跌倒監(jiān)測機器人和跌倒監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種跌倒監(jiān)測機器人和跌倒監(jiān)測方法，屬于對人體跌倒進行監(jiān)測的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明跌倒監(jiān)測機器人包括放置于走行監(jiān)控車體中的控制器(1)、舵機(2)、電機控制模塊(3)、超聲波檢測模塊(4)、紅外傳感模塊(5)、走行電機，所述紅外傳感模塊(5)分別與第一紅外線探頭(501)、第二紅外線探頭(502)電性相連，所述超聲波檢測模塊(4)分別與超聲波發(fā)射部分(401)、超聲波接收部分(402)電性相連。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有自動跟蹤、跌倒檢測、語音提示報警等優(yōu)點。
【專利說明】跌倒監(jiān)測機器人和跌倒監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明對人體跌倒進行監(jiān)測的【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，屬于對人體處于跌倒后的靜止狀態(tài)判斷的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]跌倒是指突發(fā)、不自主的、非故意的體位改變，倒在地上或更低的平面上。跌倒包括從一個平面至另一個平面的跌落和同一平面的跌倒， 跌倒是我國傷害死亡的第四位原因，而在65歲以上的老年人中則為首位。老年人跌倒死亡率隨年齡的增加急劇上升。跌倒除了導致老年人死亡外，還導致大量殘疾，并且影響老年人的身心健康。如跌倒后的恐懼心理可以降低老年人的活動能力，使其活動范圍受限、生活質(zhì)量下降。
[0003]CN103142234A專利公開了一種用于判斷人體跌倒的傳感器系統(tǒng)，包括:六軸傳感器模塊，用于采集人體加速度及人體角速度，所述人體加速度包括X軸加速度、Y軸加速度及Z軸加速度，所述人體角速度包括X軸角速度、Y軸角速度及Z軸角速度；單軸傾角傳感器模塊，包括單軸傾角傳感器，所述單軸傾角傳感器用于采集人體傾角；微處理器模塊，電性連接于六軸傳感器模塊及單軸傾角傳感器模塊，所述微處理器模塊用于接收所述人體加速度、人體角速度及人體傾角，并對所述人體加速度、人體角速度及人體傾角進行處理和判斷人體是否跌倒；及電源模塊，電性連接于六軸傳感器模塊、單軸傾角傳感器模塊及微處理器模塊，所述電源模塊用于為上述各個模塊提供電源。微處理器模塊用于接收人體加速度、人體角速度及人體傾角，并對人體加速度、人體角速度及人體傾角進行處理、判斷人體是否跌倒；及電源模塊，電性連接于六軸傳感器模塊、單軸傾角傳感器模塊及微處理器模塊，電源模塊用于為上述各個模塊提供電源。這種用于判斷人體跌倒的方法。
[0004]CN102800170A專利公開了一種基于多傳感器的人體跌倒檢測報警器，該報警器由人體腰間多傳感器信息處理中心和足底壓力傳感器數(shù)據(jù)采集模塊組成，足底壓力傳感器數(shù)據(jù)采集模塊采集雙腳對鞋底的壓力值，并將壓力值通過Zigbee無線傳輸至腰間多傳感器信息處理中心，處理中心將自身采集的加速度傳感器值、傾角傳感器數(shù)據(jù)以及足底壓力傳感器數(shù)據(jù)按照檢測算法處理，判斷是否發(fā)生跌倒，一旦發(fā)生跌倒，則將報警信息及佩戴者的全球定位信息GPS通過通用分組無線服務(wù)技術(shù)GPRS發(fā)送至親屬手機及救助中心，從而提供醫(yī)療救助。該跌倒檢測報警器由腰間多傳感器信息處理中心和足底壓力傳感器數(shù)據(jù)采集模塊組成，處理中心初始化各功能模塊后，采集三軸加速度傳感器以及正交放置的兩路傾角傳感器數(shù)據(jù)，并通過Zigbee向足底模塊發(fā)送壓力數(shù)據(jù)請求；足底模塊采集雙腳對鞋底的壓力值，再將其傳輸?shù)教幚碇行?；中心將三種傳感器數(shù)據(jù)與SD卡中的歷史數(shù)據(jù)結(jié)合并按照跌倒檢測算法處理，給出跌倒報警信息，再將報警信息及佩戴者的GPS定位信息通過GPRS發(fā)送至親屬手機及救助中心，從而提供醫(yī)療救助。CN102800170A專利的顯著特點是:能夠結(jié)合人體多種運動狀態(tài)特征來綜合判定跌倒，跌倒檢測準確率高，同時提供遠程報警，可以讓老年人及時得到醫(yī)療救助。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中所采用的傳感成本比較高，而且必須安裝在被控人體上，極其不方便，控制過程比較復雜，很難應用到家庭中普遍使用?，F(xiàn)有技術(shù)中形成的產(chǎn)品往往價格高昂，短期內(nèi)難以在普通家庭中普及應用。老人或其他體弱多病人員跌到之后救護越及時、則救護效果越顯著，救護越不及時、則救護效果越差，隨著老齡化程度的不斷加劇，如何對跌到后失去求助能力的空巢老人或其他體弱多病人員進行及時施救的問題尤顯突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了有效地解決以上技術(shù)問題，給出了一種跌倒監(jiān)測機器人和跌倒監(jiān)測方法。
[0007]本發(fā)明的一種跌倒監(jiān)測機器人，包括行走車體、走行電機、舵機、動力電池、以及控制系統(tǒng)，其特征在于:控制系統(tǒng)包括控制器、舵機控制模塊、電機控制模塊、超聲波檢測模塊、紅外傳感模塊；
所述控制器分別與所述舵機控制模塊、所述電機控制模塊、所述超聲波檢測模塊和所述紅外傳感檢測模塊電性相連；
所述動力電池分別為所述控制器、所述舵機控制模塊、所述電機控制模塊、所述超聲波檢測模塊和所述紅外傳感檢測模塊提供供電電源；
