本發(fā)明涉及醫(yī)用設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種全自動視覺引導(dǎo)護士車及其控制方法。

背景技術(shù)：

目前，醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域上現(xiàn)有的護士車都是由護士手推，將藥品和醫(yī)療設(shè)備送入相應(yīng)的病房的。這樣十分浪費人力，市場上缺少通過相應(yīng)的指示來自動識別地面路徑引導(dǎo)線，將藥品和醫(yī)療設(shè)備送入相應(yīng)病房的全自動視覺引導(dǎo)護士車。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種全自動視覺引導(dǎo)護士車及其控制方法。

本發(fā)明技術(shù)方案為：

一種全自動視覺引導(dǎo)護士車，包括路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、觸摸屏、小車、儲物箱、處理器；小車上方安裝儲物箱，小車的正面安裝有固定支架；觸摸屏安裝到儲物箱頂部，觸摸屏與處理器連接；儲物箱中裝載醫(yī)用設(shè)備或藥品，通過路徑引導(dǎo)線采集裝置實時采集鋪設(shè)在醫(yī)院環(huán)境內(nèi)地面上的路徑引導(dǎo)線實現(xiàn)路徑導(dǎo)航，小車行進過程中通過避障探測裝置采集障礙物信號實現(xiàn)躲避障礙物，通過處理器控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向、驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動小車前進后退。

所述路徑引導(dǎo)線采集裝置采用安裝在小車的固定支架上的攝像頭；攝像頭的輸出端、觸摸屏的輸出端連接處理器的輸入端，處理器的輸出端連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)。

所述避障探測裝置采用安裝在固定支架上的超聲波探測器；超聲波探測器的輸出端連接處理器的輸入端。

所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向杠桿、偏心輪、舵機；轉(zhuǎn)向杠桿由一根t型桿和兩個轉(zhuǎn)向連桿構(gòu)成，t型桿的橫桿兩端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，t型桿的豎桿一端連接到橫桿的中部，另一端插入偏心輪；轉(zhuǎn)向連桿為具有90度轉(zhuǎn)角的連桿結(jié)構(gòu)，一端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)向連桿的鉤狀結(jié)構(gòu)分別與橫桿兩端的鉤狀結(jié)構(gòu)相連，兩個轉(zhuǎn)向連桿的另一端分別連接小車的兩個前輪中心處；舵機的輸出軸連接偏心輪。

小車內(nèi)部還安裝一個固定板，固定板開有為所述t型桿的豎桿提供運動軌道的凹槽，舵機接收處理器根據(jù)路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置采集信息所產(chǎn)生的驅(qū)動信號，驅(qū)動小車進行轉(zhuǎn)向操作，舵機的轉(zhuǎn)動帶動與偏心輪連接的t型桿的豎桿沿凹槽運動，實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向。

所述驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機、驅(qū)動橫桿；驅(qū)動橫桿的兩端連接在小車的兩個后車輪的中心處，驅(qū)動橫桿上固定有第一齒輪，驅(qū)動電機的輸出軸上固定有第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第二齒輪隨驅(qū)動電機的輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動與其嚙合的第一齒輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)驅(qū)動橫桿帶動小車兩個后車輪的轉(zhuǎn)動；驅(qū)動電機接收處理器根據(jù)路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置采集信息所產(chǎn)生的驅(qū)動信號，驅(qū)動小車進行前進/后退操作。

所述的全自動視覺引導(dǎo)護士車的控制方法，其特征在于，包括：

通過觸摸屏在預(yù)先錄入好的與路徑引導(dǎo)線匹配的地圖上選擇出發(fā)地、目的地以及路線，并通過觸摸屏錄入儲物箱中裝載的醫(yī)用設(shè)備和藥品信息；上述信息傳入處理器中；

將全自動視覺引導(dǎo)護士車放在路徑引導(dǎo)線上，開始行程，向下拍攝的攝像頭和超聲波探測器開始工作，攝像頭、超聲波探測器將采集到的數(shù)據(jù)傳入處理器中；

