基于视觉识别的智能移动式输液架系统

来源: 发布时间:2023-12-02 浏览次数:1850
基本信息

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


作品摘要

*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。


作品说明

*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。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

万方数据知务平台检索网址https://c.wanfangdata.com.cn/patent

关键词1:升降 移动 输液架(图片见其他材料)

关键词2:跟随 避障 输液架 (图片见其他材料)

 *与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

CN202110286127.4 一种可移动升降医疗输液架

摘要:本发明涉及一种输液架,尤其涉及一种可移动升降医疗输液架。需要设计一种使得方便人们移动输液架,十分便捷,省时省力,且可固定体积过大的药液瓶的可移动升降医疗输液架。一种可移动升降医疗输液架,包括有:底板,底板一侧间隔设有四个轮子;底盘,底盘安装在四个轮子之间;竖杆,竖杆安装在底盘上;重块,重块安装在底板上。本发明通过将药瓶挂至链接杆上,且药瓶插入药水放置盒内被限位,当病人需要上厕所时,扭动滑动手把转动与卡槽脱离,然后沿滑槽拉动滑动手把使得滑动杆向上移动与重块脱离,再通过轮子移动至本装置,如此,可方便人们对输液架进行移动,省时省力。

 CN201922479756.X一种自动跟随输液架

摘要:本实用新型涉及了一种自动跟随输液架,包括可移动底座、安装在底座上的固定架、与固定架固定的输液支架;所述可移动底座包括底盘、安装在底盘上的移动机构、固定在底盘上侧的控制盒;控制盒安装有红外线传感器用于判断与使用者的距离;所述控制盒还设置有UWB基站和用于接收红外线传感器和UWB基站的数据并控制移动机构动作的控制模块;所述UWB基站还配对有带有UWB定位标签;所述UWB定位标签由输液支架使用者配带。本实用新型的一种自动跟随输液架,利用UWB基站搭配手环实现输液架自动跟随,并通过超声波传感器和红外线传感器协同工作,及时避障,省时省力,使用安全。