所述電機控制模塊與所述走行電機電性相連以實現(xiàn)對所述走行電機的控制，所述舵機控制模塊與所述舵機電性相連以實現(xiàn)對所述舵機的控制，所述動力電池為所述走行電機和所述舵機提供動力電源；
所述紅外傳感模塊分別與第一紅外線探頭、第二紅外線探頭電性相連，所述第一紅外線探頭和所述第二紅外線探頭對稱地設(shè)置在行走車體上；所述第一紅外線探頭的紅外線探測幅度角A與所述第二紅外線探頭的紅外線探測幅度角B相同；所述第一紅外線探頭的紅外線探測區(qū)域S3與所述第二紅外線探頭的紅外線探測區(qū)域S4形成一盲區(qū)區(qū)域S1以及一紅外線疊加區(qū)域S2，所述盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2同軸，所述盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2的軸線與行走車體的正前方保持一致；
所述超聲波檢測模塊分別與超聲波發(fā)射部分、超聲波接收部分電性相連，所述超聲波發(fā)射部分和所述超聲波接收部分設(shè)置在行走車體上、并與行走車體的正向保持一致；所述第一紅外線探頭、所述第二紅外線探頭與地面的垂直距離均一致。
[0008]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測機器人，優(yōu)選，還包括無線通訊模塊，GPS定位模塊，視頻米集傳輸模塊；
所述無線通訊模塊與所述控制器電性相連，所述動力電池為所述無線通訊模塊提供供電電源；
所述GPS定位模塊與所述控制器電性相連，所述動力電池為所述GPS定位模塊提供供電電源；
所述視頻采集傳輸模塊與所述控制器電性相連，所述動力電池為所述視頻采集傳輸模塊提供供電電源。
[0009]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測機器人，優(yōu)選:還包括聲光報警模塊，所述聲光報警模塊與所述控制器電性相連，所述動力電池為所述聲光報警模塊提供供電電源。
[0010]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測機器人，優(yōu)選:所述第一紅外線探頭、所述第二紅外線探頭與地面的垂直距離為0.1-0.2m。[0011]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測機器人，優(yōu)選:所述超聲波發(fā)射部分和所述超聲波接收部分、與所述第一紅外線探頭和所述第二紅外線探頭處于同一高度。
[0012]本發(fā)明的一種使用以上所述跌倒監(jiān)測機器人的跌倒監(jiān)測方法，優(yōu)選，包括以下步驟:
SI所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第一位置確認；
S2所述監(jiān)測機器人直行運動到距離被監(jiān)測人員檢測點0.4-0.6 m的一位置處、對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第一位置確認；所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則所述控制器對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第二位置確認；
S3所述監(jiān)測機器人水平向右運動到距離第一位置橫向d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第二位置確認；所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第三位置確認；
S4所述監(jiān)測機器人水平向左運動到距離第一位置橫向d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第三位置確認；所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第四位置確認；
S5所述監(jiān)測機器人水平向右運動到距離第一位置橫向二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第四位置確認；所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第五位置確認；
S6所述監(jiān)測機器人水平向左運動到距離第一位置橫向二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第五位置確認；所述紅外傳感模塊確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器對靜止確認計數(shù)自動加I ;
S7在以上各個步驟中，如果所述靜止確認計數(shù)的累加總和達到3、則可以確認被監(jiān)測人員處于跌倒狀態(tài)。
[0013]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測方法，優(yōu)選:所述監(jiān)測機器人中的所述控制器控制所述無線通訊模塊向被監(jiān)測人員的監(jiān)護人發(fā)出報警信息；所述控制器通過所述GPS定位模塊獲得行走車體所處的地理位置后、通過所述無線通訊模塊向被監(jiān)測人員的監(jiān)護人發(fā)出地理位置報警信息；所述控制器控制所述攝像頭獲得現(xiàn)場實時視頻信息、并通過所述視頻傳輸模塊將現(xiàn)場實時視頻信息發(fā)送給被監(jiān)測人員的監(jiān)護人，或者通過所述無線通訊模塊將現(xiàn)場實時視頻信息截圖以彩信方式發(fā)送給被監(jiān)測人員的監(jiān)護人；所述控制器控制所述聲光報警模塊發(fā)出聲光報警。
