CN212825400U - 一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，包括机身和安装在机身上的控制模块、通信模块、视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块、消毒模块及语音和视频模块，其中，控制模块连接并控制视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块、消毒模块、通信模块、语音和视频模块；视觉感知模块具有深度摄像头，深度摄像头连接控制模块；控制模块在患者行为异常、完成诊疗或者患者温度异常以及需安抚患者情绪的情况下触发语音和视频模块，控制模块通过通信模块无线连接患者家属的移动终端。本实用新型可以实现生物反馈及远程探望，具有较高的人机交互能力和智能化水平。

Description

一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人。

背景技术

医疗服务机器人能够协助医护人员和其他专业人士的工作，有助于节约医疗资源，降低人工成本。医院和医疗实践已经引入了大量的自动化技术，如使用传送机器人来完成派送药物，给患者配送午餐，将病人标本和医疗设备运送到不同的实验室等工作，有些医院专门设立运送机器人用来打开遥控门甚至是参与做手术这类复杂性更高的任务，他们的参与范围可以从简单地帮助固定手术工具到自主执行整个手术。

随着医疗自动化的不断发展，医疗服务机器人也开始充当看护的角色，尤其是面向老年人。如今，世界各国人口老龄化问题突出，对日常琐事以及检查患者的医疗任务援助需求不断增加，这些工作很繁琐、强度大，且薪资相对较低，所以常常很难招聘到员工。而机器人擅长重复性、工作流程固定的工作，而且可以长时间连续作业，因此可以胜任多种任务，例如清洁，起床唤醒和其他的日常需求。对于患者来说，除了生理健康照顾，他们的心理健康也同样需要引起重视。为了给予患者更加全面的照顾，改善精神生活和缓解他们的社会孤立感，帮助康复，医疗机器人还需要具有陪伴作用，因此有必要开发出具有生物反馈例如识别情绪并给予情绪安抚，以及及时联系患者家属功能的医疗机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，该医疗服务机器人可以实现生物反馈及远程探望，具有较高的人机交互能力和智能化水平。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，包括：机身和安装在机身上的控制模块、通信模块、视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、用于检测人体温度的测温模块、消毒模块及语音和视频模块，其中，

控制模块连接并控制视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块和消毒模块，并且SLAM建图导航模块向控制模块传送地图和导航路线，测温模块向控制模块传送温度检测数据；

视觉感知模块具有用于采集场景彩色图、深度图的深度摄像头，深度摄像头连接控制模块，并将这些采集信息发送给控制模块；

通信模块、语音和视频模块分别连接控制模块，控制模块在患者行为异常、完成诊疗或者患者温度异常以及需安抚患者情绪的情况下触发语音和视频模块，控制模块通过通信模块无线连接患者家属的移动终端。

优选的，控制模块包括上层工控机和底层控制板，上层工控机通过通信模块连接并控制底层控制板、视觉感知模块、SLAM建图导航模块，以及语音和视频模块，底层控制板连接并控制测温模块、消毒模块，以及全向移动模块。

更进一步的，机器人在机身表面设置有操作平板，操作平板连接上层工控机。

更进一步的，SLAM建图导航模块具有环境检测传感器和IMU，环境检测传感器连接上层工控机，IMU位于底层控制板上并且连接上层工控机，环境检测传感器包括但不限于激光雷达、超声波传感器。

更进一步的，控制模块和通信模块收容于机身内，其中，底层控制板位于机身的底盘内；消毒模块、深度摄像头和视频摄像头分别安装在机身的顶部；显示屏安装在机身表面；扬声器和麦克风阵列安装在机身的身侧；全向移动模块安装在机身的底盘；环境检测传感器设置在机身底盘表面的边缘位置；IMU设置在底盘内的底层控制板上。

优选的，全向移动模块包括四个驱动电机和四个麦克纳姆轮，驱动电机安装在机身内并且连接控制模块，麦克纳姆轮平均分配并安装在机身的底盘的左右两侧，并且每个驱动电机对应连接并驱动一个麦克纳姆轮。

