CN113940820B - 一种智能陪护座椅机器人装置及其训练学习方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用智能设备技术领域，且公开了一种智能陪护座椅机器人装置，所述智能陪护座椅机器人电信号连接有微波雷达系统，用来探测老人的距离和判定是否有摔倒；所述智能陪护座椅机器人电信号连接有自动跟随跟踪系统，对应老人身上佩戴有跟随跟踪系统的识别装置，该智能陪护座椅机器人装置，通过微波雷达以及采用毫米波雷达，探测地面是否有不规则的脏东西，可以利用智能系统帮忙寻找物品，视频监控系统，通过算法识别家中的常期放置的物品，自动学习认识家中的物品，并实现锁定和放置特定位置，帮忙照顾老人和小孩，从而达到了有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧的效果。

Description

一种智能陪护座椅机器人装置及其训练学习方法

技术领域

本发明涉及家用智能设备技术领域，具体为一种智能陪护座椅机器人装置。

背景技术

科技在发展，人工智能也在影响着我们的生活，人工智能现在不仅仅可以在工厂里使用，也开始走到我们的身边，智能座椅的发明，为一些残障人士以及一些在蹒跚学步的孩子带来了极大的便利

一般的智能座椅只是帮助老人进行代步，防止老人摔倒，但是不能使老人控制一些生活中的一些电器以及拿取物品，这也给老人的子女带来了很大的困扰，这样子女就要找人看着老人，平常给老人拿取物品，代为使用一些电器。

对于上述的问题，我们经过大量的研究与试验提出了一种智能陪护座椅机器人装置，该系统智能陪护座椅机器人不仅可以保护老人，代步，帮助老人控制电器，拿取物品，还有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能陪护座椅机器人装置，具备不仅可以保护老人，代步，帮助老人控制电器，拿取物品，还有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧等优点，解决了不能使老人控制一些生活中的一些电器以及拿取物品，这也给老人的子女带来了很大的困扰的问题。

(二)技术方案

为实现上述不仅可以保护老人，代步，帮助老人控制电器，拿取物品，还有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧目的，本发明提供如下技术方案：一种智能陪护座椅机器人装置，其特征在于：

所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有微波雷达系统，用来探测老人的距离和判定是否有摔倒；

所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有自动跟随跟踪系统，对应老人身上佩戴有跟随跟踪系统的识别装置；

所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有急救系统，所述急救系统电信号连接有视频监控系统；

所述智能陪护座椅机器人(1)的底端电信号连接有行走装置(3)，依据自动跟随跟踪系统判定自动行走；

所述智能陪护座椅机器人(1)的左右两侧均活动连接有手臂装置(2)，所述手臂装置(2)分为上臂和下臂，所述上臂为扶手装置，所述智能陪护座椅机器人(1)的底部对应手臂装置设置有对应的支撑装置，对应扶手装置的近地端设置有对应额踏板装置；

所述智能陪护座椅机器人(1)内部含有雷达感应语音蓝牙语音播报器，所述智能陪护座椅机器人(1)电性连接手势控制识别系统和声音控制系统。

所述扶手装置上设置有弹性垫，弹性垫的最外层设置有软胶弹性封闭层，所述扶手装置内还设置有瞬间充气装置，对软胶弹性封闭层内瞬间充满气体，在扶手装置的外围形成保护气囊。

所述所述手臂装置(2)分为上臂和下臂，所述上臂为扶手装置，用于老人坐上所述智能陪护座椅机器人(1)后扶持在两侧的扶手装置上；对应扶手装置在智能陪护座椅机器人前端的底部、近地端设置有对应的踏板装置；所述踏板装置分为左右两个，分别对应左右两个扶手装置，所述踏板装置可以随着扶手装置的移动向同一个方向移动，所述支撑装置与所述踏板装置为同一个装置。

所述急救系统包含备用药箱、监控模块、图像分析模块、跌倒识别模型、目标标记模块、跟踪监控系统、报警模块，其中所述自动跟随跟踪系统采用超宽通信技术，以NS级的冲击脉冲在短距离内高速传输数据。