[0014]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測方法，優(yōu)選:在各個步驟中所述d2長度為0.3m。
[0015]根據(jù)以上所述的跌倒監(jiān)測方法，優(yōu)選:在步驟S2中所述監(jiān)測機器人運動到距離被監(jiān)測人員檢測點0.5 m位置處。
[0016]本發(fā)明跌倒監(jiān)測機器人采用同時使用紅外檢測和超聲波檢測的方式能夠?qū)Φ沟厝藛T進行有效檢測報警，同時被監(jiān)測人員的監(jiān)護人在收到報警信息之后可以通過視頻信息進一步確認被監(jiān)測人員是否真正跌倒，相對現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案簡單易行、具有非常高的可靠性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有自動避障、自動跟蹤、跌倒檢測、遠程無線報警、語音提示報警等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖1是本發(fā)明監(jiān)測機器人的結(jié)構(gòu)示意圖一；
附圖2是本發(fā)明監(jiān)測機器人雙紅外線探頭檢測范圍示意圖；
附圖3是本發(fā)明監(jiān)測機器人超聲波發(fā)射部分的電路結(jié)構(gòu)圖；
附圖4是本發(fā)明監(jiān)測機器人超聲波接收部分的電路結(jié)構(gòu)圖；
附圖5是本發(fā)明監(jiān)測機器人行走車體機構(gòu)副示意圖；
附圖6是本發(fā)明監(jiān)測機器人的監(jiān)測被監(jiān)測人員任意倒地情況示意圖；
附圖7是本發(fā)明監(jiān)測機器人的監(jiān)測被監(jiān)測人員站立情況示意圖；
附圖8是本發(fā)明監(jiān)測機器人的監(jiān)測被監(jiān)測人員直倒情況示意圖；
附圖9是本發(fā)明監(jiān)測機器人的跌倒監(jiān)測子程序流程圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1是本發(fā)明跌倒監(jiān)測機器人的結(jié)構(gòu)示意圖一，本優(yōu)選實施例中的跌倒監(jiān)測機器人放置于行走車體中的走行電機、動力電池、以及控制系統(tǒng)，動力電池為走行電機提供動力、并對控制系統(tǒng)進行供電?？刂葡到y(tǒng)包括控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4、紅外傳感模塊5、走行電機、動力電池；控制器I分別與舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5電性相連，控制器I能夠?qū)Χ鏅C控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5進行有效控制以實現(xiàn)監(jiān)測機器人的有效工作?？刂破鱅可以選用微控制器、嵌入式控制器、可編程控制器件，根據(jù)本發(fā)明實際應用中的不同性價比的要求可以選用不同的器件，控制器I內(nèi)存儲有相應的控制程序?qū)ζ渌糠诌M行控制、以保證完成監(jiān)測機器人的工作目的。
[0019]控制器I分別對紅外傳感模塊5和超聲波檢測模塊4進行控制，紅外傳感模塊5分別對第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502進行控制，超聲波檢測模塊4分別對超聲波發(fā)射部分401和超聲波接受部分402進行控制?？刂破鱅內(nèi)部存儲器中固化有相應的程序，控制器I根據(jù)預定的程序同時對紅外傳感模塊5和超聲波檢測模塊4進行控制，進而實現(xiàn)了第一紅外線探頭501、第二紅外線探頭502、超聲波發(fā)射部分401和超聲波接受部分402的聯(lián)動，從而可以有效地監(jiān)測人跌倒的情況。
[0020]動力電池通過降壓裝置分別與控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5電性相連，動力電池為控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5提供其在工作過程中所需要的電能；由于動力電池提供的實際電能電壓是根據(jù)走行電機所需要的輸入電壓值來確定的，走行電機工作時的輸入電壓值往往大于控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5工作時的輸入電壓值，故需要在動力電池與控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5之間設(shè)置降壓裝置，這樣即可降低動力電池提供給控制器1、舵機控制模塊2、電機控制模塊3、超聲波檢測模塊4和紅外傳感檢測模塊5的電壓值。
[0021]控制器I通過電機控制模塊3與走行電機電性相連，控制器I通過電機控制模塊3實現(xiàn)了對走行電機有效控制，控制器I根據(jù)本發(fā)明監(jiān)測機器人實際工況可以通過控制走行電機實現(xiàn)對行走車體的走行速度和走行距離進行十分精確地控制。走行電機與動力電池電性相連，動力電池以滿足走行電機的實際需要為準，走行電機為行走車體提供動力。走行電機可以選用直流伺服電機，電機控制模塊3即為直流電機控制器，動力電池可以選用蓄電池或其他模塊電池。
