一种智能轮椅、生命体征检测及导航方法

1.本发明属于医疗健康护理领域，具体涉及一种智能轮椅、生命体征检测及导航方法。


背景技术：

2.近年来，在新冠疫情的影响下，医护人员的紧缺，对护理人员的需求越来越大，失能患者的健康护理变得尤为重要。目前，市面上针对失能患者的轮椅功能比较基础，例如：可折叠、可调节高度、扶手、刹车、万向轮、电驱动、遥控等一些基本的功能，不具备一些物联网远程检测、gps定位、生命体征检测、自主循迹导航、紧急救护等创新性的功能设计,不能算是完全的智能化，只能算是半智能产品。现有的护理轮椅还不够智能，面对失能人群的一些检测需求还不能满足，对于一些想单独自主移动的失能群体来说不能满足需求，目前的轮椅还不具备自主定位以及生命体征检测功能，对于一些有需求的患者来说，费时费力，不能使患者可以有尊严的生活。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能轮椅、生命体征检测及导航方法，以解决现有技术中的轮椅不具备自主定位以及生命体征检测功能，对于一些有需求的患者来说，费时费力的问题。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.本发明公开的一种自主导航及体征监测智能轮椅，包括：架体、移动模块和生命体征检测模块；移动模块设置在架体上用于导航、驱动轮椅，生命体征检测模块设置在架体上检测人体生命体征；
6.所述架体包括支撑单元和调节单元，调节单元设置在支撑单元上调节支撑单元的高度、斜度与折叠；移动模块和生命体征检测模块均设置在支撑单元上；
7.所述移动模块包括：轮子、手摇控制器、驱动电机、控制器和导航单元；轮子设置在支撑单元下端，手摇控制器设置在支撑单元上与驱动电机电连接，驱动电机设置在支撑单元上与轮子连接，且驱动电机与控制器电连接，导航单元设置在支撑单元内与控制器电连接；
8.所述生命体征检测模块包括若干个心率血氧传感器，心率血氧传感器主要分布在支撑单元内采集患者不同部位的生命体征数据，采集到的数据发送到云端。
9.优选地，支撑单元包括：集便装置、支撑架、靠椅板、靠椅支撑、座椅板、抬腿板、脚踏板和扶手；支撑架为轮椅主体框架，座椅板安装在支撑架上，集便装置设置在支撑架上位于座椅板下方，导航单元设置在集便装置内，靠椅板与座椅板一端连接，座椅板另一端与抬腿板连接；靠椅支撑设置在靠椅板上加固支撑靠椅板，脚踏板固定在支撑架下端，扶手固定在支撑架上位于座椅板上方，轮子设置在支撑架下端，驱动电机设置在支撑架上与轮子连接。
10.优选地，调节单元包括：第一电动推杆、第二电动推杆、脚踏板调节丝杠和扶手连杆；第一电动推杆一端连接支撑架下端，第一电动推杆另一端连接靠椅支撑，第二电动推杆一端连接支撑架下端，另一端连接抬腿板，脚踏板调节丝杠设置在支撑架上与脚踏板连接，扶手连杆连接支撑架、靠椅支撑和扶手。
11.优选地，所述座椅板上开设有便孔，集便装置位于便孔的正下方。
12.优选地，所述集便装置内设置有清洁和烘干装置。
13.优选地，所述集便装置内设置有用于扫描得到附近障碍物的激光雷达。
14.优选地，所述座椅板与靠椅板和抬腿板均通过合页连接。
15.优选地，所述心率血氧传感器，包括发光单元和感测单元，发光单元和感测单元对应设置在支撑单元内。
16.生命体征检测模块的操作流程包括：
17.s1：心率血氧传感器的发光单元发射光信号，心率血氧传感器的感测单元感测由患者反射后的反射光信号；
18.s2：选取反射光信号中的最强反射光信号；
19.s3：根据最强反射光信号获得生命体征数据；
20.s4：生命体征数据发送到云端，移动终端的app接收云端信号，并实时显示。
21.导航方法中，导航单元为基于ros的室内智能轮椅高精定位自主导航，操作流程包括：
22.s1：发送ros操作系统导航信息；
23.s2：利用超带宽定位技术结合基于信号飞行时间的定位算法与惯性测量单元融合搭建定位系统；
24.s3：对于定位系统产生的定位信息，利用强跟踪卡尔曼滤波器，获得轮椅的准确位置；
25.s4：轮椅的准确位置被move_base节点所订阅，根据当前超带宽高精定位数据和目标点信息生成路径规划；