所述行走装置(3)固定安装有四个电动轮，电动轮电信号连接有雷达感应蓝牙播报器装置。

所述扶手装置上还设置有夹持装置，所述夹持装置设置有电连接通信接口，电连接通信接口与电子智能设备相互电信号连接。

所述电子智能设备有控制按钮，控制按钮电信号连接有智能芯片，智能芯片电信号连接有家电装置。

对智能陪护座椅机器人装置的训练学习方法，所述智能装置探测识别并仅仅跟踪跟随老人，与老人保持1到1.5米的距离：

其步骤如下：

S1、当老人要摔倒时，通过雷达探测装置判断老人的摔倒方向，同时判定老人身边的障碍物；

S2、手臂装置伸向老人摔倒的方向，并保持与老人身体和障碍物1到1.5米的距离；

S3、当老人倒向左侧时，智能装置左侧手臂装置伸出；当老人倒向右侧时，智能装置右侧手臂装置伸出；

S4、当老人倒向远离智能装置时，偏左侧时智能装置左侧手臂装置(2)伸出，偏右侧时智能装置右侧手臂装置(2)伸出，此时伸出距离保持与老人身体1到1.5米；

S5、手臂装置(2)的所有动作都保持与老人或者其他障碍物1到1.5米的距离，以免碰撞倒其他物体或者伤到其他人；

S6、当雷达探测装置判断老人有可能的的摔倒方向时，其自动移动到老人预摔倒的方向的位置。

S7、当老人倒向或者走向所述智能陪护座椅机器人(1)时，所述智能陪护座椅机器人(1)转动正面对应老人的方向，迎接老人坐上。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种智能陪护座椅机器人装置，具备以下有益效果：

1、该智能陪护座椅机器人装置，通过微波雷达以及采用毫米波雷达，探测地面是否有不规则的脏东西，探测到灰尘，掉落的头发，细小的针、线、饭渣等细小物品，老人眼神不好，可以利用智能系统帮忙寻找物品，视频监控系统，通过算法识别家中的常期放置的物品，自动学习认识家中的物品，并实现锁定和放置特定位置，帮忙照顾老人和小孩，从而达到了有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧的效果。

附图说明

图1为本发明智能陪护座椅机器人结构功能分解示意图；

图2为本发明立体图；

图3为本发明手臂装置立体图。

图中：1、智能陪护座椅机器人；2、手臂装置；3、行走装置。

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。

请参阅图1-2，一种智能陪护座椅机器人装置，智能陪护座椅机器人1电信号连接有微波雷达系统，用来探测老人的距离和判定是否有摔倒；

智能陪护座椅机器人1电信号连接有自动跟随跟踪系统，对应老人身上佩戴有跟随跟踪系统的识别装置；

智能陪护座椅机器人1电信号连接有急救系统，急救系统电信号连接有视频监控系统；

智能陪护座椅机器人1的底端电信号连接有行走装置3，行走装置3固定安装有四个电动轮，电动轮电信号连接有雷达感应蓝牙播报器装置，当雷达探测到异常或者障碍物时提醒老人，当处于路口时，可以识别红绿灯，并提醒老人注意行车，依据自动跟随跟踪系统判定自动行走；

智能陪护座椅机器人1的左右两侧均活动连接有手臂装置2，所述手臂装置(2)分为上臂和下臂，所述上臂为扶手装置，下臂活动连接在座板和靠背之间；所述手臂装置(2)在智能陪护座椅机器人(1)两侧对称的设置；用于老人坐上所述智能陪护座椅机器人(1)后扶持在两侧的扶手装置上；对应扶手装置在智能陪护座椅机器人前端的底部、近地端设置有对应的踏板装置；所述踏板装置分为左右两个，分别对应左右两个扶手装置，所述踏板装置可以随着扶手装置的移动向同一个方向移动，而为了让所述智能陪护座椅机器人(1)的底部更稳固，对应手臂装置设置有对应的支撑装置，而对应额踏板装置可以根据需要作为支撑装置，即支撑装置即是踏板装置；所述支撑装置与所述踏板装置为同一个装置。