[0022]本優(yōu)選實施例中的跌倒監(jiān)測機器人還包括無線通訊模塊8，無線通訊模塊8與控制器I電性相連，動力電池通過降壓裝置與無線通訊模塊8相連；無線通訊模塊8可以是類似GSM這樣的手機無線通訊模塊，無線通訊模塊8利用覆蓋城鄉(xiāng)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)使本優(yōu)選實施例的監(jiān)測機器人實時與外界保持密切聯(lián)系。本優(yōu)選實施例的監(jiān)測機器人同時通過進行紅外檢測和超聲波檢測確定了人跌倒之后，控制器I通過無線通訊模塊8將人跌倒的報警信息或報警電話發(fā)送出去，例如將家里空巢老人跌倒的報警信息或報警電話發(fā)送給其在外面工作的子女或不在跌倒現(xiàn)場的其他監(jiān)護人員、以使其在外面工作的子女或不在跌倒現(xiàn)場的其他監(jiān)護人員能夠及時趕回家對跌倒的老人及時救護，這樣的有效實時報警可以最大限度地降低人跌倒之后引起的不利后果，尤其對及時救護中風后的跌倒人員具有重要意義。
[0023]本優(yōu)選實施例中的跌倒監(jiān)測機器人還包括GPS定位模塊10，所述GPS定位模塊10與控制器I電性相連，動力電池通過降壓裝置與GPS定位模塊10相連。本優(yōu)選實施例的監(jiān)測機器人同時通過進行紅外檢測和超聲波檢測確定了人跌倒之后，可以通過GPS定位模塊10將其跌倒所處的實際地址(經(jīng)度和緯度信息、或在電子地圖中所處的位置)進行確認，并通過無線通訊模塊8將其跌倒所處的實際跌倒地址信息實時地發(fā)送給其在外面工作的子女或不在跌倒現(xiàn)場的其他監(jiān)護人員，以利于家人及時準確地找到跌倒后不能及時施救的人員、并對其進行及時施救。
[0024]本優(yōu)選實施例中的跌倒監(jiān)測機器人還包括視頻采集傳輸模塊7，視頻采集傳輸模塊7與控制器I電性相連，動力電池通過降壓裝置與視頻采集傳輸模塊7相連；跌倒人的家屬或監(jiān)護人員手中的視頻接收模塊，視頻采集傳輸模塊7通過無線通訊方式與跌倒人的家屬或監(jiān)護人員手中的視頻接收模塊進行通訊。本優(yōu)選實施例的監(jiān)測機器人同時通過進行紅外檢測和超聲波檢測確定了人跌倒之后，控制器I可以利用視頻采集傳輸模塊7將跌倒人員的實時現(xiàn)場場景發(fā)送給跌倒人員的家屬或監(jiān)護人員、以利于其家屬或監(jiān)護人員對跌倒人員的跌倒情況進行進一步確認?？刂破鱅也可以控制視頻采集傳輸模塊7間隔一定時間抓拍若干個現(xiàn)場實時畫面、利用無線通訊模塊8以彩信的方式將跌倒人的信息發(fā)送給其家屬或監(jiān)護人員，這樣也同樣有利于其家屬或監(jiān)護人員對跌倒人員的跌倒情況進行進一步確認。
[0025]本優(yōu)選實施例中跌倒監(jiān)測機器人還包括聲光報警模塊9，聲光報警模塊9與控制器I電性相連，動力電池通過降壓裝置與聲光報警模塊9相連。監(jiān)測機器人設(shè)置聲光報警模塊9可以獲得更好的技術(shù)效果，控制器I同時通過進行紅外檢測和超聲波檢測確定了人跌倒之后，控制器I控制聲光報警模塊9發(fā)出聲光報警、可以引起社區(qū)中的人員注意到有人跌倒、進而引導社區(qū)中的相關(guān)人員進行施救。
[0026]圖2是本發(fā)明監(jiān)測機器人雙紅外線探頭檢測范圍示意圖，由圖中可以看出第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502對稱地設(shè)置在一起時可以獲得非常好的監(jiān)測效果。第一紅外線探頭501的紅外線探測幅度角為A，第二紅外線探頭502的紅外線探測幅度角為B，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502之間的距離為民。第一紅外線探頭501的紅外線探測幅度S3與第二紅外線探頭502的紅外線探測幅度S4有一盲區(qū)區(qū)域S1，第一紅外線探頭501的紅外線探測幅度S3與第二紅外線探頭502的紅外線探測幅度S4有一重疊的紅外線疊加區(qū)域S2，其中盲區(qū)區(qū)域S1的軸線有效距離為H2，紅外線疊加區(qū)域S2的軸線有效距離為H3,盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2同軸線、即H2和H3同軸線，盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2的軸線與行走車體的正前方保持一致、即H2和H3與行走車體的正前方保持一致。
[0027]第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502均可以采用熱釋電紅外傳感器來檢測人體輻射的紅外信號，在第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502形成的探測器前端形成一個盲區(qū)區(qū)域S1和一個紅外線疊加區(qū)域S2，S2的夾角C范圍為10-40度，S2的夾角C優(yōu)選20-30度。當有人從熱釋電紅外傳感器的透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替變化的從盲區(qū)區(qū)域S1進入紅外線疊加區(qū)域S2，這樣便得到了紅外信號以忽強忽弱的脈沖。人體輻射的紅外線中心波長為9?10um，在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7?10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收。
[0028]紅外傳感模塊5分別與第一紅外線探頭501、第二紅外線探頭502電性相連，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502對稱地設(shè)置在行走車體上；第一紅外線探頭501的紅外線探測幅度角A與第二紅外線探頭502的紅外線探測幅度角B相同；第一紅外線探頭501的紅外線探測區(qū)域S3與第二紅外線探頭502的紅外線探測區(qū)域S4形成一盲區(qū)區(qū)域S1以及一紅外線疊加區(qū)域S2,盲區(qū)區(qū)域S1距離車體小于或等于0.4m。超聲波檢測模塊4分別與超聲波發(fā)射部分401、超聲波接收部分402電性相連，所述超聲波發(fā)射部分401和所述超聲波接收部分402設(shè)置在行走車體上、并與行走車體的正向保持一致；