26.s5：控制器根据路径规划控制轮椅移动，实现自主导航。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明所公开的一种自主导航及体征监测智能轮椅，采用移动模块中的轮子、手摇控制器、驱动电机、控制器和导航单元相互配合，实现轮椅的自主导航功能，手摇控制器可用于控制轮椅启动、前进、后退、转向和驻车，导航单元根据目标点的定位信息，生成一条与目标点的路径，完成一次路径规划后，系统将会接收到新的定位信息，并根据新的定位信息规划一条通往目标点的新路径，驱动电机用于驱动轮子，控制器用于发送高低电平给电机的驱动模块，进而通过驱动模块控制电机的正反转，生命体征检测模块中的心率血氧传感器用于采集生命体征的数据(包括血氧、心率等)。本发明提供了一种可进行自主导航及体征检测的智能轮椅，主要适用于健康护理，实时检测用户的健康状态，使得用户能够及时进行状态调整，减轻监管人的工作量，进而科学、高效地进行护理。
29.进一步地，支撑单元包括：集便装置、支撑架、靠椅板、靠椅支撑、座椅板、抬腿板、脚踏板和扶手，集便装置用于收集用户大小便，并进行清洁和烘干，支撑架用于承受座椅和用户的重量，保证轮椅不发生倾斜或者断裂，靠椅板用于支撑用户的靠背，满足用户的靠椅
需求，靠椅支撑用于承受用户靠背的力量，并通过连接在其上的电动推杆实现靠背位姿的调节，座椅板用于承受人体的重量，使用户有更好的使用体验，抬腿版用于承受用户腿部的力量，并通过连接在其上的电动推杆调节腿部的位姿，脚踏板同于用户脚部的存放，扶手用于手摇控制器的固定和用户胳膊的倚靠。支撑单元使用户有更安全、更舒适的使用体验，保障用户的安全。
30.进一步地，调节单元包括：第一电动推杆、第二电动推杆、脚踏板调节丝杠和扶手连杆，第一电动推杆用于调整靠背的倾斜角度，通过驱动电机的启停、正反转来实现，第二电动推杆用于调整抬腿版的抬起角度，可根据不同用户、不同需求进行调节，也是通过驱动电机的启停、正反转来实现，脚踏板调节丝杠通过丝杠电机的旋转，进而带动脚踏板上的滑块，实现脚踏板的位姿调节，扶手连杆通过连杆，连接在靠背上，当靠背在不同倾斜角度时，扶手连杆的高度也随之发生改变。调节单元使用户更方便的使用轮椅，可根据个人的不同需求进行调节。
31.进一步地，座椅板上开设有便孔，集便装置位于便孔的正下方可以方便对接，能够及时处理使用者排出的粪便，可以及时地处理掉并进行清洗。
32.进一步地，集便装置内设置有清洁和烘干装置，实现全程不需要护理人员参与。
33.进一步地，座椅板与靠椅板和抬腿板均通过合页连接，靠椅板和抬腿板可绕着座椅板旋转，实现轮椅水平摆放，进而满足患者的需求。
附图说明
34.图1为本发明的立体结构示意图；
35.图2为本发明的主视图；
36.图3为本发明的右视图；
37.图4为本发明的俯视图；
38.图5为本发明自主导航流程图；
39.图6为本发明生命体征检测流程图；
40.图7为本发明健康监测数据生成流程图。
41.其中：1-集便装置；2-支撑架；3-第一电动推杆；4-靠椅板；5-靠椅支撑；6-座椅板；7-手摇控制器；8-抬腿版；9-脚踏板调节丝杠；10-脚踏板；11-采集传感器；12-驱动电机；13-控制器；14-扶手。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
43.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
45.鉴于失能患者的健康护理需求，本技术实施的目的在于提供一种可自动导航与生命体征检测的智能轮椅装置，能够满足辅助失能患者或者护理人员更加便捷的自主移动、对患者的生命体征检测，实时监测患者的身体健康状况，减轻护理人员的负担，提高患者的生活质量，重拾生活的信心。
46.本发明提供了一种自主导航及体征监测智能轮椅，针对失能人群设计，所述智能轮椅架体、移动模块和生命体征检测模块；如图1～4所示。架体包括支撑单元和调节单元，调节单元设置在支撑单元上调节支撑单元的高度、斜度与折叠；移动模块和生命体征检测模块均设置在支撑单元上；所述支撑单元包括：集便装置1、支撑架2、靠椅板4、靠椅支撑5、座椅板6、抬腿板8、脚踏板10和扶手14；支撑架2为轮椅主体框架，座椅板6安装在支撑架2上，集便装置1设置在支撑架2上位于座椅板6下方，导航单元设置在集便装置1内，靠椅板4与座椅板6一端连接，座椅板6另一端与抬腿板8连接；靠椅支撑5设置在靠椅板4上加固支撑靠椅板4，脚踏板10固定在支撑架2下端，扶手14固定在支撑架2上位于座椅板6上方，轮子设置在支撑架2下端，驱动电机12设置在支撑架2上与轮子连接。