当遇到老人跌倒伸出扶手装置扶起老人的时候，软胶弹性封闭层内充满气体，在扶手装置的外围形成保护气囊；同时在近地端的踏板装置变成支撑装置，并同时向与扶手装置伸出方向伸出支撑装置，所述支撑装置在扶手装置和智能陪护座椅机器人之间支撑在地面，并形成杠杆效果，通过智能陪护座椅机器人本身的重力支撑扶起扶手装置上的老人。

请参阅图2-3，扶手装置上设置有弹性垫，弹性垫的最外层设置软胶弹性封闭层，软胶弹性封闭层内连接有气泵，当遇到老人跌倒伸出扶手装置的时候，软胶弹性封闭层内充满气体，在扶手装置的外围形成弹出气囊；同时在脚轮的前方还设置有扶手手臂伸出方向的对应支撑装置，支撑装置在扶手装置和智能陪护座椅机器人1之间支撑在地面，并形成杠杆效果，通过智能陪护座椅机器人1本身的重力支撑扶起扶手装置上的老人。微波雷达系统判定老人跌倒或者有跌倒趋势时，智能陪护座椅机器人做出预防老人跌倒的准备，1、自动行走到老人的身边并趋向于预跌倒的方位，如果判定有障碍物，绕过障碍物；2、扶手装置预防性伸出向老人预跌倒的方位，3、在近地端的踏板装置变成支撑装置，并同时伸向与扶手装置伸出方向伸出；4、当判定老人即将跌倒时，支撑装置伸出扶手装置扶起老人，同时软胶弹性封闭层内充满气体，在扶手装置的外围形成保护气囊；5、同时在近地端的踏板装置并同时向与扶手装置伸出方向伸出支撑装置，所述支撑装置在扶手装置和智能陪护座椅机器人之间支撑在地面，并形成杠杆效果，通过智能陪护座椅机器人本身的重力支撑扶起扶手装置上的老人。

手臂装置2还电信号连接有夹持装置，夹持装置设置有电连接通信接口，电连接通信接口与电子智能设备相互电信号连接，夹持装置可以调节角度，智能陪护座椅机器人1内部含有雷达感应语音蓝牙语音播报器，智能陪护座椅机器人电性连接手势控制识别系统和声音控制系统。可以通过手势识别系统控制，也可以通过声音控制系统电子智能设备，夹持装置信号连接有电子智能设备，电子智能设备有控制按钮，控制按钮电信号连接有智能芯片，智能芯片电信号连接有家电装置，在家里时，控制按钮可以控制空调打开，调解空调的温度等参数，控制按钮可以打开智能电视，并控制选台；控制窗帘的开关，控制打开的程度，提高屋内的亮度；

请参阅图1-2，自动跟随跟踪系统包含有超宽通信技术，简称UWB技术，以NS级的冲击脉冲在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB信号具有非常宽的带宽，将其应用于TOA定位方法有助于实现较高的测距精度，然而，在实际应用环境常常出现多径干扰，此时UWB直达信号难以精确检测，因而，本文提出了通过模糊逻辑技术对首次到达信号时间和最强信号时间进行加权来得到直达信号到达时间的方法，使得UWB在无线传感器网络节点定位中的应用成为可能。UWB模块，包括不少于2个基站，所述UWB模块设置有标签模块，所述UWB模块与所述标签模块通信连接，所述标签模块由用户携带，可以设置在老人的智能手环上。

