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医院病房巡视机器人导航系统设计与实现

医院病房巡视机器人导航系统设计与实现

作者：周勐山东大学

学位级别：硕士

随着机器人技术的快速发展,服务机器人在医疗及家庭等领域扮演着越来越重要的角色,备受社会的关注,用机器人代替护士完成部分巡视工作在技术上已成为可能。巡视机器人在病房工作环境中快速、准确地导航是它按护理规范要求顺利完成服务... 详细信息

随着机器人技术的快速发展,服务机器人在医疗及家庭等领域扮演着越来越重要的角色,备受社会的关注,用机器人代替护士完成部分巡视工作在技术上已成为可能。巡视机器人在病房工作环境中快速、准确地导航是它按护理规范要求顺利完成服务任务的前提和基础。本文在综述机器人导航研究历史及现状的基础上,针对医院病房环境的具体要求对巡视机器人导航系统进行了研究、设计,并进行了成功的应用,具体研究内容如下：（1）根据医院病房巡视任务分析了机器人导航系统所需要的功能,针对分析结果搭建了导航系统整体框架,设计了任务流程。（2）针对医院走廊与病房区域中任务需求的不同,设计了分层地图模型,将环境划分为拓扑地图层、栅格地图层与局部层,根据设计数据结构进行了地图构建,突出了工作区域环境的几何特性、定量坐标和不同区域相互之间的关联性。（3）针对单一传感器无法可靠地提供所取的定位精度问题,本文采用了绝对定位传感器StarGazer修正相对定位传感器里程计的方案,综合了不同传感器的优点,削弱了缺陷,.保证了稳定可靠的定位精度。（4）针对复杂的环境状况,在走廊拓扑地图中,利用A*算法进行路径规划,而在病房栅格地图中,通过地图的预处理与后处理的协助,使用Dijkstra算法进行路径规划,从而保证了巡视机器人获得一条无碰、平滑的规划路径。（5）针对工作环境中经常出现的动态障碍物,设计了局部避障,通过激光传感器收集周边环境信息,利用路径给定的目标方位和当前运动参数信息,经过数据处理与计算,实现了较好的避障效果。本文设计的巡视机器人导航系统易于加载任务,同时具备较好的可扩展性,便于未来继续增添新的功能;经过在医院现场半年多的实际使用表明,该导航系统运行平滑、快速、准确,完全能够满足任务需要。

关键词：病房巡视机器人地图构建定位路径规划激光避障

基于CORBA的病房巡视机器人智能空间中间件设计与实现

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基于CORBA的病房巡视机器人智能空间中间件设计与实现

作者：郭丹山东大学

学位级别：硕士

近年来,服务机器人智能空间已成为服务机器人领域的一个研究热点。然而,由于服务机器人智能空间是一个异构、动态、复杂的计算环境,如何将智能空间中的各种设备无缝集成起来,实现信息的互联和智能器件的交互协作,为服务机器人提供环境... 详细信息

近年来,服务机器人智能空间已成为服务机器人领域的一个研究热点。然而,由于服务机器人智能空间是一个异构、动态、复杂的计算环境,如何将智能空间中的各种设备无缝集成起来,实现信息的互联和智能器件的交互协作,为服务机器人提供环境感知、定位及导航方面的有利支持成为一个重要的研究内容。本文综述了服务机器人智能空间和中间件技术的研究现状,在山东大学第二医院住院部搭建的智能空间中,基于CORBA技术对病房巡视机器人智能空间中间件进行了设计与实现,并成功地进行了应用。具体研究内容如下：（1）论文首先分析了病房巡视机器人智能空间系统的功能需求,提出了由用户应用程序、中间件、基于异构网络的分布式设备和巡视机器人四个部分组成的系统架构。在此基础上介绍了分布式对象中间件CORBA,对系统中间件提出了具体的功能需求,给出了基于CORBA的病房巡视机器人智能空间中间件的设计方案。（2）论文遵循CORBA规范将病房巡视机器人智能空间系统进行了模块化设计,通过对各模块硬件进行功能抽象得到相应的接口函数,采用OMG接口定义语言分别设计了各个分布式设备和病房巡视机器人的IDL接口。在Windows环境下完成了服务器端的C++程序和基于MFC框架的客户端应用程序的编写以及界面设计,实现了C/S结构的病房巡视机器人智能空间管理系统。（3）将本文开发的CORBA中间件在病房巡视机器人智能空间中进行了实际应用,应用结果表明该中间件有效地屏蔽了智能空间分布式设备和巡视机器人的异构性,较好地实现了信息互通和互操作,保证了机器人安全有效地完成相关巡视任务。随着相关技术的不断发展,基于中间件技术的服务机器人智能空间功能将更加完善,实用性更强,应用前景更加广阔。本论文研究工作对于中间件技术的拓展和服务机器人智能空间技术的广泛应用具有一定的推动作用。