處理器識別攝像頭采集到的路徑引導(dǎo)線是直行，轉(zhuǎn)彎或岔路：

如果是直行，則發(fā)送給驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機一個驅(qū)動信號，驅(qū)動電機根據(jù)驅(qū)動信號工作帶動小車的后車輪前進；

如果是轉(zhuǎn)彎，則發(fā)送給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的舵機一個轉(zhuǎn)向信號，舵機根據(jù)轉(zhuǎn)向信號旋轉(zhuǎn)一定的角度，舵機上相連接的偏心輪帶動轉(zhuǎn)向杠桿帶動前輪進行相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向；

如果是岔路，則根據(jù)開始工作時設(shè)定的路線對比，確定轉(zhuǎn)向的方向，并轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的舵機一個轉(zhuǎn)向信號，舵機上相連接的偏心輪帶動轉(zhuǎn)向杠桿帶動前輪進行相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向；

小車行進過程中處理器根據(jù)超聲波探測器采集到的數(shù)據(jù)判斷是否有障礙物：

如果有，則控制驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，小車停止，等障礙物移動遠離小車，控制驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機驅(qū)動小車?yán)^續(xù)前行，直到小車根據(jù)設(shè)定路線到達目的地。

有益效果：

本發(fā)明無需鋪設(shè)相關(guān)軌道，只需在地面上布置地面路徑引導(dǎo)線即可，相比軌道式的視覺引導(dǎo)車節(jié)約了很大的空間和材料；能根據(jù)設(shè)定地點和地面路徑引導(dǎo)線從而通過識別地面路徑引導(dǎo)線來將藥品和醫(yī)療設(shè)備送到相關(guān)病房；在不需要人干預(yù)的情況下尋找路徑、能自行判斷和識別岔路，實現(xiàn)全自動視覺引導(dǎo)，極大地減輕了醫(yī)護工作者的工作量，提高工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中的全自動視覺引導(dǎo)護士車整體結(jié)構(gòu)示意圖，1-觸摸屏，2-超聲波探測器，2-小車，3-儲物箱，4-固定支架，5-攝像頭，6-超聲波探測器，7-偏心輪，8-舵機，9-轉(zhuǎn)向連桿，10-橫桿，11-豎桿，12-驅(qū)動電機，13-驅(qū)動橫桿，14-第一齒輪，15-第二齒輪，16-固定板，17-凹槽，18-扶手；

圖2為本發(fā)明具體實施方式中的全自動視覺引導(dǎo)護士車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式中的全自動視覺引導(dǎo)護士車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式中的小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細說明。

實施例1

如圖1所示的全自動視覺引導(dǎo)護士車，包括路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、觸摸屏1、小車2、儲物箱3、處理器。小車2上方安裝儲物箱3，小車2的正面安裝有固定支架4；觸摸屏1安裝到儲物箱3頂部，觸摸屏1與處理器連接，處理器分別與路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)連接。儲物箱3中裝載醫(yī)用設(shè)備或藥品，通過觸摸屏1選擇目的地和輸入裝載的醫(yī)用設(shè)備或藥品信息，通過路徑引導(dǎo)線采集裝置實時采集鋪設(shè)在醫(yī)院環(huán)境內(nèi)地面上的路徑引導(dǎo)線實現(xiàn)路徑導(dǎo)航，小車2行進過程中通過避障探測裝置采集障礙物信號實現(xiàn)躲避障礙物，通過處理器控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)小車2轉(zhuǎn)向、由處理器控制驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動小車2前進后退。

實施例2

在實施例1的基礎(chǔ)上，路徑引導(dǎo)線采集裝置采用安裝在小車2的固定支架4上的攝像頭5；攝像頭5的輸出端、觸摸屏1的輸出端連接處理器的輸入端，處理器的輸出端連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)。攝像頭5選型為ov7620，處理器選型為spmc75系列單片機或者dsp、plc。