请参阅图1-2，急救系统包含备用药箱、监控模块、图像分析模块、跌倒识别模型、目标标记模块、跟踪监控模块、报警模块，用于实时采集监控区域中的包含人员姿态的动作图像数据，图像分析模块，搭建有基于跌倒数据的跌倒识别模型，将监控模块采集的动作图像数据与跌倒识别模型中的跌倒数据进行对比，确定出目标跌倒行为；目标标记模块，用于对已经确认有跌倒行为的目标人员进行标记；跟踪监控模块：用于在目标人员倒地后进行跟踪监控，判断目标人员倒地后是否在设定时间起立，若目标人员没有在设定时间起立，则发送报警命令；报警模块，用于响应倒地分析模块或跟踪监控模块的报警命令，实现报警功能。

同时在使用智能陪护座椅机器人前还需要配合老人进行学习训练，让老人熟悉智能陪护座椅机器人的动作、功能和速度等，也让智能陪护座椅机器人识别和适应老人的动作习惯和行为情况，不断地认识识别老人的习性，对正确判定老人是否存在异常保存数据进行对比，并不断更新；因此提出一种智能陪护座椅机器人装置的训练学习方法，首先，智能装置探测识别并仅仅跟踪跟随老人，与老人保持1到1.5米的距离：

其他步骤如下：

S1、当老人要摔倒时，通过雷达探测装置判断老人的摔倒方向，同时判定老人身边的障碍物；

S2、手臂装置伸向老人摔倒的方向，并保持与老人身体和障碍物1到1.5米的距离；

S3、当老人倒向左侧时，智能装置左侧手臂装置2伸出；当老人倒向右侧时，智能装置右侧手臂装置2伸出；

S4、当老人倒向远离智能装置时，偏左侧时智能装置左侧手臂装置2伸出，偏右侧时智能装置右侧手臂装置2伸出，此时伸出具体保持与老人身体1到1.5米左右；

S5、手臂装置的所有动作都保持与老人或者其他障碍物1到1.5米的距离，以免碰撞倒其他物体或者伤到其他人；

S6、当雷达探测装置判断老人有可能的的摔倒方向时，其自动移动到老人预摔倒的方向的位置，

S7、当老人倒向或者走向智能陪护座椅机器人1时，智能陪护座椅机器人1转动正面对应老人的方向，迎接老人坐上。

工作原理：当在家庭环境中使用时，配合家里的智能照明系统使用；智能照明系统,均连接有声控系统，手势控制系统和微波雷达系统，同时还连接智能家居系统；所述夹持装置设置有电连接通信接口，电连接通信接口与电子智能设备相互电信号连接，夹持装置可以调节角度，可以通过手势识别系统控制，也可以通过声音控制系统控制电子智能设备和家居设备。

智能陪护座椅机器人的踏板装置和行走装置上还设置有指示灯，在夜间时，探测到有老人靠近时，亮起指示灯，识别并正面迎向老人。

老人可以通过手势控制智能陪护座椅机器人，而不影响其他在休息人员，而且此时通过手势识别系统控制智能照明系统,不用声音控制，防止干扰其他家人员休息。

另外，所述智能陪护座椅机器人实际为一种智能照顾机器人装置，其手臂装置2相当于机器手臂，当外接婴儿的摇篮或者放置婴儿的小床时，其可以设置为摇篮状态，当坐在智能陪护座椅机器人上的老人起身时，智能陪护座椅机器人可以调解其角度，同时机器手臂向上移动扶起老人，方便老人起身站起。所述的机器手臂通常作为智能陪护座椅机器人两侧的扶手装置。

还设置有避障模块，用于对所述智能陪护座椅机器人的运行方向的障碍物测距，所述避障模块还设置有报警单元，当所述障碍物距离所述智能陪护座椅机器人低于设定距离时，所述报警单元被触发进行报警。