优选的，控制模块通过通信模块无线连接医院的报警系统。

优选的，测温模块包括但不限于红外成像仪；消毒模块包括但不限于紫外线灯。

优选的，语音和视频模块包括视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏，视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏分别连接控制模块。

优选的，通信模块为3G/4G/5G模块或者wifi模块。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人具有机身和安装在机身上的控制模块、通信模块、视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块、消毒模块及语音和视频模块，能够实现测温、消毒、导航移动、语音交互、语音提醒、视觉感知、远程视频和情绪安抚，相较于传统的医疗服务机器人，本实用新型医疗服务机器人增加了生物反馈和远程探望功能，人机交互能力和智能化水平也更高，功能更多样化，用户体验也更佳，并且在疾控阶段可以减少患者的对外接触，更好地防止感染的发生。

(2)本实用新型医疗服务机器人使用四轮麦克纳姆轮结构，使得机器人的运动更加敏捷，灵活性更高，能够完成任意方向的移动及原地旋转，并且消毒模块可在指定区域自主移动360度无死角消毒，特别是在疫情时期能发挥重要作用。

(3)本实用新型医疗服务机器人的控制模块能够基于深度摄像头的采集数据对患者行为和情绪、相关诊疗设备的工作情况进行分类识别，在识别出患者行为异常、完成诊疗或者温度异常的情况下触发语音和视频模块进行语言提醒，在识别出患者情绪不佳的情况下及时进行情绪安抚，给予患者更加全面的照顾，更有利于患者恢复，也实现了对患者的远程监测，减少医护人员的工作负担。

(4)本实用新型医疗服务机器人在机身表面还设置有操作平板，患者和医护人员可以通过操作平板输入机器人的目的地、机器人移动控制指令、测温控制指令、消毒控制指令、语音交互控制指令和远程视频控制指令，以及查看关于患者的深度摄像头采集数据和温度检测数据，使用和控制非常方便。

附图说明

图1是本实用新型可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人的示意图。

图2是图1机器人机身上各个模块的连接示意图。

其中，1-机身，2-环境检测传感器，3-测温模块，4-消毒模块，5-麦克纳姆轮，6-深度摄像头，7-视频摄像头，8-麦克风阵列、9-扬声器，10-显示屏，11-操作平板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，如图1和图2所示，包括：机身1和安装在机身上的控制模块、通信模块、视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块3、消毒模块4及语音和视频模块。

其中，控制模块包括上层工控机和底层控制板，上层工控机通过通信模块连接并控制底层控制板、视觉感知模块、SLAM建图导航模块，以及语音和视频模块，底层控制板连接并控制测温模块、消毒模块，以及全向移动模块。

通信模块为3G/4G/5G模块或者wifi模块。在本实施例中，通信模块为5G模块，5G传输具有低延时、高速率和广连接特征，可以实现元件的运行数据和相关控制指令，以及视频数据、语音数据及时的双向传输，保证网络连接的稳定性。

视觉感知模块具有连接上层工控机的深度摄像头6，深度摄像头可同时拍摄患者和相关诊疗设备(镜头朝向正前方，可通过移动调整拍摄视角)，深度摄像头用于采集场景的彩色图、深度图，并将这些采集信息发送给上层工控机。上层工控机创建有深度信息的神经网络模型，可先从采集信息中提取出深度信息，神经网络模型通过多层网络结构来提取深度信息的高级抽象特征，从而得出患者行为和情绪的分类识别结果，相关诊疗设备的工作情况可以采用目标检测算法，通过检测彩色图和深度图中物体位置及关键点检测来识别，相关诊疗设备的工作情况包括输液进度、心电图波形数据。

上层工控机通过通信模块无线连接医院的报警系统，可在相关诊疗设备的数据突发异常的情况下触发报警系统，并且上层工控机通过通信模块将数据及时回传给医院的控制室，有助于医院工作人员及时采取措施，使得即使医护人员无暇顾及的情况下也能保证患者安全，第一时间能够解除危险情况。

全向移动模块包括四个驱动电机和四个麦克纳姆轮5，驱动电机安装在机身内并且连接控制模块的底层控制板，麦克纳姆轮平均分配并安装在底盘的左右两侧，并且每个驱动电机对应连接并驱动一个麦克纳姆轮。麦克纳姆轮是一种结构紧凑、运动灵活的全方位轮，4个麦克纳姆轮的组合可以更灵活方便的实现全方位移动功能。

