一种康复护理机器人床的遥测遥控方法和设备

本发明涉及一种数据采集和传输技术，尤其是涉及一种康复护理机器人床的 遥测遥控方法和设备。

随着社会经济的迅速发展，人民生活水平不断提高，人口寿命不断延长，城市 人口正逐步进入老龄化，人口老龄化、高龄化带来的一个直接影响就是老龄人护理 需求的增加。康复护理机器人床的产生及发展为老年人和长期卧床的病人提供了必 要的帮助，目前已开发出康复护理机器人床，可根据患者的需求实时做出翻身、坐 起以及弹出可供办公或餐饮的可收缩式小桌等动态响应，给患者的日常生活带来极 大的便利，同时也减轻了护工的工作压力，但是并不能减轻患者家属不能时时照看 病人的压力，因而不能完全满足患者家属对康复护理机器人床照料患者的要求。

一方面，患者家属不在患者身边时，不能实时了解医生或护工的照料情况，使 得医患之间的信息不对称有扩大的趋势，对医疗纠纷的发生、发展以及最后的结局 产生着举足轻重的影响，而这些医疗纠纷只会加重患者的病情，不利于患者的 和康复。

另一方面，患者家属处于工作岗位或其他原因导致某时段康复护理机器人床上 的患者身边无人看管时，患者家属不能了解到患者的生理需求和康复护理机器人床 的状态，康复护理机器人床并没有减轻患者家属无法时刻照料患者的压力。

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工作效率 高、相应速度快的康复护理机器人床的遥测遥控方法和设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种康复护理机器人床的遥测遥控方法，该方法包括步骤：

A.接收对康复护理机器人床的状态控制申请，所述控制申请包括并行监视申 请和动态控制申请；

B.判断控制申请类型，若为并行监视申请，则执行步骤C，若为动态控制申 请则执行步骤D；

C.控制监控终端对康复护理机器人床进行并行监视；

D.根据预先设置的优先级和响应机制控制监控终端对康复护理机器人床进行 动态控制。

所述并行监视为：将康复护理机器人床上患者的视频信号传输给各监控终端， 传输过程具体包括步骤：

C1.动态采集视频信号，并对视频信号进行编码压缩，所述视频信号包括图 像信号和音频信号；

C2.将编码压缩后的视频信号通过有线或无线方式发送到监控终端；

C3.监控终端将已编码压缩的信号进行解码；

C4.监控终端将视频信号显示输出。

所述步骤C1中图像信号的编码压缩具体包括步骤：

C11.将图像信号中模拟的三基RGB信号进行坐标变换得到YUV信号，具 体为：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ U\\ V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.299& 0.587& 0.144\\ -0.147& -0.289& 0.436\\ 0.615& -0.515& -0.100\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right];$

C12.对Y、U、V三个信号分别进行A/D变换；

C13.通过映射变化和量化对步骤C12得到的信号进行压缩，所述映射变化过 程的数学式为：

$f_m=\underset{k=0}{\overset{n-1}{\Sigma }}{x}_k\cos \left[\frac{\pi }{m}m(k+\frac{1}{2})\right]$

其中：xk为原始信号的时域k点序列，k＝0,1,2……n-1，m为广义频率变量， n为时域的点数；

所述量化过程的数学式为：

$Q\left(x\right)=\frac{\left|2^{m-1}x\right|+0.5}{2^{m-1}}$

其中：x为输入信号，2m-1为量化步长；

所述步骤C1中音频信号的编码压缩过程具体为：将话筒的输出信号进行A/D 转换得到编码压缩后的音频信号。

所述步骤C3中图像信号的解码过程具体包括步骤：

C31.监控终端中解码器将已编码压缩的信号经进行解压缩；

C32.D/A变换器对解压缩后的信号进行D/A变换得到YUV信号；

C33.对YUV信号进行坐标变换恢复得到原始的RGB三基信号。

所述优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置，所述患者类 型包括优先级由高到低依次排列的患者病情、患者年龄和患者性别，信号级别包括 优先级由高到低依次排列的急停、机旁、中控、生理、护理和遥控，触发部位包括 优先级由高到低依次排列的头部、神经、身体、腿部、骨骼和体表。