所述智能陪护座椅机器人还可以连接智能手环等带有自动监测老人的脉搏跳动等身体指标的装置。

所述智能陪护座椅机器人可以使用在家庭环境中，也可以外出；外出时老人坐在所述智能陪护座椅机器人上防止疲劳，可以逛街、逛公园；相当于智能陪伴跟随机器人；智能陪护座椅机器人设置的行走装置，可以为电动轮；也可以采用齿轮传动，类似轮椅一样通过手动驱动行走或者脚力驱动；通常采用电动控制；其扶手装置就会像机器手臂一样迅速的靠近老人并识别老人的身体位置同时扶起老人，这个过程中在弹性垫的外围迅速弹出气囊，防止伤到老人，同时扶手装置通过雷达装置探测距离老人的摔倒的方向，伸到老人身体的下方腰部以上，同时距离老人10或者15到20厘米的位置停止，让老人自然落到气囊上，所述气囊的厚度相当于手臂的厚度(大概3到10cm)，防止老人摔倒受伤。老人在使用所述智能陪护座椅机器人时，可以做模仿摔倒的训练，让扶手装置判断老人摔倒的方向和可能的摔倒高度，来调解伸出的速度和位置，让老人和智能陪护座椅机器人排练形成默契，熟悉彼此，这样在忽然出现摔倒时，老人不会被吓到，也可以顺势靠扶在智能陪护座椅机器人伸出的扶手装置上。

为防止老人摔倒碰上智能陪护座椅机器人而受伤，在智能陪护座椅机器人上可能接触老人的地方均设置有弹性垫，而且老人靠近智能陪护座椅机器人摔倒后，快速的靠近智能陪护座椅机器人时，其可以判定老人靠近的速度来判定通过扶手装置扶起老人还是自动转向迎接老人坐在智能陪护座椅机器人的坐面上。当老人靠近智能陪护座椅机器人时，智能陪护座椅机器人就会自动转向并跟随，随时迎接老人坐上。当老人远离时，也会通过跟随跟踪系统跟上老人并随时迎接老人坐上。

所述智能陪护座椅机器人还设置有急救系统包括备用药箱，配合摄像拍照装置，微波雷达装置，当老人在智能陪护座椅机器人附近时，老人有异常动作时，进行拍照和发出报警信息，同时通过监控系统进行观察老人的异常状态，并通过智能陪护座椅机器人执行预设的动作，智能陪护座椅机器人含有一种智能跌倒识别与检测报警系统，包括：监控模块(即配合摄像拍照装置)，用于实时采集监控区域中的包含人员姿态的动作图像数据，图像分析模块，搭建有基于跌倒数据的跌倒识别模型，将所述监控模块采集的动作图像数据与所述跌倒识别模型中的跌倒数据进行对比，确定出目标跌倒行为；目标标记模块，用于对已经确认有跌倒行为的目标人员进行标记；无法避免老人跌倒时，跟踪监控模块，用于在目标人员倒地后进行跟踪监控，判断目标人员倒地后是否在设定时间起立，若目标人员没有在设定时间起立，则发送报警命令；报警模块，用于响应倒地分析模块或跟踪监控模块的报警命令，实现报警功能。

该智能陪护座椅机器人通过微波雷达以及采用毫米波雷达，还可以探测地面是否有不规则的脏东西，探测到灰尘，掉落的头发，细小的针、线、饭渣等细小物品，老人眼神不好，可以利用智能系统帮忙寻找物品，通过算法识别家中的物品，自动学习认识家中的物品，帮忙照顾老人和小孩，从而达到了有效的缓解了养老给子女带来的压力与负担，使得新型养老更便捷、更高效、更智慧的效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能陪护座椅机器人(1)的训练学习方法，其特征是，所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有微波雷达系统，用来探测老人的距离和判定是否有摔倒；

所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有自动跟随跟踪系统，对应老人身上佩戴有自动跟随跟踪系统的识别装置；

所述智能陪护座椅机器人(1)电信号连接有急救系统，所述急救系统电信号连接有视频监控系统；

所述智能陪护座椅机器人(1)的底端电信号连接有行走装置(3)，依据自动跟随跟踪系统判定自动行走；

所述智能陪护座椅机器人(1)的左右两侧均活动连接有手臂装置(2)，所述手臂装置(2)分为上臂和下臂，所述上臂为扶手装置，用于老人坐上所述智能陪护座椅机器人(1)后扶持在两侧的扶手装置上；所述扶手装置上设置有弹性垫，弹性垫的最外层设置有软胶弹性封闭层，所述扶手装置内还设置有瞬间充气装置，能够对软胶弹性封闭层内瞬间充满气体，在扶手装置的外围形成保护气囊；

