作；

所述多关节执行机构上设置有微型丝杆步进电机、注射针夹持装置和压力传感器，所述注射针夹持装置设置在所述微型丝杆步进电机前端，所述注射针夹持装置用于夹持注射针，且所述微型丝杆步进电机的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触；

所述压力传感器前端与所述注射针前端对齐，所述压力传感器用于反馈压力值至所述智能控制器，所述智能控制器根据压力值修正按压位置、注射位置，并在压力值达到预设阈值时进行注射。

2.根据权利要求1所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，所述注射针夹持装置包括固定夹持体、固定轴、接触块和弹簧，所述固定夹持体固定在所述固定轴上，所述接触块设置在所述固定夹持体内部，并通过所述弹簧与所述固定夹持体连接，且所述接触块的两端分别连接所述弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，还包括毒剂侦检模块，用于检测高毒环境中各类有毒气体的浓度；

所述毒剂侦检模块包括但不限于神经性毒剂传感器、糜烂性毒剂传感器、全身中毒性毒剂传感器、有毒烟雾传感器和可燃气体传感器。

4.根据权利要求1所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，还包括人体图像及生命体征采集器,用于实时采集人体图像以及生命体征生理参数，并将采集到的上述信息实时传输至所述智能控制器。

5.根据权利要求1所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，还包括激光传感器或超声波传感器，用于实现救援机器人路径导航和自主避障。

6.根据权利要求1所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援机器人，其特征在于，还包括第一通信模块，所述第一通信模块的传输方式为有线传输或无线传输，所述智能控制器通过有线或无线方式发送高毒环境、人员信息和接收控制指令。

7.一种高毒环境中毒伤员医学救援系统，其特征在于，包括人机交互装置和如权利要求1-6任意一项所述的高毒环境中毒伤员医学救援机器人，所述人机交互装置用于控制所述救援机器人。

8.根据权利要求7所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援系统，其特征在于，所述人机交互装置包括第二通信模块、输入模块和运动控制模块；

所述输入模块用于输入控制信号；

所述运动控制模块用于将所述控制信号转换为对应的控制指令，并通过所述第二通信模块控制所述救援机器人实现救援。

9.根据权利要求8所述的一种高毒环境中毒伤员医学救援系统，其特征在于，所述人机交互装置还包括显示模块、电源模块和电源管理模块；

所述显示模块用于显示控制指令以及接收到的高毒环境、人员信息；

所述电源模块用于提供电源；

所述电源管理模块用于实现电源电量显示、充放电管理以及待机模式转换。

10.一种高毒环境中毒伤员医学救援方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的高毒环境中毒伤员医学救援机器人，所述方法包括：

所述救援机器人获取高毒环境和人员信息，并发送至人机交互装置；

所述救援机器人接收所述人机交互装置发送的控制指令，根据控制指令控制多关节执行机构执行救援操作，具体的：

利用所述图像采集模块采集目标区域的图像数据并传输至所述智能控制器；

所述智能控制器对所述图像数据进行第一识别，根据识别结果确定目标区域所属人体部位；

所述智能控制器控制所述行走机构运动并引导所述多关节执行机构运动至所述人体部位的预定区域；

利用所述压力传感器对所述人体部位的待注射区压力数据进行探测并将探测数据传输至所述控制单元；

在所述探测数据压力值达到预设阈值时控制所述微型丝杆步进电机运动，所述微型丝杆步进电机的推力丝杆达到最大行程后刚好与注射针后端相抵触击发注射针进行注射。

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