另外，本实施例还可以在底盘增设清洁刷和垃圾吸入口、垃圾收纳盒，利用清洁刷清扫和驱动电机的高速旋转而产生的高速气流来将地板的垃圾、灰尘从垃圾吸入口吸入到垃圾收纳盒，从而实现对医院房间和走道的清洁。

SLAM建图导航模块具有环境检测传感器2和IMU，环境检测传感器连接上层工控机，IMU位于底层控制板上并且连接上层工控机，环境检测传感器用于检测和记录机器人所处的环境数据，在本实施例中，环境检测传感器包括但不限于激光雷达、超声波传感器，环境数据包括在雷达、超声波检测范围内，机器人与障碍物之间的距离。

SLAM建图导航模块可基于环境数据和深度摄像头的采集数据构建对应的地图，具体来说，当机器人从未知环境出发时，SLAM建图导航模块先利用传感器来探索环境，并解释场景，在机器人运动过程中通过重复观测到的场景特征来定位自身位置，再根据自身位置增量式地构建地图。所构建的地图包括医院房间和走道。

SLAM建图导航模块还可以基于地图和目的地，利用路径规划算法生成导航路线，并将地图和导航路线发送给上层工控机。机器人接收到SLAM建图导航模块生成的地图和导航路线之后，根据导航路线和地图控制全向移动模块的位移和速度。具体来说，当获取到目的地之后，上层工控机基于地图和目的地计算麦克纳姆轮的平移速度和旋转速度，生成对应的控制指令并下发给底层控制板，通过驱动电机驱动麦克纳姆轮，从而使机器人沿着导航路线运动，顺利地避开障碍物到达指定的目的地。

测温模块3用于检测人体温度，并将温度检测数据发送给底层控制板，底层控制板再发送给上层工控机，上层工控机可以采用目标检测算法，通过检测目标位置及关键点检测来判断温度检测数据是否超过设定阈值，是则判定为温度异常。在本实施例中，测温模块包括但不限于红外成像仪；消毒模块包括但不限于紫外线灯。

消毒模块4用于对机器人所在空间进行消毒，结合全向移动模块可以使得医疗服务机器人能在指定区域自主移动360度无死角消毒，特别是在疫情时期能发挥重要作用，机器代替人工进行消毒，避免了工作人员直接接触外部环境，减少工作人员被感染的风险。消毒模块的工作时长可由上层工控机通过底层控制板控制。

语音和视频模块包括视频摄像头7、麦克风阵列8、扬声器9和显示屏10，视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏分别连接上层工控机。

语音和视频模块可用于语音交互，通过麦克风阵列录入患者的语音并发送给上层工控机，通过扬声器播放上层工控机生成的回话语音。语音和视频模块的人机交互功能，减少了人员与患者的直接接触，同时也能与患者对话，陪伴患者。

语音和视频模块具有语音提醒功能，具体来说，上层工控机基于患者行为、相关诊疗设备的工作情况的识别结果和温度检测数据对患者进行监测，在监测到患者行为异常、完成诊疗或者温度异常的情况下触发语音和视频模块进行语言提醒。另外，语音提醒的内容还可以包括联网获取到的患者待办事项、注意事项，例如每天的天气情况，温度突然降低时提醒注意保暖，每天的吃药时间，在医院的注意事项等等。

语音和视频模块还具有远程视频功能，控制模块通过通信模块无线连接患者家属的移动终端，机器人在上层工控机发出视频请求，患者家属的移动终端接受请求，通过视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏即可进行远程视频，由此患者家属可以实现远程探望。在本实施例中，由于视频摄像头主要为远程视频用，因此相较于深度摄像头，视频摄像头分辨率更高，视频效果更好。