第一紅外線探頭501、第二紅外線探頭502與地面的垂直距離均一致，第一紅外線探頭501、第二紅外線探頭502與地面的垂直距離為0.1-0.2m，優(yōu)選0.15m。人體倒地之后人體在地面以上的高度通常為0.1-0.2m，兩個紅外線探頭與地面的垂直距離為0.15m可以保證紅外檢測效果。超聲波發(fā)射部分401和超聲波接收部分402、與第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502處于同一高度，這樣設(shè)置超聲波測距裝置可以使得紅外檢測結(jié)果與超聲檢測結(jié)果盡量保持一致。
[0029]圖3是本發(fā)明監(jiān)測機器人超聲波發(fā)射部分401的結(jié)構(gòu)圖；超聲波發(fā)射傳感器LSl和與門U8之間有反相器U3、反相器U4、反相器U5、反相器U6、反相器U7,反相器U4和反相器U5并聯(lián)、反相器U6和反相器U7并聯(lián)，與門U8的兩個輸入端分別與兩個自激震蕩電路相連，兩個自激震蕩電路中分別兩個施密特觸發(fā)器Ul和U2。
[0030]圖4是本發(fā)明監(jiān)測機器人超聲波接收部分402結(jié)構(gòu)圖；5V直流電經(jīng)過耐流為500mA的保險絲Fl和二極管Dl、并經(jīng)過兩級電容濾波Cl和C2形成5V數(shù)字電壓源VDD，數(shù)字電壓源VDD為2個NE5532P功率放大器提供電源。超聲波接收傳感器LSl并聯(lián)IOK電阻R3將接收到的超聲波信號轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎胄盘?，輸入信號?jīng)過第一級放大器NE5532P放大、第二級放大器NE5532P放大之后輸入到超聲波檢測模塊4、輸入信號經(jīng)過兩級放大后一共放大了 400倍。
[0031]圖5是本發(fā)明監(jiān)測機器人行走車體的機構(gòu)副？？示意圖，行走車體具有靈活的運動特性可以保證紅外線檢測部分和超聲波檢測部分的協(xié)調(diào)工作；本優(yōu)選實施例中行走車體采用四輪底盤結(jié)構(gòu)形式，舵機控制模塊2對行走車體的前走行輪軸系的舵機D進行控制以實現(xiàn)行走車體能夠轉(zhuǎn)向，舵機D的電能也是由動力電池提供的；電機控制模塊3控制走行電機M為行走車體提供走行過程中所需要的動力，電機控制模塊3控制走行電機M正向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)行走車體向前運動或后退運動，走行電機M可以與行走車體的前走行輪軸系相連、可以與行走車體的后走行輪軸系相連，走行電機M不論是與行走車體的前走行輪軸系相連、還是與行走車體的后走行輪軸系相連、其都可以為行走車體提供走行過程中所需要的動力?？刂破鱅對舵機控制模塊2和電機控制模塊3進行協(xié)調(diào)控制，可以使行走車體沿著任意軌跡的運動、以配合紅外線檢測部分和超聲波檢測部分對跌倒人員進行監(jiān)測。
[0032]圖6是本發(fā)明監(jiān)測機器人的監(jiān)測被監(jiān)測人員任意倒地情況示意圖，跌倒監(jiān)測方法包括以下步驟:
第一步紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員與監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第一位置確認；
第二步監(jiān)測機器人運動到距離被監(jiān)測人員檢測點0.4-0.6 m的一位置處、對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第一位置確認；紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第二位置確認；
第三步監(jiān)測機器人水平向右運動到距離第一位置的(12=0.3 m長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第二位置確認；紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員與監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第三位置確認；
第四步監(jiān)測機器人水平向左運動到距離第一位置的d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第三位置確認；紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員與監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第四位置確認；
第五步監(jiān)測機器人水平向右運動到距離第一位置的二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第四位置確認；紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員與監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第五位置確認；
第六步監(jiān)測機器人水平向左運動到距離第一位置的二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第五位置確認；紅外傳感模塊5確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員與監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加I ;
