第一作者姓名：刘奕彤

性别：女

民族：汉族

第一作者学校：上海市第六师范学校附属小学

第一作者人所在年级：五年级

辅导教师姓名：高文霞

*结构组成：

主控系统使用Arduino UNO为核心控制器，主要用于接收并分析来自智能摄像头获取的数据，进而控制底盘运行以及目标丢失时报警。底盘运动系统使用了3个来福轮作为全向运动组件。使用集成式人工智能摄像头为视觉识别系统，该模块可以设置多种识别模式，比如人脸识别、物体追踪、标签识别。托盘控制系统使用的是减速电机的丝杠移动结构，通过控制减速电机的正反转带动丝杆上的马达，从而带动托盘上下移动。

*主要特征：

本项目用到的是标签识别功能来模拟识别对象。通过摄像头提前学习要识别的二维码，当系统进入到标签识别模式时，人工智能摄像头会一直扫描来确定是否识别到学习过的二维码，如果识别到相应的二维码，系统会输出该对象的ID、长宽高、中心位置等信息，这样Arduino就可以读取这些信息来执行相应的动作了。

*主要用途：

我设计了一款智能移动式输液架系统，可以在患者独自输液需要走动时自动跟随患者移动，无需人为操控，自动升降托盘系统可以解放患者的双手，而报警功能可以警示患者，从而减少鼓包和回血现象的发生。本项目是对传统输液架进行了升级改装，利用视觉识别技术制作出的智能化、大众化的智能移动式输液架系统，可以使输液过程更方便、更安全，让患者摆脱移动不便带来的困扰。

*创新点：

视觉识别，使用人工智能摄像头系统里的标签识别功能来模拟识别对象。当识别到相应的二维码就会传达信息给主控板，这样Arduino就可以读取这些信息来执行相应的动作了。

2.全方位跟随，智能移动式输液架在患者需要走动时能自动跟随患者移动，无需人为操控。

3.升降托盘，设置托盘可升降化，方便患者调节合适的高度来放置物品。

4.智能化，全程智能化跟随，杜绝回血、鼓包等现象。

*问题提出：

*提出的问题和解决的问题：

输液在我国是一种常用的治疗手段，输液时，人们经常一两个小时不能任意走动，否则一不小心触碰到了针头、拉扯到输液管等都会导致针头移位或刺破血管。这种情况不仅会增加医护人员的工作量，还会导致患者皮下出血或水肿的发生，这都对患者的身体造成不良影响。

研究问题的原因和意义：

人们在输液时保持一两个小时不能任意走动，一不小心触碰到了针头、拉扯到输液管还会导致针头移位或刺破血管，还会导致患者皮下出血或水肿的发生，这都对患者的身体造成不良影响。针对这个问题我设计了一款智能移动式输液架系统，减少鼓包和回血现象的发生，可以使输液过程更方便、更安全，让患者摆脱移动不便带来的困扰。同时，本作品输液不求人，解决了独自就医输液不便的问题，让患者完全没有后顾之忧，一旦投产经济效益显著。

*解决方案：

解决问题的办法：

 1.整体功能设计

摄像头对贴有标签的跟踪目标进行图像采集，保持跟踪目标的标签始终位于摄像头采集图片的中心位置，并对在目标身上的标签进行分析，不断调整智能输液架的角度。当目标标签偏图像左侧时说明输液架需要向左移动，右侧则反之；若目标标签在图像中的面积变小，说明输液架远离了目标。摄像头内的Arduino系统通过确定与输液架的相对位置来控制输液架的速度、与病人的距离以及姿态方向。在识别特定病人后，不断重复运行上述操作，以达到实时跟随的效果。

2.底盘运动原理

为实现三轮底盘的运动控制，需要将三轮底盘中心点的位移转化为每个全向轮上各自的转动，从而进一步得到三轮底盘的速度和方向与三个全向轮的转速关系，这全部过程都是由摄像头内的Arduino系统控制三个全向轮的转速信息完成的。