机器人的远程视频功能利用了边缘计算和5G传输技术，实现视频语音双向实时传输。特别是在具有传染性的特殊病房，患者家属无法进入的情况下，让他们能够很好的视频交流，增加他们的情感陪伴。并且，机器人还可以向患者家属的移动终端发送关于患者的深度摄像头采集数据及在医院所做的事项等信息。5G的新型应用场景需要边缘计算，边缘计算对于实时的数据传输时延更低，带宽更宽，在编解码更高清，呈现也更加真实。

另外，当上层工控机在识别到患者情绪不佳时也可以触发语音和视频模块进行情绪安抚，具体来说，当上层工控机识别出患者的情绪，通过扬声器播放联网获取到的与安抚情绪相关的音乐，通过显示屏播放联网获取到的与安抚情绪相关的视频，通过通信模块向移动终端发送视频请求，当患者家属的移动终端接受请求，患者通过视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏即可进行与患者家属的远程视频。这一生物反馈功能大大提升了机器人的智能化水平。

在本实施例中，如图1所示，控制模块和通信模块收容于机身内，其中，底层控制板位于机身的底盘内；消毒模块、深度摄像头和视频摄像头分别安装在机身的顶部；显示屏安装在机身表面；扬声器和麦克风阵列安装在机身的身侧；全向移动模块安装在机身的底盘；环境检测传感器设置在机身底盘表面的边缘位置；IMU设置在底盘内的底层控制板上。

另外，机器人在机身表面还设置有操作平板11，操作平板连接控制模块的上层工控机，操作平板可用于输入机器人的目的地、机器人移动控制指令、测温控制指令、消毒控制指令、语音交互控制指令和远程视频控制指令，以及查看关于患者的深度摄像头采集数据和温度检测数据，方便患者和医护人员使用。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，包括：机身和安装在机身上的控制模块、通信模块、视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、用于检测人体温度的测温模块、消毒模块及语音和视频模块，其中，

控制模块连接并控制视觉感知模块、全向移动模块、SLAM建图导航模块、测温模块和消毒模块，并且SLAM建图导航模块向控制模块传送地图和导航路线，测温模块向控制模块传送温度检测数据；

视觉感知模块具有用于采集场景彩色图、深度图的深度摄像头，深度摄像头连接控制模块，并将这些采集信息发送给控制模块；

通信模块、语音和视频模块分别连接控制模块，控制模块在患者行为异常、完成诊疗或者患者温度异常以及需安抚患者情绪的情况下触发语音和视频模块，控制模块通过通信模块无线连接患者家属的移动终端。

2.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，控制模块包括上层工控机和底层控制板，上层工控机通过通信模块连接并控制底层控制板、视觉感知模块、SLAM建图导航模块，以及语音和视频模块，底层控制板连接并控制测温模块、消毒模块，以及全向移动模块。

3.根据权利要求2所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，机器人在机身表面设置有操作平板，操作平板连接上层工控机。

4.根据权利要求2所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，SLAM建图导航模块具有环境检测传感器和IMU，环境检测传感器连接上层工控机，IMU位于底层控制板上并且连接上层工控机，环境检测传感器包括但不限于激光雷达、超声波传感器。

5.根据权利要求4所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，控制模块和通信模块收容于机身内，其中，底层控制板位于机身的底盘内；消毒模块、深度摄像头和视频摄像头分别安装在机身的顶部；显示屏安装在机身表面；扬声器和麦克风阵列安装在机身的身侧；全向移动模块安装在机身的底盘；环境检测传感器设置在机身底盘表面的边缘位置；IMU设置在底盘内的底层控制板上。

6.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，全向移动模块包括四个驱动电机和四个麦克纳姆轮，驱动电机安装在机身内并且连接控制模块，麦克纳姆轮平均分配并安装在机身的底盘的左右两侧，并且每个驱动电机对应连接并驱动一个麦克纳姆轮。

7.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，控制模块通过通信模块无线连接医院的报警系统。

8.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，测温模块包括但不限于红外成像仪；消毒模块包括但不限于紫外线灯。

9.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，语音和视频模块包括视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏，视频摄像头、麦克风阵列、扬声器和显示屏分别连接控制模块。

10.根据权利要求1所述的可实现生物反馈及远程探望的智能医疗服务机器人，其特征在于，通信模块为3G/4G/5G模块或者wifi模块。

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