本发明专利技术涉及一种机器人技术领域的智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航系统，包括传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、网络信息处理模块、运动控制模块。传感器信号采集处理模块采集传感器信号作光电转换、模数转换处理，转换后的信号作为看门狗智能体预诊断模块中信号处理模块的信息输入，预测和评估的结果一路送到网络信息处理模块，另一路送到运动控制模块，网络信息处理模块通过读取被助对象的体征性能状态信息，将其发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供医生或者专家决策系统提供出相应的对策。本发明专利技术通过对被助对象的体征性能进行评估和预测，来预防其在助行过程中造成的伤害，并通过网络实现智能监测与跟踪。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种机器人
的跟踪和导航系统，具体地说，涉及的是一种智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航系统。
技术介绍
近些年来，随着计算机、传感器和网络技术的发展，使机器人进入家庭成为可能。研究机关和产家的研究重点也从结构式环境下的固定式机械臂、机械手转向非结构未知环境下自主移动式的智能机器人。传统的基于工厂环境下的机械臂空间环境建模以及运动过程中的避碰方法已经无法满足自主移动机器人所面对的新任务，例如针对于特殊人群的智能帮扶以及助行，所以近来对于服务机器人的研究偏向于对移动机器人与人之间的智能互动以及辅助过程等技术的研究，以智能帮扶式助行机器人为例，其特点为利用激光传感器对于平面或者立体环境信息进行感知，并且将所提取的环境特征进行分类处理，进行判断，实现自主导航，并且在此基础上实现对于特定人群的帮扶，助行；并且，利用RFID (射频识别)技术，当尝试进行康复性或锻炼性质的自主行走时，机器人能够实时跟踪监测，利用各种健康监测传感器对于助行对象进行身体状态的观察。目前，许多研究机构和大学都在研究智能帮扶式助行机器人。经对现有技术的文献检索发现，由YasuhiroNEM0T0等在"Proceedings ofthe 20th Annual International Conference of the IEEE Engineering: inMedicine and Biology Society, Vol. 20， No 5， 1998 (IEEE国际会议20周年会议录，人机工程方向，Vol. 20， No 5， 1998)上发表的POWER-ASSISTEDWALKING SUPPORT SYSTEM FOR ELDERLY (老年人助力行走系统)，该文中提出一种以486DX4处理器作为机器人大脑的智能帮扶式助行机器人，但是该系统着重于机械机构方面的设计，因此在智能化水平和人机交互上功能欠缺。检索中还发现，Carnegie Mellon大学的Aaron Morris等在Robotics andAutomation, 2003. Proceedings. IEEE International Conference. (2003年IEEE机器人与自动化国际会议，Vol. 1， No 25- 30， 2003)上发表的A RoboticWalker That Provides Guidance (—种提供导航功能的助行机器人)，该文中描述了一种智能帮扶式助行机器人，该机器人上装配有嵌入式工控机、运动控制卡、激光测距仪、声纳、麦克风、触摸屏和视觉传感器，该系统功能强大，但只适用于室内环境，无法实现室外环境的智能跟踪与健康跟踪。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航系统，可以实时地采集机器人所在的室内外环境的地形地貌状况，通过环境特征提取，对采集的信息进行分析建模，对被助对象提供可靠的避碰信息，实现机器人在帮扶过程中的自主导航，并且实时监测被助对象的身体情况，并且根据采集的体征信息进行处理，通过网络将这些信息发送至服务器，由服务器对这些情况进行相应的处理，以保证被助对象在被搀扶助行过程中的舒适和安全。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括四个模块传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、网络信息处理模块、运动控制模块。传感器信号采集处理模块采集安装在助行机器人各处的传感器信号，并将传感器信号作光电转换、模数转换等处理，转换后的信号作为看门狗智能体预诊断模块中的信息输入，看门狗智能体预诊断模块信号处理模块对传感器信号采集处理模块送来的信号进行处理，得到生命体体征预测信号和环境预测信号，预测信号分两路送出， 一路送到运动控制模块，另一路送到网络信息处理模块，其中，看门狗智能体预诊断模块的体征预测信号决定帮扶式机器人与被助对象的人机交互模式，同时运动控制模块通过读取看门狗智能体预诊断模块的环境预测信号来决定其一系列的避障，导航，跟踪监测等动作。