CN113645445B - 一种实验室仪器安全操作监督装置 - Google Patents

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Abstract

一种实验室仪器安全操作监督装置,属于实验室安全设施,它包括至少三台相同设备,每台设备包括:步进电机、摄像头检测模块,其特征是摄像头检测模块安装在摄像头检测模块调节支架上,摄像头检测模块调节支架连接杠杆一,杠杆一连接杠杆二;杠杆二连接舵机操纵杆二,控制杠杆二绕底座上的固定点旋转;摄像头检测模块调节支架还连接舵机操纵杆四,舵机操纵杆四控制摄像头检测模块支架绕杠杆一连接点旋转;舵机操纵杆四连接舵机操纵杆一,舵机操纵杆一带动舵机操纵杆四;舵机操纵杆三连接杠杆一,带动杠杆一绕其与杠杆二衔接点旋转。本发明保证了使用人员使用仪器时能按照顺序进行检测,避免误触或者相同操作的误判。

Description

一种实验室仪器安全操作监督装置
技术领域
本发明属于实验室安全设施,主要用于检测监督实验室人员操作仪器安全状况。
技术背景
实验室安全事故之一为实验室人员操作仪器失误造成,在培训实验室人员操作时,培训员难以顾及全部受训者,容易存在培训缺漏,造成后续实验操作失误。且人员培训后,在个人操作仪器期间,由于缺少熟练操作人员的监督,以此容易造成实验事故。
现有检测监督人员操作仪器的方法在设备上仅通过志愿者测试、评估进行,缺乏实际监管,容易造成误判。现有检测监督人员操作仪器的方法在人为上采用人员监督的方法,无法应对大量人员同时操作仪器时的监督。
发明内容
本发明解决实验者因为操作仪器不熟练造成个人损伤和实验室损坏;
解决培训实验人员操作仪器时指导人员单一无法应付多位学习者的问题。
本发明的技术方案:一种实验室仪器安全操作监督装置,其特征是利用摄像头检测模块读取、对比不同方向的人员动作情况,通过步进电机调整摄像头检测模块的位置,利于摄像头检测模块检测。
一种实验室仪器安全操作监督装置,包括至少三台相同设备,每台设备包括:步进电机、摄像头检测模块,其特征是摄像头检测模块安装在摄像头检测模块调节支架上,摄像头检测模块调节支架连接杠杆一,杠杆一连接杠杆二;杠杆二连接舵机操纵杆二,控制杠杆二绕底座上的固定点旋转;摄像头检测模块调节支架还连接舵机操纵杆四,舵机操纵杆四控制摄像头检测模块支架绕杠杆一连接点旋转;舵机操纵杆四连接舵机操纵杆一,舵机操纵杆一带动舵机操纵杆四;舵机操纵杆三连接杠杆一,带动杠杆一绕其与杠杆二衔接点旋转。
底座设置有电连接接口。
步进电机、舵机通过转动舵臂拉扯舵机操纵杆一、舵机操纵杆二、舵机操纵杆三,根据这些操纵杆对应连接的支架、杠杆,进而调整摄像头检测模块位置。
(1)本发明摄像头检测模块多角度检测,同时记录下摄像头检测模块所处的三维参数以及操作过程中所需移动摄像头检测模块的时间、顺序,提高检测效率。
(2)本发明基于摄像头检测模块读取到的画面进行图像处理,根据时间与示范员操作的动作捕捉,记录画面内不同区域操作顺序。
(3)本发明基于摄像头检测模块读取到的画面进行图像处理,对比使用人员与示范员在同一个步骤下的行动情况,保证使用人员按照操作进行。
(4)本发明加入云端数据信息传送,待读取完全部流程后即可共享到其他装置内,方便多人操作仪器时的检查监督。
装置如何判断人员对仪器上按钮或者旋钮等操作的监督:当人员按下按钮时,从摄像头检测模块读取到二维平面坐标下人肢体将朝向某一侧运动,通过左右两侧和上方确定该移动方向和坐标,以此在监督时使用。而针对于如何判断旋钮转动角度。首先在图像内,识别到人体肢体手指,并依据图像区域,以中心为界限,一边左,一边右,假设从人为角度看。旋转旋钮用拇指和食指,在正上方看来,当向左旋转旋钮时,图像内体现出的就是,一侧的手指面积在减小,一侧手指面积在增大且其坐标向左移动,这就意味着向左旋转了。接下来解释如何推出转动角度:在图像内,旋钮在正上方摄像头检测模块看来无非就是一个长方体,且根据自行设定的坐标(例如以像素作为XY轴长度),能知道这个长方体的长是某个数值,进而推出旋钮半径R,这个数值没有单位,只是体现。手指在正上方摄像头检测模块看来,也只是个长方体,且有坐标,那当从一侧向左(假设)旋转某一角度时,在摄像头检测模块看来,手指坐标左移了一定数值d,θ=arccos[(R-d)/R]得出相应角度。
本发明保证了使用人员使用仪器时能按照顺序进行检测,避免误触或者相同操作的误判。同时基于数据云端传输,有利于多个设备载入相关实验仪器操作流程,有利于多个实验仪器同时监测,提高培训、监督人员数量。
附图说明
图1为本发明中设备的结构图;
图2为本发明的控制流程方框图;
图中,1-摄像头检测模块,2-摄像头检测模块调节支架,3-杠杆一,4-杠杆二,5-舵机操纵杆一,6-底座,7-舵机操纵杆二,8-舵机操纵杆三,9-舵机操纵杆四,10-接口。
具体实施方式
如图1所示,此为一种实验室仪器安全操作监督装置的硬件示意图,以图1中的装置为一台设备,它安装在实验室仪器周围的上、左、右三个位置,每个位置安装一台设备,以此组成一种实验室仪器安全操作监督装置。
