一种多功能救援后送机器人的制作方法

1.本发明属于机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种多功能救援后送机器人。


背景技术：

2.在地震、矿井等事故的救援工作中，搜救现场的复杂性与危险性往往较高。救援人员直接进行救援需要面临非常高的危险，使用移动机器人代替搜救人员进入危险现场进行情况勘察、伤员搜救以及伤员撤离等任务可大幅降低救援人员工作危险性，提供救援效率。
3.一个完整的救援后送机器人系统应具有从进入搜救现场到将伤员运出搜救场景的所有功能，包括环境感知、伤员探测与定位、伤员身份确认、伤员体征探测与伤员后送等。环境感知模块用于获取并识别当前环境信息，为后面的各种救援工作提供条件，常用的环境感知设备包括激光雷达、rgb摄像头等；伤员探测与定位用于对环境中的伤员进行探测与定位，常用设备包括红外摄像头等；典型的身份确认手段包括面部识别、虹膜识别和指静脉识别等；伤员体征探测一般对伤员关键生命体征(体温、呼吸率、心率等)进行探测以初步判断伤员身体状况；伤员后送为救援工作最后一步，将探测到的伤员安全转运到安全区域，通常采用在机器人上安装担架的形式，但此时需要伤员能够站立自行爬上机器人，然后由机器人将伤员运出，但此种情况仅仅适用于伤员未伤及腿部，可以站立行走的情况，对于伤员不能直立行走的情况则不能采用此方式，仍需要人工参与。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能救援后送机器人，可以实现无人工参与下伤员的救助后送工作，自动化程度高，无需人工参与保证了救援人员的安全。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多功能救援后送机器人，所述机器人包括车轮、箱体、探测模块、测量模块以及控制模块，其中：所述车轮包括前车轮和后车轮，所述前车轮和后车轮分别通过电机进行独立控制，以实现车头的更换；箱体设于所述车轮上，所述箱体内设有有滑轨、抬升电机、拖拽电机以及铰链，所述滑轨上设有担架，所述铰链设于所述箱体的一端并与所述担架铰接，所述铰链通过拖拽电机控制以实现所述担架的下放和收回，所述抬升电机设于箱体的另一端用于实现所述担架的升降；所述担架上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制模块连接以将压力信号传递至所述控制模块；探测模块包括双目云台以及多线激光雷达，所述双目云台用于获取伤员位置探测和体温获取，所述多线激光雷达用于构建环境三维地图，以规划全局路径；测量模块用于探测担架上伤员的身份以及体征；所述控制模块与所述抬升电机、拖拽电机、压力传感器、探测模块以及测量模块通信连接，待所述探测模块探测到伤员时控制车轮靠近伤员，当达到伤员位置时控制所述抬升电机和拖拽电机放下担架，待检测到压力信号后控制所述抬升电机和拖拽电机收回担架，待所述担架回复至初始位置时控制所述测量模块对伤员进行探测。
6.优选地，所述箱体的端部设有开口，所述测量模块通过所述开口对伤员体征和身
份进行探测。
7.优选地，所述箱体为上端开口的箱体，所述箱体的外边缘设有外部滑轨，所述测量模块设于所述外部滑轨上，以在所述外部滑轨上滑动以实现对伤员各个身体部分进行测量。
8.优选地，测量模块包括体征探测单元以及身份探测单元，其中，所述体征探测单元为生物雷达，所述身份探测单元包括指静脉识别模块、面部识别模块和虹膜识别模块。
9.优选地，所述测量模块还包括双自由度云台，所述双自由度云台具有水平和俯仰两个自由度，所述体征探测单元以及身份探测单元设于所述双自由度云台上。
10.优选地，所述担架下部设有滑轮，所述滑轮与所述滑轨滑动连接。
11.优选地，所述压力传感器为压力传感器阵列，遍布所述担架中部。
12.优选地，所述探测模块还包括单线激光雷达，用于探测机器人附近的障碍物，以对全局路径进行微调，提升伤员体验感。
13.优选地，所述前车轮和后车轮均采用前阿克曼转向后驱的运动形式。
14.优选地，所述双目云台包括rgb摄像头和红外摄像头，所述车轮与箱体之间设有减震装置。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种多功能救援后送机器人具有如下有益效果：
16.1.本技术通过控制模块控制抬升电机、拖拽电机、压力传感器、探测模块以及测量模块的工作，实现担架从下放到抬起的自动化运行，使得伤员可以爬上下放的担架无需站立，适用于救援不宜站立的伤员，显著的扩大了救援机器人的应用范围和自动化程度。
17.2.本技术的前车轮和后车轮均采用电机独立进行控制，可以实现车头的更换，尤其是在狭窄的环境中无需掉头即可实现前进和后退。
18.3.测量模块设于所述外部滑轨上可以实现对伤员各个身体部分进行伤情测量。
19.4.测量模块即可以对伤员的体征进行简单的测量又可以对伤员的身份进行多渠道探测，伤员的身份识别准确率极大的提升。
20.5.担架下部设有滑轮，可以对担架进行简单的支撑，待用户爬上担架后进行移动时不会使担架中部触地，进而不会对伤员由于摩擦进行二次伤害。
21.6.压力传感器为压力传感器阵列，遍布所述担架中部，可以全方位判断伤员是否已完全躺于担架上，避免误操作。
22.7.前车轮和后车轮均采用前阿克曼转向后驱的运动形式，具有较高的运动灵活性，避障能力强，同时车轮和箱体之间设有减震装置，不易颠簸，提升伤员体验感。
附图说明
23.图1是本实施例的多功能救援后送机器人的整体结构图；
24.图2是本实施例的多功能救援后送机器人的爆炸图；
25.图3是本实施例的箱体的结构示意图；
26.图4是本实施例的探测模块的结构示意图；
27.图5是本实施例的测量模块的结构示意图；
28.图6a是本实施例的多功能救援后送机器人的靠近伤员的状态示意图；