网络信息处理模块从看门狗智能体预诊断模块中读取的被助对象的体征预测信号和环境预测信号，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供医生通过网络对被助对象进行实时监测，并对突发事件进行处理。所述的传感器信号采集处理模块包括五个子模块激光三维扫描传感器信号采集处理模块、倾斜传感器信号采集处理模块、超声波传感器信号采集处理模块、生命质量监测传感器信号采集处理模块以及定位传感器信号采集处理模块，其中激光三维扫描传感器信号采集处理模块以1毫秒为采样周期采集激光扫描传感器传输回的环境数据，对其进行模数转换，得到原始的三维环境数据；倾斜传感器信号采集处理模块根据倾斜传感器测得的传感器与地面的夹角关系以及倾斜传感器与激光三维扫描传感器换算得到激光三维扫描传感器与地面环境之间的夹角，此夹角数据可以与先前的原始的三维环境数据进行数据融合来进行坐标标定；超声波传感器信号采集处理模块负责处理位于助行机器人正前方6个超声波传感器测得的与前方障碍物的距离数据，以得到助行机器人正前方120度范围内的障碍物距离信息；以上三个传感器信号采集处理模块所得到的数据，一并输入看门狗智能体预诊断模块的环境信息处理模块，通过原始的三维环境数据结合倾斜传感器的夹角数据进行坐标标定，并且根据超声波传感器测得的与前方障碍物的精确距离进行三维场景分割，在以1毫秒为单位的三维分割场景的基础上进行三维场景重建，这样就可准确地并实时显示出周围环境地貌的三维形状和障碍物的姿态；生命质量监测传感器信号采集处理模块采集脉搏测量器、血压测量仪、血糖测量仪等生命质量监测传感器所传输回的生命体征信号，并且对这些信号进行数据处理，如对于被助对象的每分钟脉搏数进行时频分析，去噪声及模数转换；将被助对象的舒张压、收縮压，进行数据融合，得到一个可用的血压评估量；将被助对象的血糖值转换为数据参数；以上所述的三个生命体征信号一并输入看门狗智能体预诊断模块的信号处理模块，作为基于遗传算法的BP神经网络算法的输入参数，通过计算，得到一系列的评估参数，输入看门狗智能体预诊断模块的生命体征性能预测模块，预测的结果一方面传输至运动趋势预测模块，另一方面通过GPRS无线通讯模块传输至服务器；定位传感器信号采集处理模块采集GPS传感器的定位信息，经过模数转换后通过GPRS直接传输至服务器。所述的看门狗智能体预诊断模块包括环境信息处理模块，信号处理模块，运动趋势预测模块和生命体征性能预测模块。环境信息处理模块通过激光三维扫描传感器得到的原始三维环境数据结合倾斜传感器的夹角数据进行坐标标7定，并且根据超声波传感器测得的与前方障碍物的精确距离进行三维场景分割，在以1毫秒为单位的三维分割场景的基础上进行三维场景重建，这样就可准确地并实时显示出周围环境地貌的三维形状和障碍物的姿态。信号处理模块调用基于遗传算法的BP神经网络算法，以生命体征信号为输入参数，进行计算，计算的结果输入生命体征性能预测模块，用以判断被助对象是处于正常行走状态，还是步履蹒跚状态或是完全跌倒状态；同时，生命体征性能预测模块输出评估参数至运动趋势预测模块，运动趋势预测模块根据环境信息处理模块所得到的环境特征来决定下一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能帮扶式助行机器人的自主跟踪与导航系统，其特征在于，包括四个模块：传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、网络信息处理模块、运动控制模块，其中：传感器信号采集处理模块采集安装在助行机器人各处的传感器信号，并将传感器信号作光电转换、模数转换处理，转换后的信号作为看门狗智能体预诊断模块中的信息输入，看门狗智能体预诊断模块信号处理模块对传感器信号采集处理模块送来的信号进行处理，得到生命体体征预测信号和环境预测信号，预测信号分两路送出，一路送到运动控制模块，另一路送到网络信息处理模块，看门狗智能体预诊断模块的体征预测信号决定帮扶式机器人与被助对象的人机交互模式，同时运动控制模块通过读取看门狗智能体预诊断模块的环境预测信号来决定其一系列的避障、导航、跟踪监测动作；网络信息处理模块从看门狗智能体预诊断模块中读取的被助对象的体征预测信号和环境预测信号，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供医生通过网络对被助对象进行实时监测，并对突发事件进行处理。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊征，曹其新，张蕾，黄春霞，罗伟航，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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