小車2通過識別鋪設(shè)在地面的路徑引導(dǎo)線(本實施方式中采用具有一定寬度的黑線)來導(dǎo)航，為了提高識別的準(zhǔn)確性，路徑引導(dǎo)線應(yīng)具有一定的寬度，同時在灰度上與地面背景有較大差異。由于小車2主要行駛在室醫(yī)院的環(huán)境內(nèi)，在燈光照明較為充足的條件下，攝像頭所拍攝的路徑圖像具有以下特點：

(1)地面灰度比較均一，灰度變化幅度小；

(2)路徑灰度和地面灰度存在較大反差；

(3)由于拍攝窗口較小，光照不均對圖像灰度影響不大；

(4)地面基本無污漬，路徑少被遮擋，背景中干擾物少。

路徑識別的目的是根據(jù)采集到的路徑引導(dǎo)線圖像最終獲得小車運動前方的路徑信息，識別過程主要可分為三個過程：圖像采集，圖像二值化和黑線提取及圖像濾波。

攝像頭采集回來的圖像是具有256灰階的灰度圖，由于只需要識別地面上的黑線，即知道地面上的黑白狀況即可，為了便于圖像的進一步處理，要對采集回來的圖像進行二值化。在二值化后的圖像數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確的找出每行黑線的左右邊界點。由于二值化處理后的圖像數(shù)據(jù)存在黑點干擾，通過圖像濾波除去這些黑點干擾。

為避免全自動視覺引導(dǎo)護士車在行進過程中被隨意開啟，可以在儲物箱上安裝密碼鎖裝置，主要由舵機和鎖芯活塞組成。帶有齒輪的舵機與處理器相連，且鎖芯活塞上的齒輪與舵機上的齒輪相咬合。通過在觸摸屏上輸入密碼進行比對識別，成功后發(fā)給處理器指令，處理器接收指令并根據(jù)指令控制帶齒輪的舵機進行一定角度的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)開關(guān)鎖。

實施例3

在實施例1的基礎(chǔ)上，避障探測裝置采用安裝在固定支架4上的超聲波探測器6；超聲波探測器6的輸出端連接處理器的輸入端。

實施例4

在實施例1的基礎(chǔ)上，如圖2所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向杠桿、偏心輪7、舵機8；轉(zhuǎn)向杠桿由一根t型桿和兩個轉(zhuǎn)向連桿9構(gòu)成，t型桿的橫桿10兩端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，t型桿的豎桿11一端連接到橫桿10的中部，另一端插入偏心輪7；轉(zhuǎn)向連桿9為具有90度轉(zhuǎn)角的連桿結(jié)構(gòu)，一端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)向連桿9的鉤狀結(jié)構(gòu)分別與橫桿10兩端的鉤狀結(jié)構(gòu)相連，兩個轉(zhuǎn)向連桿的另一端分別連接小車2的兩個前輪中心處。舵機8的輸出軸連接偏心輪7。如圖4所示的小車2內(nèi)部還安裝一個固定板16，固定板16開有為t型桿的豎桿11提供運動軌道的凹槽17，舵機8接收處理器根據(jù)路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置采集信息所產(chǎn)生的驅(qū)動信號，驅(qū)動小車2進行轉(zhuǎn)向操作，舵機8的轉(zhuǎn)動帶動與偏心輪7連接的t型桿的豎桿11沿凹槽17運動，實現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向。

實施例5

在實施例1的基礎(chǔ)上，如圖3所示的驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機12、驅(qū)動橫桿13；驅(qū)動橫桿13的兩端連接在小車2的兩個后車輪的中心處，驅(qū)動橫桿13上固定有第一齒輪14，驅(qū)動電機12的輸出軸上固定有第二齒輪15，第一齒輪14與第二齒輪15嚙合，第二齒輪15隨驅(qū)動電機12的輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動與其嚙合的第一齒輪14轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)驅(qū)動橫桿13帶動小車2兩個后車輪的轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機12接收處理器根據(jù)路徑引導(dǎo)線采集裝置、避障探測裝置采集信息所產(chǎn)生的驅(qū)動信號，驅(qū)動小車2進行前進/后退操作。