一种实验室仪器安全操作监督装置,包括步进电机、摄像头检测模块,其特征是摄像头检测模块安装在摄像头检测模块调节支架上,摄像头检测模块调节支架连接杠杆一,杠杆一连接杠杆二,舵机操纵杆二连接杠杆二,控制杠杆二绕底座上的固定点旋转;摄像头检测模块调节支架还连接舵机操纵杆四,舵机操纵杆四控制摄像头检测模块支架绕杠杆一连接点旋转,舵机操纵杆四连接舵机操纵杆一,舵机操纵杆一带动舵机操纵杆四。舵机操纵杆三连接杠杆一,带动杠杆一绕其与杠杆二衔接点旋转。
机操纵杆四9连接舵机操纵杆三8,舵机操纵杆三8连接舵机操纵杆二7。
底座设置有电连接接口11。
所述摄像头检测模块内装有陀螺仪和喇叭。
提及设备时指代为一种实验室仪器安全操作监督装置内各台如图1所示的相同配置的设备。提及装置时指代为一种实验室仪器安全操作监督装置
摄像头检测模块的电源及其数据线通过接口10进行连接,摄像头检测模块1内有陀螺仪,一种实验室仪器安全操作监督装置内各台设备间将互传来自摄像头检测模块1 读取到的三轴(x,y,轴)陀螺仪信息,比对后取Z轴高度最高者为设备。(摄像头检测模块处陀螺仪输出x、y、轴数据)一套装置至少有三台图一所示的设备,每一台设备均接收来自左、右两侧的设备数据,结合每台设备数据通过蓝牙和WIFI传递给手机APP与电脑PC端软件,同时也接收来自手机APP和电脑PC端软件传递的信息。
设备通过摄像头检测模块读取到实时画面,并对画面做图像处理,根据画面设定坐标,并划分出不同时刻下示范者的肢体区域,当后续使用者在操作仪器时,若按时间先后顺序,画面读取到后续使用者肢体动作与事先示范者动作区域相似,则判断为符合操作,若不同,则为不符。
方式:基于图像处理,在视频内,人与物将会通过外框标定,装置内设备会记录摄像头检测模块模块录制的时间。
示范者在图像内,利用openpose探测推算到的肢体,基于示范者肢体的识别,在图像内根据识别到示范者的肢体像素大小对该区划定一个矩形,利用基于图像像素划分坐标。比如1080P图像,以长宽1920mmX1080mm作为标准,左下角为(0,0)初始位置,右上角为(1920,1080),得知在图像内所述矩形的中心位置(每个矩形框根据其长宽可以划定其框的中心点,这个中心点在图像内的坐标即为框的中心位置),并记录相对于起始时间的时间差。
对于识别到的物体,也会记录下此时识别框下的物体中心位置和时间差,基于这些坐标,可推出不同时刻下示范者与物的相对位置和图像内距离。
当一段操作演示结束后,一段视频内各时刻下示范者的肢体与物体坐标被记录。
由于坐标与时间绑定,以时间先后为判断基准,基于坐标可得知人、物框图在某一刻时间下坐标转入下一刻时间时将会移动到图像中的哪些位置,以此判断动作的前后关系。
在后续人员操作时,设备通过基于肢体框架区域中心与物体区域中心之间的X、Y轴坐标差距,对比原有操作视频内的差距。
由于人肢体并不是完全一样,基于Openpose识别到的人肢体的X、Y轴坐标与物的距离并不一定完全统一,基于X、Y轴坐标差距误差;该误差人为设定,即在X、Y轴距离差超过或小于原差距一定范围的距离,设定为5%--10%,则判定为合格,若超过该误差,则判定操作失败。由于不同画面内识别到的示范者肢体坐标与时间绑定,当出现不符合前后关系下的动作时,判定操作失败。
在运行时,设备工作内容 分为学习流程和监督流程。
所述学习流程:示范员通过手机APP控制装置开启流程录制识别,示范者按照正规操作顺序操作设备。
装置学习过程中,各设备断开舵机电源,各设备的摄像头检测模块1按照设备摆放位置对准操作区域进行录制与图像识别(该操作区域由示范员调节各装置摄像头所致,开机时,摄像头检测模块读取到的画面即为操作区域),并记录此时的摄像头检测模块坐标和此时开始的时间,根据时间先后,将读取到的人体动作图像按顺序划分,以供后续对比。
当摄像头检测模块所读取的操作区域内无法识别到人体动作且示范员并没有从手机端APP发出终止指令,此时设备通过喇叭进行播报,提示示范员调节设备高度,或者发出终止指令。若示范员发出终止指令,则学习终止,记录数据存储在装置内设备中,待后续使用。若调整高度,通过读取各摄像头检测模块回传的姿态数据,记录下摄像头检测模块的姿态变化,待使用时,通过控制舵机调节舵机操纵杆一5、舵机操纵杆二7、舵机操纵杆三8进而带动摄像头检测模块调节支架2、杠杆一 3、杠杆二4、舵机操纵杆四9,以此改变摄像头检测模块的位置,使摄像头检测模块符合示范员操作时调整的高度,以便监督后续操作行为。待操作流程结束后,示范者通过手机APP对相应步骤做出备注,将根据备注播报相应流程,提示使用者注意相关操作。
对于监督流程而言,本发明在学习后,经过示范者设定,将实时监控视野范围内的仪器情况。若有人在视野范围内有动作,且经过图像对比,近似符合所存储动作视频内任意时刻下的动作,则自动进入监督模式,并根据此时对应事先学习录制视频内的动作时间进行对比,若非起始时间,则判断为操作跳步、非针对仪器操作,则此时通过喇叭进行提示,根据事先由示范员记录下的备注提示人员缺失的相应步骤或通过手机APP查看相应视频操作。同时,每当进入监督模式,向PC端发生记录日志,记录的使用情况,以备后续查看。
本发明的图像识别是基于深度学习以及openpose进行人体动作捕捉。