第七步在以上各個步驟中，如果所述靜止確認計數(shù)的累加總和達到3、則可以確認被監(jiān)測人員處于跌倒狀態(tài)。
[0033]圖7是本發(fā)明監(jiān)測機器人對被監(jiān)測人員站立情況監(jiān)測示意圖，為了有效地排除監(jiān)測機器人對被監(jiān)測人員站立情況進行誤報警的發(fā)生，本發(fā)明監(jiān)測機器人預設(shè)跌倒監(jiān)測程序?qū)Ρ槐O(jiān)測人員站立情況不會進行誤報警。
[0034]第一步當監(jiān)測機器人處于第一位置時，控制系統(tǒng)的紅外傳感模塊5控制第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502、超聲波檢測模塊4控制超聲波發(fā)射部分401和超聲波接受部分402實現(xiàn)了對處于靜止站立狀態(tài)被監(jiān)測人員的確定定位，控制器I確認人處于靜止后則靜止確認計數(shù)自動加I。
[0035]第二步行走車體在行走電機和舵機的共同作用下、向右移動d2距離到第二位置，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502共同檢測到被監(jiān)測人員不在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)，確認被監(jiān)測人員不在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)后、則控制器I不進行靜止確認計數(shù)。
[0036]第三步行走車體在行走電機和舵機的共同作用下、向左移動兩倍d2距離到第三位置，第三位置以第一位置為中心與第二位置保持對稱，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502共同檢測到被監(jiān)測人員不在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)，確認被監(jiān)測人員不在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)后、則控制器I不進行靜止確認計數(shù)。
[0037]通過以上三個步驟、靜止確認計數(shù)得到的累加總和達不到3，監(jiān)測機器人可以確認被監(jiān)測人員處于靜止站立狀態(tài)，監(jiān)測機器人可以避免發(fā)生誤報警。
[0038]圖8是本發(fā)明監(jiān)測機器人的監(jiān)測被監(jiān)測人員垂直平倒情況示意圖；被監(jiān)測人員發(fā)生垂直平倒情況時監(jiān)測難度比較大，為了使監(jiān)測機器人有效地對被監(jiān)測人員垂直平倒情況進行有效報警，下面對跌倒監(jiān)測程序?qū)Ρ槐O(jiān)測人員垂直平倒情況時的報警進行說明。
[0039]第一步當監(jiān)測機器人處于第一位置時，控制系統(tǒng)的紅外傳感模塊5控制第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502、超聲波檢測模塊4控制超聲波發(fā)射部分401和超聲波接受部分402實現(xiàn)了對處于直倒狀態(tài)被監(jiān)測人員的確定定位，確認被監(jiān)測人員處于直倒狀態(tài)后則控制器I對靜止確認計數(shù)加I。
[0040]第二步行走車體在行走電機和舵機的共同作用下、向右移動d2距離到第二位置，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502共同檢測到被監(jiān)測人員在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)，確認被監(jiān)測人員在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)后、則控制器I對靜止確認計數(shù)加I。
[0041]第三步行走車體在行走電機和舵機的共同作用下、向左移動兩倍d2距離到第三位置，第三位置以第一位置為中心與第二位置保持對稱，第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502共同檢測到被監(jiān)測人員在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)，確認被監(jiān)測人員在紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)后、則控制器I對靜止確認計數(shù)加I。
[0042]通過以上三個步驟、靜止確認計數(shù)得到的累加總和為3，監(jiān)測機器人可以確認被監(jiān)測人員處于垂直平倒狀態(tài)，監(jiān)測機器人可以進行有效報警。
[0043]圖9是本發(fā)明監(jiān)測機器人的跌倒監(jiān)測子程序流程圖，程序開始之后確定前方被監(jiān)護人是否保持靜止狀態(tài)超過10秒鐘。
[0044]如果沒有超過10秒鐘、則程序根據(jù)第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502檢測到的紅外線信號確定被監(jiān)護人是否處于紅外線疊加區(qū)域S2，若檢測到被監(jiān)護人沒有在紅外線疊加區(qū)域S2、則通過控制舵機控制模塊2調(diào)整舵機和電機控制模塊3調(diào)整走行電機、以實現(xiàn)控制車頭前進，如果檢測到被監(jiān)護人在該區(qū)域、則行走車體直走前進。行走車體前進直走后第一紅外線探頭501和第二紅外線探頭502繼續(xù)檢測，如果檢測到紅外線疊加區(qū)域S2的紅外線信號沒有變?nèi)?，則行走車體繼續(xù)前進；如果檢測到紅外線疊加區(qū)域S2的紅外線信號變?nèi)?，則行走車體前進一米。