所述患者病情包括优先级由高到低依次排列的甲、乙、丙，所述患者年龄优先 级按年龄降序排列，所述患者性别包括优先级由高到低依次排列的女和男。

所述并行监视和动态控制过程中信号传输采用多进程处理机耦合调度策略。

一种康复护理机器人床的遥测遥控设备，该设备包括依次连接的康复护理机器 人床、服务器和多个监控终端，所述服务器上装有信号处理系统，所述监控终端为 远程移动终端或近程固定终端，所述服务器通过同轴线结构的有线方式与近程固定 终端连接，所述服务器通过无线方式与远程移动终端连接。

所述康复护理机器人床包括执行机构和视频信号采集组件，所述执行机构和视 频信号采集组件均与服务器连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在康复护理机器人床的基础上加入了移动终端的并行监视和实时调节，可 提高康复护理机器人床的实用性和远程性，不仅满足患者的康复护理需求，减轻医 护人员的压力，还能满足患者家属对康复护理机器人床状态实时监视的要求，实现 病人家属无须时刻守在病房也能观察康复护理机器人床对病人的需求响应情况，不 但给康复护理机器人床病人康复和护理活动更全面的照料，同时大大降低了病人家 属和护理人员的劳动强度。

2)同时，康复护理机器人床的遥测与遥控采用有线通信和无线通信并用的通 信方式，给系统的稳定性、安全性、可靠性、高速性带来了保证，也保持了系统 的灵活性。

3)数据传输过程中采用了经过针对性设计的编解码过程，使数据传输具有高 保真和抗干扰的特点。

4)优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置可以使控制信 号有序执行。

5)并行监视和动态控制过程中信号传输采用多进程处理机耦合调度策略，提 高了系统的响应速度和工作效率。

图1为本发明设备的一较优实施例结构示意图；

图2为康复护理机器人床的结构示意图；

图3为本发明方法的主要步骤流程图；

图4是根据本发明实施例的多进程处理机制过程图；

其中：1、康复护理机器人床，2、服务器，3、近程固定终端，4、远程移动 终端，11、执行机构，12、视频信号采集组件，13、床体。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方 案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范 围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种康复护理机器人床的遥测遥控方法的设备，该设备包括依次 连接的康复护理机器人床1、监控终端和装有信号处理系统的服务器2，服务器2 和多个监控终端，服务器上装有信号处理系统，监控终端为近程固定终端3或远程 移动终端4，服务器2通过有线方式与近程固定终端3，服务器2通过无线方式与 远程移动终端连接4。

如图2所示，康复护理机器人床包括床体13以及分别与床体13连接的执行机 构11和视频信号采集组件12，执行机构11和视频信号采集组件12均与服务器2 连接。

视频信号采集组件12是康复护理机器人床状态的视频源，执行机构11用于驱 动床体13动作，信号处理系统2为涉及视频等信号的动态采集模块和有污染视频 信号向移动终端的可靠传输模块。

一种康复护理机器人床的遥测遥控方法，如图3所示，该方法包括步骤：

A.监控终端向信号处理系统发出对康复护理机器人床1的状态控制申请，控 制申请包括并行监视申请和动态控制申请，

B.信号处理系统判断控制申请类型，若为并行监视申请，则执行步骤C，若 为动态控制申请则执行步骤D；

C.信号处理系统控制监控终端对康复护理机器人床1进行并行监视；

并行监视为：将康复护理机器人床1上患者的视频信号传输给各监控终端，传 输过程具体包括步骤：

C1.动态采集视频信号，并对视频信号进行编码压缩，视频信号包括图像信 号和音频信号；

图像信号的采集过程为：通过图像传感器将光学信号转换为模拟电流信号，电 流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现；音频信 号的采集过程为：声波通过声音传感器中内置的一个对声音敏感的电容式驻极体话 筒，使话筒内的驻极体薄膜振动，引起电容的变化，于是产生与之对应变化的微小 电压，微小电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接收。