调节单元包括：第一电动推杆3、第二电动推杆、脚踏板调节丝杠9和扶手连杆；第一电动推杆3一端连接支撑架2下端，第一电动推杆3另一端连接靠椅支撑5，第二电动推杆一端连接支撑架2下端，另一端连接抬腿板8，脚踏板调节丝杠9设置在支撑架2上与脚踏板10连接，扶手连杆连接支撑架2、靠椅支撑5和扶手14。靠椅板4与座椅板6之间采用合页连接，绕着座椅板6的一端旋转，第一电动推杆3负责调节靠椅板4的倾斜高度；扶手14采用连杆设计，当靠椅板4起来的瞬间，带动连接在扶手连杆上面的杆件，进而带动扶手14起来，当靠椅板4下去的时候，同样可以带动扶手连杆下去，进而实现轮椅水平摆放。抬腿板8与座椅板6之间采用合页连接，通过固定在椅身上的第二电动推杆来调节抬腿板8的倾斜角度，进而满足患者的需求。当轮椅靠椅板4水平，抬腿板8水平起来的时候，也可实现智能担架的功能，满足一些特殊情况下的急救功能，尤其是在一些高层居民楼里边，常规的救护担架不能正常进出民用电梯，这个时候通过调节轮椅的姿态，进而实现转运患者的功能，进行急救。所述移动模块包括：轮子、手摇控制器7、驱动电机12、控制器13和导航单元；轮子设置在支撑单元下端，手摇控制器7设置在支撑单元上与驱动电机12电连接，驱动电机12设置在支撑单元上与轮子连接，且驱动电机12与控制器13电连接，导航单元设置在支撑单元内与控制器13电连接；所述生命体征检测模块包括若干个心率血氧传感器，心率血氧传感器主要分布在支撑单元内采集患者不同部位的生命体征数据，采集到的数据发送到云端。
47.进一步地，座椅板6上开设有便孔，集便装置1位于便孔的正下方，可以实现对接，对于有大小便需求的患者，可以随时提供便利，并且快速的处理粪便并进行清洗。
48.进一步地，集便装置1利用自身所携带的激光雷达，进行扫描得到附近障碍物，并利用导航单元计算出最优的路径，进行规划自己的前进方向、前进速度等。集便装置1还具有清洁、烘干等装置，实现全程不需要护理人员参与。
49.生命体征检测的的采集传感器部分安装在轮椅的坐垫上面，另一部分安装在靠背上面，实现对患者不同部位的生命体征数据的采集。
50.参见图5，本发明基于ros的室内智能轮椅高精定位自主导航，在机器人操作系统ros(robot operating system)中以消息的形式发送，从而被定位及路径规划部分调用；其次利用超带宽uwb(ultra wide band)定位技术结合基于信号飞行时间的定位算法tof(time of flight)，与惯性测量单元imu(inertial measurement unit)融合搭建定位系统；对与标签到各个基站的距离进行强跟踪卡尔曼滤波，利用强跟踪卡尔曼滤波器，获得的误差；将减去误差值，即获得轮椅的准确位置；定位子系统的定位信息通过ros在uwb节点以tf消息的形式发送，被move_base节点所订阅；导航子系统根据当前uwb高精定位数据和目标点信息在栅格地图上生成一条从当前位置到目标点的路径；在完成一次路径规划后，导航子系统接收新的定位信息，并根据当前所在位置生成新的通往目标点的路径；最后实现基于ros的室内智能轮椅高精定位自主导航。
51.参见图6，本发明的生命体征检测依据四个心率血氧传感器，其发光单元分别发射四路检测光以照射使用者身上，分别在靠背、坐垫、扶手、抬腿位置；通过分别对应于所述的四个发光单元的感测单元，感测所述的四路检测光各自经由使用者反射后四路反射光信号；选择四路反射光信号中的最强反射光信号；确定使用者的各项生命体征，采集到数据后，发送到云端，移动终端的app通过云端接收传过来的数据，实时显示健康数据。
52.参见图7，本智能轮椅可以依据检测到的各项数据，存储在云端，生成使用者自己的健康监测数据，并且实时更新，每个使用者都有自己的账户，当使用者达到一定数量后，就会生成一个数据库，然后可以连接到护理人员中心，依据数据库的筛选，反馈到每个使用者及护理人员的健康中心，实时反馈使用者健康状态，更好更快地发现使用者的身体出现的问题，急时的解决问题。
53.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。