基于多传感器的智能宠物狗监测装置、系统和方法

1.本发明涉及一种基于多传感器的智能宠物狗监测装置、系统和方法，属于监测装置技术领域。

背景技术：

2.从我国第六次普查数据可以看出，我国人口老龄化在不断加剧，伴随人口老龄化而来的问题也随之增多，空巢老人孤独的问题尤为突出，我们所设计的这一作品就是用来缓解这一问题。就目前来说，我国的智能养老市场还处于起步阶段，在整个养老产业中占比不到1％，不过，相关的智能养老设备已经具备了一定的种类基础。国内外目前现有的与我们作品相似的有索尼的家庭伴侣机器人等，但普及率较低，市场空白较大，作品竞争压力较小。当前，随着我国老年人口比重的日益上升，以及经济发展和城镇化趋势下，“空巢家庭”的不断涌现，养老问题受到了社会更多的关注。
3.智能养老即“智能居家养老”，是新近流行的一种养老概念。而智能养老设备作为智能养老的一个重要组成部分，它的出现极大弥补了，由老年人口激增，护工、养老机构等养老资源匮乏所带来的养老服务供需缺口。基于目前国家的养老现状，老龄化越发严重的社会状态下出发，预测家庭陪伴型机器人需求会上升，语音交互、智能提醒、视频通话等功能。语音操控实实在在的解放了老年人的双手。现有的智能监测装置存在的缺陷有：监测装置只能具备监测的功能，但是无法起到陪伴老人的作用，同时现有的监测装置也无法有效的提醒老人按时吃药，无法满足老年用户的需求，因此，一种能够实时陪伴老年人同时可以对老年人健康进行监测的监测装置成为目前的迫切需求。

技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多传感器的智能宠物狗监测装置、系统和方法，能够实时陪伴老年人同时可以对老年人健康进行监测，有效填补了市场的空缺，解决了现有技术中出现的问题。
5.本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测装置，包括监测装置本体，所述监测装置本体包括架体，所述架体的上方设有送药机构，所述架体的前方设有摄像机构，所述架体的下方设有仿生四肢运动机构，所述送药机构、摄像机构和仿生四肢运动机构连接有主控系统，所述送药机构包括智能药盒，智能药盒的上方设有药盒盖，所述智能药盒的下方设有药盒推出机构，所述智能药盒的外部还有药盒提醒模块，所述药盒推出机构、药盒提醒模块连接主控系统，所述监测装置本体上设有传感器模块，所述传感器模块连接主控系统。
6.进一步的，架体的前方设有牵引绳，所述牵引绳的末端设有把手，把手上设有心率监测模块和第一陀螺仪模块，所述心率监测模块和第一陀螺仪模块连接主控系统。
7.进一步的，仿生四肢运动机构包括第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构，所述第一运动机构、第二运动机构、第三运动机构和第四运动机构均包括大腿运动机构和小腿运动机构，所述小腿运动机构位于大腿运动机构的下方，大腿运动机构
包括大腿骨架，大腿骨架的下方连接有大腿丝杆，大腿丝杆的外部连接有大腿拉杆和大腿电机，所述小腿运动机构包括小腿丝杆，小腿丝杆的下方连接有小腿，小腿的外部设有小腿关节，所述小腿关节的外部连接有小腿拉杆，所述小腿拉杆的上方通过小腿丝杆滑块连接在小腿丝杆的外部。
8.进一步的，监测装置本体上的传感器模块包括第二陀螺仪模块、超声波传感器和定位模块，第二陀螺仪模块、超声波传感器和定位模块连接所述主控系统。
9.进一步的，药盒提醒模块包括闹钟模块和报警模块，所述闹钟模块和报警模块连接所述主控系统，所述智能药盒的底部设有压力传感器，所述压力传感器连接主控系统，智能药盒上与药盒盖接触的位置处设有检测开关，检测开关连接主控系统。
10.进一步的，摄像机构采用openmv图像采集模块，openmv图像采集模块的下方连接有旋转放置架，所述旋转放置架由舵机进行控制。
11.本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测系统，包括基于多传感器的智能宠物狗监测装置，还包括无线传输模块和移动客户端，所述移动客户端通过无线传输模块与所述基于多传感器的智能宠物狗监测装置实现数据通讯，所述移动客户端通过无线网络连接有云服务平台。
12.本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测方法，包括以下步骤：
