韶關(guān)學(xué)院智能工程學(xué)院 李宇航 吳錦均 葉智文 劉智偉 孫婉晴 陳景華

鑒于當今新冠疫情預(yù)防對日常醫(yī)療的實際需求，機器人通過人臉識別對用戶進行信息錄入，并搭載高精度無線測溫模塊進行無接觸式測溫，增加了口罩識別以及智能提供口罩、消毒紙巾功能。用戶還可以通過微信小程序以及智能語音提醒協(xié)同機器人選擇對特定部位或物品進行消毒和查看身體檢測數(shù)據(jù)，規(guī)避了傳統(tǒng)機器全身消毒導(dǎo)致口鼻吸入消毒液造成身體危害，實現(xiàn)了智能控制與醫(yī)療一體化的多場景應(yīng)用。

自新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，時代對醫(yī)療設(shè)備的智能化需求急劇增加。在繁瑣的醫(yī)護工作、交叉感染高風(fēng)險等形勢下，如果利用現(xiàn)有科技手段，將此類工作有計劃性的分配給機器人，緩解醫(yī)療資源壓力，實現(xiàn)精準有效治療、降低醫(yī)護人員的感染危險系數(shù)成為時代問題。同時醫(yī)學(xué)上“預(yù)防為主，治療為輔”的主張更是成為了日常醫(yī)療的智能化的催化劑。為針對這一時代問題，該次設(shè)計旨在將投入實踐的智能一體化、多場景應(yīng)用的防疫機器人可以在日常家庭、公共場所等有效解決健康防護、醫(yī)療資源難以大眾化等問題，有效提高人群密集區(qū)和住宅的防疫能力。為針對這一時代性的問題，我們所構(gòu)思并將投入實踐的智能一體化、多場景應(yīng)用的防疫機器人將會在日常家庭、公共場所等有效解決健康防護問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)設(shè)計主要通過對視頻圖像處理技術(shù)、高精度無線傳感技術(shù)、云端與服務(wù)端設(shè)計以及人體工程學(xué)技術(shù)等不同領(lǐng)域的深入研究。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示，可實現(xiàn)對用戶的非接觸式紅外感應(yīng)測溫、基于人體工程學(xué)的人身消毒和自動感應(yīng)包裹消毒，同時，本設(shè)計也不局限于對用戶進行信息錄入，通過UI界面協(xié)同用戶進行功能選擇，移動端APP用戶信息的實時監(jiān)視以及感情語音人工智能引導(dǎo)。

2 系統(tǒng)下層核心控制端

2.1 基于光敏感應(yīng)的包裹消毒設(shè)計

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

圖2 消毒室三維模型圖

本消毒和防疫一體機器人采用結(jié)合固定強度光源的光敏傳感器實現(xiàn)對包裹實時監(jiān)測，即利用光敏傳感器對不同強度光照時光敏值會發(fā)生急劇變化的特點，而設(shè)計成半封閉式消毒室進行包裹監(jiān)測與消毒。圖2所示為消毒室三維模型圖，利用STM32的ADC引腳來獲取光敏傳感器的光敏數(shù)值，當無包裹放進消毒室時，則獲取的光敏值比較大，當有包裹送進時，讀取的光敏值將大大減小，根據(jù)強光對應(yīng)高光敏值的原理，當獲取到光敏傳感器數(shù)值低于閾值則判斷檢測到有包裹送進，進一步控制消毒室進行全面消毒。同時，采用光敏傳感器大大降低了電路和程序設(shè)計的難度以及可大大節(jié)省成本，使我們消毒機器人的效率更高化。

2.2 非接觸式人體測溫

鑒于人體會發(fā)出紅外輻射能量，本系統(tǒng)設(shè)計采用紅外非接觸式測溫模塊進行測溫，通過STM32發(fā)出模擬IIC時序信號來讀取體溫值，圖3所示為感應(yīng)測溫流程圖，該模塊能夠通過物體某一狹窄波長范圍內(nèi)發(fā)生的輻射能量，來決定溫度的大小。該模塊能夠?qū)@取到的輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號之后通過串口將信號發(fā)送出去，并通過頁面交互引導(dǎo)用戶在此感應(yīng)距離內(nèi)進行非接觸式測溫，這不僅可以提升測溫準確度，而且還能實現(xiàn)人工智能交互引導(dǎo)。

圖3 感應(yīng)測溫流程

圖4 視頻圖像數(shù)據(jù)上傳云端流程框圖

3 系統(tǒng)上層核心控制端

3.1 視頻圖像處理

視頻圖像處理過程中涉及到對視頻圖像數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、整理和顯示等過程，將所采集的數(shù)據(jù)進行分析。采用人臉識別技術(shù)，對已錄入系統(tǒng)的個體進行低溫登記。對未錄入系統(tǒng)的個體，個體圖像和體溫一并保存至云端，實現(xiàn)流程框圖如圖4所示。

3.2 基于人臉識別的用戶檢測設(shè)計

本設(shè)計采用攝像頭和激光測距進行用戶監(jiān)測，當激光測距模塊檢測到1m內(nèi)有遮擋物并且保持三秒鐘以上的時候則預(yù)判斷有用戶使用機器人，然后開啟攝像頭，獲取遮擋激光測距模塊的物體照片，通過機器人里面的微控電腦樹莓派搭載開源的OpenCV機器視覺庫，將圖片進行預(yù)處理之后再調(diào)用Haar級聯(lián)分類器中的cvHaarDetectObjects函數(shù)啟動人臉識別模型，如果能捕捉到人臉則為確定為有使用者。

3.3 人機交互界面設(shè)計

本設(shè)計的UI界面主要功能有四部分，分別是非接觸式體溫檢測，智能人身消毒，包裹消毒和用戶數(shù)據(jù)上傳。當點擊體溫檢測的時候會顯示引導(dǎo)動畫引導(dǎo)使用者完成制定消毒操作。點擊測溫的時候會打開體溫的交互界面，然后輸入使用者名字之后就能開始體溫的檢測。除此之外我們還有管理員界面，能夠?qū)蠖藬?shù)據(jù)庫進行用戶添加，刪除，和列出。

圖5所示為機器人的界面操作系統(tǒng)流程圖。

3.4 數(shù)據(jù)后端

數(shù)據(jù)后端使用了基于python的Django（張麗霞.基于Django的海運包裝危險貨物管理云平臺設(shè)計與實現(xiàn)）進行搭建，用于用戶與機器人移動端進行信息的交互，同時，機器人使用WIFI模塊和4G模塊對使用者的測量信息和位置信息進行上傳，然后使用者也可以在自己的微信小程序中查詢該信息，也方便管理者實現(xiàn)對用戶的實時監(jiān)測。

總結(jié)：結(jié)合以上技術(shù)路線分析，使用者的實時監(jiān)測、人機交互界面的設(shè)計、外紅測溫部分、人體數(shù)據(jù)檢測、消毒液的噴灑、數(shù)據(jù)后端；通過小組成員已有的技術(shù)知識和經(jīng)驗進行討論分析，加上指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)，我們項目系統(tǒng)設(shè)計都是可行且更加優(yōu)化的方案，這些理論分析也大大為我們項目的開展提供強有力的支持和保障，測試結(jié)果表明，該機器人能在多種場景如學(xué)校、車站等準確識別用戶并對其進行身體檢測，高效消毒以及口罩、紙巾提供等，有效減少接觸感染幾率，推動了社會的醫(yī)療水平發(fā)展。

圖5 界面操作系統(tǒng)流程圖