實施例6

在實施例1的基礎(chǔ)上，路徑引導(dǎo)線采集裝置采用安裝在小車2的固定支架4上的攝像頭5；攝像頭5的輸出端連接處理器的輸入端，處理器的輸出端連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的舵機8的輸入端、驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機12的輸入端。避障探測裝置采用安裝在固定支架4上的超聲波探測器6；超聲波探測器6的輸出端連接處理器的輸入端。

如圖2所示的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向杠桿、偏心輪7、舵機8；轉(zhuǎn)向杠桿由一根t型桿和兩個轉(zhuǎn)向連桿9構(gòu)成，t型桿的橫桿10兩端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，t型桿的豎桿11一端連接到橫桿10的中部，另一端插入偏心輪7；轉(zhuǎn)向連桿9為具有90度轉(zhuǎn)角的連桿結(jié)構(gòu)，一端具有鉤狀結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)向連桿9的鉤狀結(jié)構(gòu)分別與橫桿10兩端的鉤狀結(jié)構(gòu)相連，兩個轉(zhuǎn)向連桿的另一端分別連接小車2的兩個前輪中心處。舵機8的輸出軸連接偏心輪7。

如圖3所示的驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動電機12、驅(qū)動橫桿13；驅(qū)動橫桿13的兩端連接在小車2的兩個后車輪的中心處，驅(qū)動橫桿13上固定有第一齒輪14，驅(qū)動電機12的輸出軸上固定有第二齒輪15，第一齒輪14與第二齒輪15嚙合，第二齒輪15隨驅(qū)動電機12的輸出軸轉(zhuǎn)動，帶動與其嚙合的第一齒輪14轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)驅(qū)動橫桿13帶動小車2兩個后車輪的轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機12接收處理器的驅(qū)動信號，驅(qū)動小車2進行前進/后退操作。

本實施例中全自動視覺引導(dǎo)護士車的控制方法如下：

通過觸摸屏在預(yù)先錄入好的與路徑引導(dǎo)線匹配的地圖上選擇出發(fā)地、目的地以及路線，并通過觸摸屏錄入儲物箱中裝載的醫(yī)用設(shè)備和藥品信息；上述信息傳入處理器中。

將全自動視覺引導(dǎo)護士車放在路徑引導(dǎo)線上，開始行程，向下拍攝的攝像頭和超聲波探測器開始工作，攝像頭、超聲波探測器將采集到的數(shù)據(jù)傳入處理器中。

處理器識別攝像頭采集到的路徑引導(dǎo)線是直行，轉(zhuǎn)彎或岔路：

如果是直行，則發(fā)送給驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機一個驅(qū)動信號，驅(qū)動電機根據(jù)驅(qū)動信號工作帶動小車的后車輪前進；

如果是轉(zhuǎn)彎，則發(fā)送給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的舵機一個轉(zhuǎn)向信號，舵機根據(jù)轉(zhuǎn)向信號旋轉(zhuǎn)一定的角度，舵機上相連接的偏心輪帶動轉(zhuǎn)向杠桿帶動前輪進行相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向；

如果是岔路，則根據(jù)開始工作時設(shè)定的路線對比，確定轉(zhuǎn)向的方向，并轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的舵機一個轉(zhuǎn)向信號，舵機上相連接的偏心輪帶動轉(zhuǎn)向杠桿帶動前輪進行相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向；

小車行進過程中處理器根據(jù)超聲波探測器采集到的數(shù)據(jù)判斷是否有障礙物：

如果有，則控制驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機停止轉(zhuǎn)動，小車停止，等障礙物移動遠離小車，控制驅(qū)動系統(tǒng)中的驅(qū)動電機驅(qū)動小車?yán)^續(xù)前行，直到小車根據(jù)設(shè)定路線到達目的地。

病房內(nèi)的護士可以在取走所需藥品或醫(yī)療設(shè)備后，通過小車上的扶手18對小車進行轉(zhuǎn)向，并設(shè)定路線讓小車原路返回護士站，或到達下一個病房。