关键词：病房巡视机器人智能空间中间件 CORBA

病房巡视服务机器人智能空间信息转换中间件开发及应用

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龙岩学院学报 2016年第2期34卷 1-9页

作者：周风余李国栋郭丹山东大学山东济南250061 龙岩学院福建龙岩364000

服务机器人智能空间包含大量由不同软件、采用不同网络协议和网络体系结构连接的智能设备,采用信息转换中间件是实现智能空间中信息的互联和智能异构设备交互协作的重要手段。本文对病房巡视服务机器人智能空间信息转换中间件开发方法... 详细信息

服务机器人智能空间包含大量由不同软件、采用不同网络协议和网络体系结构连接的智能设备,采用信息转换中间件是实现智能空间中信息的互联和智能异构设备交互协作的重要手段。本文对病房巡视服务机器人智能空间信息转换中间件开发方法进行了详细介绍,以ACE/TAO作为开发平台,基于CORBA技术对服务机器人智能空间中间件进行了设计与实现。实际应用表明,开发的信息转换中间件可以实现异构信息的互联和智能设备的交互协作,为机器人安全、高效地完成巡视任务提供了重要保证。

关键词：病房巡视机器人智能空间中间件 CORBA

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医院病房巡视机器人定位与避障技术研究

医院病房巡视机器人定位与避障技术研究

作者：王家超山东大学

学位级别：硕士

病人监护是医院基本护理任务。由于监护任务的劳动强度过大等原因,临床上普遍存在护士不能及时巡护的问题。随着服务机器人技术的快速发展,机器人在医疗、福利设施、家庭等领域扮演着越来越重要的角色。采用机器人代替护士完成部分巡视... 详细信息

病人监护是医院基本护理任务。由于监护任务的劳动强度过大等原因,临床上普遍存在护士不能及时巡护的问题。随着服务机器人技术的快速发展,机器人在医疗、福利设施、家庭等领域扮演着越来越重要的角色。采用机器人代替护士完成部分巡视工作在技术上已成为可能。而病房巡视机器人的导航定位与避障又成为完成上述任务的基础。本文围绕医院环境下,病房巡视机器人从护士站准确、可靠的到达目标房间,并且在导航过程中能够及时进行避障动作开展了如下工作。针对医院环境,基于RFID传感器提出了环境学习与建模的新方法。结合Stargazer和RFID,设计医院拓扑环境的上下文信息,指导病房巡视机器人对环境进行自主学习,自动保存关键节点的特征信息,并构建环境模型。为确保巡视机器人准确、可靠的到达目标房间采用RFID、里程计、视觉和Stargazer的D-S证据推理的数据融合方法,大大提高了机器人在大范围下精确定位的性能。在拓扑节点之间巡视机器人采用激光检测走廊墙壁,通过直线拟合算法计算机器人前进方向与走廊墙壁的夹角。使用该夹角修正里程计值,以实现在拓扑节点之间的精确定位。针对复杂环境下,本文对病房巡视机器人的避障方法进行了研究。总结机器人传统避障方法的弊端,提出了基于激光传感器和摄像头的综合全方位的障碍物检测与避障方法。采用背景差法对地面上的障碍物进行阈值分割,找出障碍物。通过坐标系变换,将图像上的像素坐标转换为摄像机坐标系下的坐标。并使用该坐标计算障碍物点到巡视机器人间的距离。为消除图像处理中的透视变换对视觉测距的精度影响,采用构建鸟瞰图的方法,消除透视现象的影响,并提高了视觉测距的精度。根据不同的障碍物情况,本文采用激光和视觉障碍物检测与避障的融合方法,通过查询避障策略表,实现巡视机器人的准确可靠的避障动作。

关键词：病房巡视机器人信息融合 RFID 定位激光-视觉避障