3.自动跟随算法

视觉跟踪在视频处理中应用广泛，目标被成功跟踪的每一帧都提供了目标的信息。跟踪算法比在每帧上运行一个对象检测器使用更少的计算资源，因此采用基于相关滤波的跟踪算法。目标的初始选择是基于第一帧中以目标为中心的小跟踪窗口。从此点开始，跟踪和过滤训练同时开始。通过在下一帧的搜索窗口中关联过滤器来跟踪目标，不断在线

发明研究的重点：

1.整体功能设计

摄像头对贴有标签的跟踪目标进行图像采集，保持跟踪目标的标签始终位于摄像头采集图片中心位置，并对目标身上的标签进行分析，不断调整智能输液架的角度。当目标标签偏图像左侧时说明输液架需要向左移动，右侧则反之；若目标标签在图像中的面积变小，说明输液架远离了目标。摄像头内的Arduino系统通过确定与输液架的相对位置来控制输液架的速度、与病人的距离以及姿态方向。在识别特定病人后，不断重复运行上述操作，以达到实时跟随的效果。

2.底盘运动原理

为实现三轮底盘的运动控制，需要将三轮底盘中心点的位移转化为每个全向轮上各自的转动，从而进一步得到三轮底盘的速度和方向与三个全向轮的转速关系，这全部过程都是由摄像头内的Arduino系统控制三个全向轮的转速信息完成的。

3.自动跟随算法

视觉跟踪在视频处理中应用广泛，目标被成功跟踪的每一帧都提供了目标的信息。跟踪算法比在每帧上运行一个对象检测器使用更少的计算资源，因此采用基于相关滤波的跟踪算法。目标的初始选择是基于第一帧中以目标为中心的小跟踪窗口。从此点开始，跟踪和过滤训练同时开始。通过在下一帧的搜索窗口中关联过滤器来跟踪目标，不断在线更新。

发明研究的难点：

使用集成式人工智能摄像头为视觉识别系统，该模块可以设置多种识别模式，比如人脸识别、物体追踪、标签识别。本项目用到的是标签识别功能来模拟识别对象。通过摄像头提前学习要识别的二维码，当系统进入到标签识别模式时，人工智能摄像头会一直扫描来确定是否识别到学习过的二维码，如果识别到相应的二维码，系统会输出该对象的ID、长宽高、中心位置等信息，这样Arduino就可以读取这些信息来执行相应的动作了。

发明研究的难点：

使用集成式人工智能摄像头为视觉识别系统，该模块可以设置多种识别模式，比如人脸识别、物体追踪、标签识别。本项目用到的是标签识别功能来模拟识别对象。通过摄像头提前学习要识别的二维码，当系统进入到标签识别模式时，人工智能摄像头会一直扫描来确定是否识别到学习过的二维码，如果识别到相应的二维码，系统会输出该对象的ID、长宽高、中心位置等信息，这样Arduino就可以读取这些信息来执行相应的动作了。

本发明使用方法、附图说明性文字：

实地使用的时候，首先打开开关，让机器初始化，然后等自动升降托盘运行到合适的位置，随机选取一个二维码模拟患者，当二维码出现在摄像头监控范围时，输液架开始跟随二维码前后左右移动，并且无需人为操控，如果二维码移动过程中超出了输液架的监控范围，则蜂鸣器自动发出报警声音，提醒患者停止移动。

*使用或试用效果：

通过对传统输液架进行升级改装，我制作出大众化、智能化、网络化的智能移动式输液系统，使输液过程更便捷、更安全。我设计的智能移动式输液系统,能够跟随输液患者自由移动,让患者不再受移动不便的困扰。

*优点：

1.底盘自移动功能，通过控制器自动控制底盘全向移动；

2.视觉识别功能，通过摄像头识别患者身上的标签纸，实时解析标签在视觉框的大小以及坐标信息，并将信息发送到底盘控制器；

3.智能感应调节托盘高度，以满足不同人群不同场合的使用场景。

*还需进一步研究的问题：

在后续的作品功能迭代中，可以考虑为作品增加可触摸的屏幕，方便老人和儿童使用；增加扫描药瓶电子标签的功能，可以便捷而直观地让患者了解自身用药情况以及核对药液是否正确；还可增加更多智能化的功能来方便大众。

查新说明