13.s1：在宠物狗监测装置开机后，用户需按键手动选择牵引绳控制或自跟随功能，选择信息将传输到主控系统中；
14.s2：选择自跟随模式后，主控系统打开串口通信，开始接受定位模块发送的位置信息，通过仿生四足的运动算法结合摄像头模块发送的坐标进行计算实现自跟随功能；
15.s3：在自跟随过程中，如遇到障碍物，超声波传感器模块会将障碍物的距离信息传输给主控系统中，主控系统通过获取距离等信息以实现自动避障功能；
16.s4：宠物狗监测装置背部附有闹钟模块和智能药盒，用户将药物提前放在智能药盒中，在设定时间后，到达对应的时间后，闹钟模块会开始报警，智能药盒将这一时间段的药物推出，提醒用户按时吃药；
17.s5：宠物狗监测装置在收到关机信号后，主控系统会先控制机械腿蜷缩再关机。
18.进一步的，牵引绳监测方法包括：
19.s11：用户选择牵引绳控制模式，通过牵引绳牵着宠物狗监测装置进行运动，牵引绳的把手部分握在用户手部；
20.s12：牵引绳上的第一陀螺仪模块实时向主控系统发送角度信息，主控系统接收第一陀螺仪模块发送的的角度信息，计算出仿生四足前进、后退、左转、右转等运动姿态，通过获取第一陀螺仪的加速度计数据来控制宠物狗监测装置的运动速度；
21.s13：当用户需要测量心率、血氧时，用户将手指放置在心率监测模块上，等待几秒后，心率监测模块将所测得的心率、血氧等数据传回主控系统，主控系统判断返回的数据，若所测得的数据超出正常值，通过蜂鸣器会发出警报提醒用户心率、血氧数据异常，同时主控系统通过无线传输模块将所测得的数据发送至移动客户端和云服务平台，在移动客户端看到用户最新一次测得的心率、血氧数据，同时将采集的数据以图表形式显示。
22.进一步的，步骤s4中智能药盒还包括以下提醒方式：用户提前将几天所吃的药品放入智能药盒内，并提前在移动客户端中设置好每天固定的吃药时间，在到达设定好的时
间后，报警模块开始报警，用户将智能药盒的盖子打开取药的同时，移动客户端处收到智能药盒打开的提醒，用户拿出药后将药盒盖合上，智能药盒底部的压力传感器通过对重量的对比，检测到用户将药品取出后，报警模块停止警报，移动客户端会收到用户吃药完成的通知。
23.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
24.本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测装置、系统和方法，是专门针对于老年制作的智能机械狗，基于宠物犬的形态做出仿生四肢，通过算法智能宠物狗可以根据周围的物体情况完成前进、后退、转身等一系列动作；加载了摄像头，实现了视频通话功能与道路物体识别及自动避障功能；拥有手机客户端，子女通过app可以随时关心老人身体状况，还具有照顾老人生活起居的提醒模块；附带智能药盒，提醒老人按时吃药；可以像普通宠物犬一样，使用者可以使用牵引绳出门“遛狗”。可以根据老年人的需求和习惯随意切换自跟随模式和牵引绳模式，同时设置了心率血氧监测以及智能药盒提醒功能，便于跟踪和分析老人的状况，为老人的健康保驾护航。实时陪伴老年人同时可以对老年人健康进行监测，有效填补了市场的空缺，解决了现有技术中出现的问题。
附图说明
25.图1为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置整体结构的第一种状态示意图；
26.图2为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置整体结构的第二种状态示意图；
27.图3为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置的侧视图；
28.图4为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置的主视图；
29.图5为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置的仰视图；
30.图6为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置中送药机构的结构图；