[0045]如果確定被監(jiān)護人保持靜止狀態(tài)超過10秒鐘、控制器I控制走行車體前進到距離被監(jiān)測點0.5m的第一位置處，控制器I控制紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時控制器I控制超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，控制器I對靜止確認計數(shù)自動加1，同時位置計數(shù)自動加I。
[0046]控制器I控制舵機控制模塊2和電機控制模塊3使得走行車體右移至距離第一位置0.3m的第二位置處。如果控制器I控制紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時控制器I控制超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加1，同時位置計數(shù)自動加I。如果控制器I控制紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)沒有被監(jiān)測人員、同時控制器I控制超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)不加1，同時位置計數(shù)自動加I。
[0047]控制器I控制舵機控制模塊2和電機控制模塊3使得走行車體左移至距離第一位置0.3m的第三位置處。如果控制器I控制紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時控制器I控制超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)自動加1，同時位置計數(shù)自動加I。如果控制器I控制紅外傳感模塊5確定監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)沒有被監(jiān)測人員、同時控制器I控制超聲波檢測模塊4檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則控制器I對靜止確認計數(shù)不加1，同時位置計數(shù)自動加I。
[0048]以上步驟以此類推，直至靜止確認計數(shù)獲得的累加值為3時確認被監(jiān)測人員處于跌倒狀態(tài)，當位置計數(shù)獲得的累加值為5時則確認被監(jiān)測人員處于靜止站立狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種跌倒監(jiān)測機器人，包括行走車體、走行電機、舵機、動力電池、以及控制系統(tǒng)，其特征在于:控制系統(tǒng)包括控制器(I)、舵機控制模塊(2)、電機控制模塊(3)、超聲波檢測模塊(4)、紅外傳感模塊(5)； 所述控制器(I)分別與所述舵機控制模塊(2)、所述電機控制模塊(3)、所述超聲波檢測模塊(4)和所述紅外傳感檢測模塊(5)電性相連； 所述動力電池分別為所述控制器(I)、所述舵機控制模塊(2)、所述電機控制模塊(3)、所述超聲波檢測模塊(4)和所述紅外傳感檢測模塊(5)提供供電電源； 所述電機控制模塊(3)與所述走行電機電性相連以實現(xiàn)對所述走行電機的控制，所述舵機控制模塊(2)與所述舵機電性相連以實現(xiàn)對所述舵機的控制，所述動力電池為所述走行電機和所述舵機提供動力電源； 所述紅外傳感模塊(5)分別與第一紅外線探頭(501)、第二紅外線探頭(502)電性相連，所述第一紅外線探頭(501)和所述第二紅外線探頭(502)對稱地設(shè)置在行走車體上；所述第一紅外線探頭(501)的紅外線探測幅度角A與所述第二紅外線探頭(502)的紅外線探測幅度角B相同；所述第一紅外線探頭(501)的紅外線探測區(qū)域S3與所述第二紅外線探頭(502)的紅外線探測區(qū)域S4形成一盲區(qū)區(qū)域S1以及一紅外線疊加區(qū)域S2,盲區(qū)區(qū)域S1距離車體小于或等于0.4m,所述盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2同軸，所述盲區(qū)區(qū)域S1和與紅外線疊加區(qū)域S2的軸線與行走車體的正前方保持一致； 所述超聲波檢測模塊(4)分別與超聲波發(fā)射部分(401)、超聲波接收部分(402)電性相連，所述超聲波發(fā)射部分(401)和所述超聲波接收部分(402)設(shè)置在行走車體上、并與行走車體的正向保持一致； 所述第一紅外線探頭(501)、所述第二紅外線探頭(502)與地面的垂直距離均一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跌倒監(jiān)測機器人，其特征在于，還包括無線通訊模塊(8)，GPS定位模塊(10)，視頻采集傳輸模塊(`7)； 所述無線通訊模塊(8)與所述控制器(I)電性相連，所述動力電池為所述無線通訊模塊⑶提供供電電源； 所述GPS定位模塊(10)與所述控制器(I)電性相連，所述動力電池為所述GPS定位模塊(10)提供供電電源； 所述視頻采集傳輸模塊(7)與所述控制器(I)電性相連，所述動力電池為所述視頻采集傳輸模塊(7)提供供電電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跌倒監(jiān)測機器人，其特征在于:還包括聲光報警模塊(9)，所述聲光報警模塊(9)與所述控制器(I)電性相連，所述動力電池為所述聲光報警模塊(9)提供供電電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跌倒監(jiān)測機器人，其特征在于:所述第一紅外線探頭(501)、所述第二紅外線探頭(502)與地面的垂直距離為0.1-0.2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跌倒監(jiān)測機器人，其特征在于:所述超聲波發(fā)射部分(401)和所述超聲波接收部分(402)、與所述第一紅外線探頭(501)和所述第二紅外線探頭(502)處于同一高度。
