一个新的机器人平台远程监控的老人

Shin-ichiro金子^1*,Genci Capi²

电气和控制系统工程学系研究所技术、富山大学,13日Hongo-machi,富山,939 - 8630年,日本
富山大学电气和电子系统中。工学院,3190 Gofuku,富山,930 - 8555年,日本

通讯作者:电子邮件:skaneko@nc-toyama.ac.jp, capi@eng.u-toyama.ac.jp

文摘

在本文中,我们描述一个遥控移动机器人系统为老年人提供监测在医院和疗养院。自主机器人导航沿着走廊放置地标图像处理和利用深度传感器数据,同时监控异常情况的老年人喜欢躺在地板上。地标是放在重要的位置如房间入口和角落,和它们包含操作顺序。如果出现任何问题,机器人识别的图像处理并立即通知给操作员。紧急情况,操作员可以手动检查无意识和重要条件,利用交互式通信用户界面和一个触觉传感器的手臂装备设备。初步监测实验中表现出良好的性能。

关键字

移动机器人、老年人、监视、远程控制。

介绍

最近日本的老龄化社会是一个非常严重的问题。日本内阁办公室,政府警告说,老龄人口将达到总人口的26.8%到2015年(1]。事实上,当前对护理和保健设施的需求是非常高的。因此,护理工作量增加,影响护理服务质量。

考虑这种情况下,机器人是重点发展机器人,可以帮助护士在他们的工作甚至替换他们。而药物输送和废物运输机器人部署在医院(2,3,4),只有几个机器人开发监测和检查任务至关重要的条件。松井等人开发了一种非接触式重要数据监控系统使用微波对卧床不起雷竞技网页版的男人(5]。Oda等人开发了一个房间看系统为老年人使用图像处理和传感器嵌入在床上(6]。然而,这些系统只能使用在一个房间。如果这样的系统将被安装在每个房间的医院或医疗设施将会非常昂贵。因此,移动监控机器人是一个很好的解决这个问题。一个监视移动机器人系统是由Sawashima et al。7]。机器人系统可以调查老年人是否躺在地板上,从自主房间。然而在紧急情况下,机器人不能做任何事情除了通知操作员,因为它没有检查躺老人的意识和能力至关重要的条件。

在这项工作中,我们提出一个遥控监测老年人的移动机器人系统。除了自主导航机器人配备传感器检查老人的重要条件。此外,机器人发送传感器数据和接收高水平命令和操作符。由于指令,机器人也可以完全由操作员控制在很长一段距离。

开发系统的概述

开发系统的主要目标是实现在大型医院或护理和照顾房子。在这些设施中,移动机器人自主导航沿着走廊和房间通过收集和处理环境信息。机器人相机图像和传感器数据被传输到操作员的电脑。此外,病人和运营商之间的语音通信是可能的。因此,运营商可以监视远程环境和与病人或老人实时通信。根据需要,操作员可以检查他们的意识和/或通过远程控制简单的至关重要的条件。图1显示了我们开发的系统原理图。

监视机器人

开发监测机器人如图2所示。机器人有一个RGBD图像传感器(这款产品职业生活,两华硕)和一只手臂配备温度传感器和压力传感器(图3)。机器人也有一个麦克风,扬声器和一个小液晶显示器用于操作员和病人/年老的通信。机器人的长度、高度、宽度是600毫米,560毫米,320毫米。它的重量是12公斤(包括汽车和电脑电池)。它有4个自由度(两履带,俯仰和偏航轴传感器手臂)。控制电脑有1 GB的内存和英特尔酷睿i3 CPU。Ubuntu 12.04 lts操作系统安装在SSD。user-robot通信和控制在一个偏远的距离,我们开发了一个用户界面系统如图4所示。幻影Omni理智的触觉装置技术公司用于手动控制机器人。此外,有一个用户监控摄像头,麦克风和扬声器互动交流。 The user's PC has an 8GB RAM and an Intel Core i5 CPU, and its OS is Windows 7. On the user's PC monitor, the robot camera image and a depth image are shown. The depth image is utilized by the user during manual control of the robot. In addition, the temperature and pressure sensors data are shown in the operator's monitor.