在智能陪护座椅机器人(1)前端的底部、对应扶手装置的近地端设置有对应的踏板装置；所述踏板装置分为左右两个，分别对应左右两个扶手装置，所述踏板装置能够随着扶手装置的移动向同一个方向移动，踏板装置能够根据需要作为支撑装置，支撑装置即是踏板装置；

当遇到老人跌倒伸出扶手装置扶起老人的时候，软胶弹性封闭层内充满气体，在扶手装置的外围形成保护气囊；同时在近地端的踏板装置变成支撑装置，并同时向与扶手装置伸出方向伸出支撑装置，所述支撑装置在扶手装置和智能陪护座椅机器人之间支撑在地面，并形成杠杆效果，通过智能陪护座椅机器人本身的重力支撑扶起扶手装置上的老人；

所述智能陪护座椅机器人(1)内部含有雷达感应蓝牙语音播报器，所述智能陪护座椅机器人(1)电性连接手势控制识别系统和声音控制系统；

所述智能陪护座椅机器人(1)探测识别并紧紧跟踪跟随老人，与老人保持1到1.5米的距离：该方法的步骤如下：

S1、预判断老人是否有摔倒倾向，如果有启动行走装置并自动行走到老人的身边并趋向于预跌倒的方位；当老人要摔倒时，通过微波雷达系统判断老人的摔倒方向，同时判定老人身边的障碍物；

S2、手臂装置伸向老人摔倒的方向，并保持与老人身体和障碍物10到15厘米的距离；

S3、当老人倒向左侧时，智能陪护座椅机器人(1)左侧手臂装置伸出；当老人倒向右侧时，所述智能陪护座椅机器人(1)右侧手臂装置伸出；

S4、当老人倒向远离智能陪护座椅机器人(1)时，偏左侧时，所述智能陪护座椅机器人(1)左侧手臂装置(2)伸出，偏右侧时，所述智能陪护座椅机器人(1)右侧手臂装置(2)伸出；

S5、手臂装置(2)的所有动作都保持与老人或者其他障碍物10到15厘米的距离，以免碰撞倒其他物体或者伤到其他人；

S6、当微波雷达系统判断老人有可能的摔倒方向时，其自动移动到老人预摔倒的方向的位置；

S7、当老人倒向或者走向所述智能陪护座椅机器人(1)时，所述智能陪护座椅机器人(1)转动正面对应老人的方向，迎接老人坐上；

S8、重复以上S1到S7的步骤3到5次，让老人与所述智能陪护座椅机器人(1)熟悉彼此的动作速度和角度。

2.根据权利要求1所述的一种智能陪护座椅机器人(1)的训练学习方法，其特征在于：所述急救系统包含备用药箱、监控模块、图像分析模块、跌倒识别模型、目标标记模块、跟踪监控系统、报警模块，其中所述自动跟随跟踪系统采用超宽通信技术，以NS级的冲击脉冲在短距离内高速传输数据。

3.根据权利要求1所述的一种智能陪护座椅机器人(1)的训练学习方法，其特征在于：所述行走装置(3)固定安装有四个电动轮，电动轮电信号连接有雷达感应蓝牙语音播报器。

4.根据权利要求1所述的一种智能陪护座椅机器人(1)的训练学习方法，其特征在于：所述扶手装置上还设置有夹持装置，所述夹持装置设置有电连接通信接口，电连接通信接口与电子智能设备相互电信号连接。

5.根据权利要求4所述的一种智能陪护座椅机器人(1)的训练学习方法，其特征在于：所述电子智能设备有控制按钮，控制按钮电信号连接有智能芯片，智能芯片电信号连接有家电装置。

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