6.一種使用以上任一權(quán)利要求所述跌倒監(jiān)測機器人的跌倒監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟:SI所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第一位置確認； S2所述監(jiān)測機器人直行運動到距離被監(jiān)測人員檢測點0.4-0.6 m的一位置處、對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第一位置確認；所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員、同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員處于靜止狀態(tài)達到10秒時間后，則所述控制器(I)對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第二位置確認； S3所述監(jiān)測機器人向右運動到距離第一位置橫向d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第二位置確認；所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員，同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器(I)對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第三位置確認； S4所述監(jiān)測機器人向左運動到距離第一位置橫向d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第三位置確認；所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員，同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器(I)對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第四位置確認； S5所述監(jiān)測機器人水平向右運動到距離第一位置橫向二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第四位置確認；所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員，同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器(I)對靜止確認計數(shù)自動加I ;然后所述監(jiān)測機器人開始準備對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行進第五位置確認； S6所述監(jiān)測機器人水平向左運動到距離第一位置橫向二倍d2長度處，對被監(jiān)測人員是否處于跌倒狀態(tài)進行第五位置確認；所述紅外傳感模塊(5)確定所述監(jiān)測機器人前方的紅外線疊加區(qū)域S2內(nèi)有被監(jiān)測人員，同時所述超聲波檢測模塊(4)檢測到被監(jiān)測人員與所述監(jiān)測機器人之間的距離保持不變達到10秒時間后，則所述控制器(I)對靜止確認計數(shù)自動加I ; S7在以上各個步驟中，如果所述靜止確認計數(shù)的累加總和達到3、則可以確認被監(jiān)測人員處于跌倒狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的跌倒監(jiān)測方法，其特征在于:所述監(jiān)測機器人中的所述控制器(I)控制所述無線通訊模塊(8)向被監(jiān)測人員的監(jiān)護人發(fā)出報警信息；所述控制器(I)通過所述GPS定位模塊(10)獲得行走車體所處的地理位置后、通過所述無線通訊模塊(8)向被監(jiān)測人員的監(jiān)護人發(fā)出地理位置報警信息；所述控制器(I)控制所述攝像頭(11)獲得現(xiàn)場實時視頻信息、并通過所述視頻傳輸模塊(11)將現(xiàn)場實時視頻信息發(fā)送給被監(jiān)測人員的監(jiān)護人，或者通過所述無線通訊模塊(8)將現(xiàn)場實時視頻信息截圖以彩信方式發(fā)送給被監(jiān)測人員的監(jiān)護人；所述控制器(I)控制所述聲光報警模塊(9)發(fā)出聲光報警。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的跌倒監(jiān)測方法，其特征在于:在各個步驟中所述d2長度為0.3mο
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的跌倒監(jiān)測方法，其特征在于:在步驟S2中所述監(jiān)測機器人運動到距離被監(jiān)測人員檢測點0.5 m位置`處。
【文檔編號】G08B21/04GK103761833SQ201410054153
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】崔健雄, 盧進, 曲盛松, 李悅 申請人:崔健雄