Claims (3)

1.一种实验室仪器安全操作监督装置,包括至少三台相同设备,每台设备包括:步进电机、摄像头检测模块,其特征是摄像头检测模块安装在摄像头检测模块调节支架上,摄像头检测模块调节支架连接杠杆一,杠杆一连接杠杆二;杠杆二连接舵机操纵杆二,控制杠杆二绕底座上的固定点旋转;摄像头检测模块调节支架还连接舵机操纵杆四,舵机操纵杆四控制摄像头检测模块支架绕杠杆一连接点旋转;舵机操纵杆四连接舵机操纵杆一,舵机操纵杆一带动舵机操纵杆四;舵机操纵杆三连接杠杆一,带动杠杆一绕其与杠杆二衔接点旋转。
2.根据权利要求1所述的一种实验室仪器安全操作监督装置,其特征是摄像头检测模块多角度检测,同时记录下摄像头检测模块所处的三维参数以及操作过程中所需移动摄像头检测模块的时间、顺序;摄像头检测模块读取到的画面进行图像处理,根据时间与示范员操作的动作捕捉,记录画面内不同区域操作顺序;同时对比使用人员与示范员在同一个步骤下的行动情况,保证使用人员按照操作进行。
3.根据权利要求1所述的一种实验室仪器安全操作监督装置,其特征是当人员按下按钮时,从摄像头检测模块读取到二维平面坐标下人肢体将朝向某一侧运动,通过左右两侧和上方确定该移动方向和坐标,以此在监督时使用;从图像中识别到人体肢体手指,并依据图像区域,以中心为界限,一边左,一边右,旋转旋钮用拇指和食指,当向左旋转旋钮时,图像内体现出一侧的手指面积在减小,一侧手指面积在增大且其坐标向左移动;在图像内,旋钮在正上方摄像头检测模块是一个长方体,且根据自行设定的坐标知道这个长方体的长是某个数值,进而推出旋钮半径R,手指在正上方摄像头检测模块是个长方体,且有坐标,那当从一侧向左旋转θ角度时,在摄像头检测模块看来,手指坐标左移了一定数值d,θ=arccos[(R-d)/R]。
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