29.图6b是本实施例的多功能救援后送机器人的担架下放时的状态示意图；
30.图6c是本实施例的伤员在担架上就位时的状态示意图；
31.图6d是本实施例的担架收回时的状态示意图。
32.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
33.100
‑
车轮：
34.110
‑
前车轮；120
‑
后车轮；130
‑
移动底盘；
35.200
‑
箱体：
36.210
‑
滑轨；220
‑
抬升电机；230
‑
拖拽电机；240
‑
铰链；250
‑
车门；260
‑
担架；
37.300
‑
探测模块：
38.310
‑
双目云台；320
‑
多线激光雷达；330
‑
单线激光雷达；340
‑
连接架；
39.400
‑
测量模块：
40.410
‑
生物雷达；420
‑
静脉识别模块；430
‑
面部识别模块；440
‑
虹膜识别模块；450
‑
双自由度云台。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
42.请参阅图1及图2，本发明提供了一种多功能救援后送机器人，所述机器人包括车轮100、箱体200、探测模块300、测量模块400以及控制模块。
43.车轮100包括前车轮110和后车轮120，所述前车轮110和后车轮120分别通过电机进行独立控制，以实现车头的更换。例如，本技术中在进入救援现场时可以将后车轮120作为前进车头，待拉起伤员后救出救援现场时则前车轮110作为前进车头，整个过程无需转弯，实现双车头设置。进一步优选的，所述前车轮110和后车轮120均采用前阿克曼转向后驱的运动形式。
44.车轮100上还可以设置移动底盘130，箱体200设于移动底盘130上。箱体200和车轮100之间还可以设置减震装置，以避免对伤员的颠簸。
45.箱体200内设有滑轨210、抬升电机220、拖拽电机230以及铰链240。其中，滑轨210沿箱体的长度方向布置，箱体200的长度方向的一端设有车门250，抬升电机220的数量优选为两个，分别设于车门250端，滑轨210的两侧。滑轨210上设有担架260，担架260下方设有滑轮261，滑轮261与所述滑轨210匹配，可以沿所述滑轨210移动。箱体200长度方向的另一端设有拖拽电机230，铰链240一端缠绕于所述拖拽电机230，另一端与所述担架260的端部连接。如图3所示，当需要下放担架260时，两抬升电机220首先将担架260微微抬起使得担架260微微突出车门250，此时拖拽电机230开始转动释放铰链240，进而使得担架260在重力的作用下向下运动实现担架260的下放。待需要收起担架260时，首先拖拽电机230开始收回铰链240，待担架260运动至车门250处时，两抬升电机220将担架260台上箱体之后拖拽电机230继续对担架260进行拖拽，直至收回铰链240。本技术中的箱体200优选为上端开放式箱体。
46.进一步优选的，担架260上设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制模块连接，以将压力信号传递至控制模块。所述压力传感器为压力传感器阵列，遍布所述担架中部。
47.如图4所示，探测模块300包括双目云台310以及多线激光雷达320。所述双目云台310用于获取伤员位置探测和体温获取，所述双目云台310包括一个rgb摄像头和一个红外摄像头，可以获取场景颜色和纹理信息，该双目云台310具有水平和仰俯两个方向的自由度，可以对周围环境进行探测。所述多线激光雷达320用于构建环境三维地图，以规划全局路径。探测模块300还包括单线激光雷达330，用于探测机器人附近的障碍物，用于局部障碍物探测，以对全局路径进行微调，提升伤员体验感。多线激光雷达320设于双目云台310的下方，单线激光雷达330可以设于多线激光雷达320的下方还可以设于同一水平面上，通过水平或垂直方向上的设计，三个传感器探测互不影响，可以进行分工协作。探测模块300可以通过连接架340连接于箱体200上。
48.如图5所示，测量模块400用于探测担架上伤员的身份以及体征。箱体200的端部设有开口，所述测量模块400可以通过该开口对伤员的体征和身份进行探测。在另一方案中，箱体200的外边缘设有外部滑轨，所述测量模块400设于所述外部滑轨上可以在该外部滑轨上滑动进而可以实现对伤员各个身体部位的测量。测量模块400包括体征探测单元以及身份探测单元，其中，所述体征探测单元为生物雷达410用于对伤员的呼吸率和心率等体征信号进行探测，所述身份探测单元包括指静脉识别模块420、面部识别模块430和虹膜识别模块440，均用于伤员的身份确认，多种身份确认手段冗余布置，提高伤员身份确认的可靠性。
49.所述测量模块400还包括双自由度云台450，所述双自由度云台450具有水平和俯仰两个自由度，所述体征探测单元以及身份探测单元设于所述双自由度云台450上。
50.所述控制模块与所述抬升电机220、拖拽电机230、压力传感器、探测模块300以及测量模块400通信连接，待所述探测模块300探测到伤员时控制车轮靠近伤员(如图6a所示)，当达到伤员位置时控制所述抬升电机220和拖拽电机230放下担架(如图6b所示)，待检测到压力信号后证明伤员以在担架上就位(如图6c所示)，控制所述抬升电机220和拖拽电机230收回担架260(如图6d所示)，待所述担架260回复至初始位置时控制所述测量模块400对伤员进行探测。
51.本技术中的机器人有效降低了救援人员的工作负荷，可以使用于不能站立的伤员的救治，扩大了救治范围，有利于救援后送机器人的推广应用。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。