监控导航

开发的系统有自动和手动控制模式。和这两个模式可以改变在任何时候,在需要时。在自主导航模式下,机器人沿着常规路线通过搜索分布式环境中的地标要点,例如房间的入口,通过点走廊/房间,等等。

自主导航模式

在这种模式下,通过走廊机器人导航。如果任何地标变得可见,机器人朝着具有里程碑意义的速度一般。具有里程碑意义的是一个红色150 x150毫米广场。blob提取的具有里程碑意义的中心的RGB图像处理(图5 a和b)。参考爪之间的横向偏移速度比率计算是基于图像和blob的中心位置,如下:

,虚拟现实和重要的是左/右履带参考速度,K₁和K₂常量值对应直线和旋转组件,g_x的水平坐标提取blob的中心和宽度是RGB图像的宽度尺寸。

首先,机器人导航通过走廊的中心使用的深度图像。走廊的中心计算通过使用深度图像。在上部的中心形象的深度传感器的测量范围(超过3米)和部分的像素亮度是零。左边和右边的墙壁被搜索非零像素位于同一水平线(图6)。中间点的位置(图6 b)是用于纠正移动方向根据方程(1)和(2)。门的入口处放置地标。当里程碑变得可见,机器人到达地标。机器人进入房间寻找病人通过事先定义的行动秩序。

通过检查标识的紧急情况中心之间的blob老年人穿的颜色和皮肤(图7 b和c)。如果blob中心之间的距离小于40像素(图7),情况列为紧急。因此,机器人通知操作员,他从自主导航模式切换到手动控制方式。在手动模式下,用户使用触觉装置控制机器人的运动。在我们的方法中,我们假设所有老年人穿同样颜色的衣服(蓝色)。

手动控制模式

手动控制方式是在紧急情况下使用。当老人躺在地板上,操作员必须检查他/她的意识和至关重要的条件。

在这种模式下,操作员控制机器人移动的速度和方向等运动。此外,传感器安装的手臂也使用触觉控制的设备(图8)。除了温度传感器,压力传感器的数据在显示在用户的监控机器人的安全运行。压力传感器数据显示机器人手臂之间的接触条件和老年人躺。雷竞技网页版

参考左右履带速度计算基于θ1和θ3如下:

K₃和K₄不断积极的价值观由实验决定。θ_1马克思和θ_3马克斯是最大的关节角,θ1旋转比例,θ3向前/向后的比例是履带的速度。手臂运动参考角θ_偏航和θ_球场给出如下:

K₅和K₆也不断积极的值由实验吗

实验

实验环境

图9显示了实验环境。机器人开始沿着走廊,进入房间1和2。房间1没有紧急情况。在2号房间,有一个伪老人躺下,一个蓝色的衣服。因为有紧急情况下,用户控制机器人运动到说谎的人。当用户不接收任何反应时,他试图沟通,用户控制手臂运动检查体温传感器安装在手臂上使用。

结果

图10和Figure11显示视频捕捉在自主导航机器人的运动。参考移动速度是大约100(毫米/秒)在自主导航模式。

图10显示了机器人导航安全走廊,进入房间1当地标变得可见。在房间2中,机器人能够找到躺在老年人使用RGB图像(图11)。比后通知用户,用户切换到手动模式。

在手动控制模式下,系统能够检查说谎的人失去意识,因为没有反应在实时通信(图12)。

接下来,传感器的手臂控制性能评估通过测量体温(图13和14)。利用触觉设备安全操作员可以控制臂。图14显示了图的压力和温度数据。防止过多的压力数据之间的接触压力温度传感器和老年人的身体。雷竞技网页版然而,温度传感器的数据需要延迟时间。因为传感器接触到皮肤表面,测量温度并不是完全的体温。

实验结果表明,经常有机器人之间的通信延迟和运营商。这些延迟是由于机器人运动和可操作性的恶化。此外,这些延迟可能导致关键事件。为了消除这些负面影响,我们抑制机器人运动如果发生通信延迟。

结论

在本文中,我们描述了一种遥控移动机器人系统为老年人提供监测。机器人在自动模式和手动模式。在自动模式下机器人自主导航环境中利用分布式地标。在手动控制模式下,运营商控制机器人和机器人手臂。此外,机器人利用紧急通知功能告知操作员异常情况如老年人躺在地板上。用户利用交互式图形用户界面和触觉装置在紧急情况下。在手动控制模式下系统用于手动控制机器人的运动。发达系统评估实验显示出良好的性能。