视频信号源提供的是模拟的三基R、G、B信号。为了使用人的视角特性以 降低数据量，把RGB空间表示的彩图像变换到其他彩空间，采用的彩空 间变换为YUV。

步骤C1中图像信号的编码压缩具体包括步骤：

C11.将图像信号中模拟的三基RGB信号进行坐标变换得到YUV信号，具 体为：

$\left[\begin{array}{c}Y\\ U\\ V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0.299& 0.587& 0.144\\ -0.147& -0.289& 0.436\\ 0.615& -0.515& -0.100\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right];$

C12.对Y、U、V三个信号分别进行A/D变换；

C13.通过映射变化和量化对步骤C12得到的信号进行压缩，映射变化过程的 数学式为：

$f_m=\underset{k=0}{\overset{n-1}{\Sigma }}{x}_k\cos \left[\frac{\pi }{m}m(k+\frac{1}{2})\right]$

其中：xk为原始信号的时域k点序列，k＝0,1,2……n-1，m为广义频率变量， n为时域的点数；

量化过程的数学式为：

$Q\left(x\right)=\frac{\left|2^{m-1}x\right|+0.5}{2^{m-1}}$

其中：x为输入信号，2m-1为量化步长；

步骤C1中音频信号的编码压缩过程具体为：将话筒的输出信号进行A/D转换 得到编码压缩后的音频信号。

C2.将编码压缩后的视频信号通过有线或无线方式发送到监控终端；

C3.监控终端将已编码压缩的信号进行解码；

C3.监控终端将已编码压缩的信号经进行解码，其中图像信号的解码过程具 体包括步骤：

C31.监控终端中解码器将已编码压缩的信号经进行解压缩；

C32.D/A变换器对解压缩后的信号进行D/A变换得到YUV信号；

C33.对YUV信号进行坐标变换恢复得到原始的RGB三基信号。

C4.R、G、B加到上监控终端的输出设备上，监控终端中输出设备对视频信 号显示输出。

D.若多个用户同时申请对康复护理机器人床状态并行监视和动态调节的访问 时，系统根据预先设置的优先级和响应机制控制监控终端实时地对康复护理机器人 床进行动态控制。

优先级和响应机制根据患者类型、信号级别和触发部位设置，患者类型包括优 先级由高到低依次排列的患者病情、患者年龄和患者性别，信号级别包括优先级由 高到低依次排列的急停、机旁、中控、生理、护理和遥控，触发部位包括优先级由 高到低依次排列的头部、神经、身体、腿部、骨骼和体表。

患者病情包括优先级由高到低依次排列的甲、乙、丙，患者年龄优先级按年龄 降序排列，患者性别包括优先级由高到低依次排列女和男。

一个信号处理系统可以与一个或者多个康复护理机器人床连接，当与多个康复 护理机器人床连接时，患者类型的优先级设置生效。

并行监视和动态控制过程中信号传输采用多进程处理机耦合调度策略。

图4是根据本发明实施例的多进程处理机制过程图。

如图4所示，并发信号传输时，经过不同传输介质(机构运动轨迹、传感器类 别、嵌入式系统、云台、中控、网关等)和不同协议(仪表总线、现场总线、集散 系统、有线、无线等)，为提高系统的响应速度和工作效率，系统启动多进程处理 机耦合调度(AS)策略，根据进程任务的分布式特点，采用多处理机多进程调度：初 始化阶段，将一个有N个循环迭代的循环分成p块，每块大小为[N/p]，第i块就 分配给第i个处理器的某个调度任务的就绪队列，然后进入运行队列；本地调度阶 段，每个处理器从自己的局部任务队列中取出剩下循环迭代数量的1/k，一般推荐 k的值等于p；远程调度阶段，当某个处理器自己的局部任务队列为空时，它就 到最忙的处理器，并从该处理器的非运行任务队列中取走剩下任务的[1/p]，然后 放到自己的某个进程的就绪队列，并调度到运行队列。系统启动多处理机多进程机 制，选取不同传输介质和不同协议快速定位、算法和协议的动态匹配，实现多用户 远程监视和实时调节的快速响应。

另外，上述的本发明的各功能模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现。它 们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中 由计算装置来执行，或者将它们中的多个功能模块或步骤制作成单个集成电路模块 来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。