31.图7为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置中运动机构的结构图；
32.图8为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测装置的电气连接框图；
33.图9为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测系统的连接框图；
34.图10为本发明基于多传感器的智能宠物狗监测方法中智能药盒的方法流程图；
35.图中：1、送药机构；2、摄像机构；3、牵引绳；4、第一运动机构；5、第二运动机构；6、第三运动机构；7、第四运动机构；8、架体；10、智能药盒；11、药盒底座；12、加强板；13、身躯板；15、旋转放置架；16、连接轴；17、电池盒；18、身躯侧板；19、药盒盖；20、大腿骨架；21、小腿同步带轮；22、小腿丝杆；23、小腿丝杆滑块；24、小腿电机；25、小腿拉杆；26、小腿关节；27、小腿；28、大腿同步带轮；29、大腿电机架；30、大腿电机；31、大腿丝杆；32、大腿拉杆；33、驱动转轴。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
37.实施例1：
38.如图1-5所示，本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测装置，包括监测装置
本体，监测装置本体包括架体8，架体8的上方设有送药机构1，架体8的前方设有摄像机构2，架体8的下方设有仿生四肢运动机构，送药机构1、摄像机构2和仿生四肢运动机构连接有主控系统，送药机构1包括智能药盒10，智能药盒10的上方设有药盒盖19，智能药盒10的下方设有药盒推出机构，智能药盒10的外部还有药盒提醒模块，药盒推出机构、药盒提醒模块连接主控系统，监测装置本体上设有传感器模块，所述传感器模块连接主控系统。
39.如图1所示，架体8的前方设有牵引绳3，牵引绳3的末端设有把手，把手上设有心率监测模块和第一陀螺仪模块，所述心率监测模块和第一陀螺仪模块连接主控系统。
40.如图7所示，仿生四肢运动机构包括第一运动机构4、第二运动机构5、第三运动机构6和第四运动机构7，第一运动机构4、第二运动机构5、第三运动机构6和第四运动机构7均包括大腿运动机构和小腿运动机构，所述小腿运动机构位于大腿运动机构的下方，大腿运动机构包括大腿骨架20，大腿骨架20的下方连接有大腿丝杆31，大腿丝杆31的外部连接有大腿拉杆25和大腿电机30，大腿电机30的外部连接有大腿同步带轮28，小腿运动机构包括小腿丝杆22和小腿电机24，小腿丝杆22的下方连接有小腿27，小腿27的外部设有小腿关节26，小腿关节26的外部连接有小腿拉杆25，小腿拉杆25的上方通过小腿丝杆滑块23连接在小腿丝杆22的外部，小腿电机24的外部连接有小腿同步带轮21。第一运动机构4、第二运动机构5、第三运动机构6和第四运动机构7通过驱动转轴33连接在架体8上。
41.在运动时，通过大腿电机30和大腿丝杆31以及大腿拉杆31实现大腿的动作，通过小腿电机24、小腿丝杆和小腿拉杆25实现小腿的动作，第一运动机构4、第二运动机构5、第三运动机构6和第四运动机构7形成宠物狗监测装置的仿生四肢，第一运动机构4、第二运动机构5、第三运动机构6和第四运动机构7通过驱动转轴33连接在架体8上，转向时通过驱动转轴33旋转一定的角度进行转向。
42.监测装置本体上的传感器模块包括第二陀螺仪模块、超声波传感器和定位模块，第二陀螺仪模块、超声波传感器和定位模块连接所述主控系统。
43.如图6所示，药盒提醒模块包括闹钟模块和报警模块，闹钟模块和报警模块连接所述主控系统，智能药盒10的底部设有压力传感器，压力传感器连接主控系统，智能药盒10上与药盒盖19接触的位置处设有检测开关，检测开关连接主控系统。药盒推出机构包括位于智能药盒10下方的药盒底座11，药盒底座11的下方设有电动推杆，电动推杆连接有电池盒17，智能药盒10和电池盒17的外侧连接有连接轴16，连接轴16的外部连接有多个身躯板13，智能药盒10和电池盒17设置在相邻的两个身躯板13之间，身躯板13的外侧设有加强板12，身躯板13的侧面设有身躯侧板18。
44.摄像机构2采用openmv图像采集模块，openmv图像采集模块的下方连接有旋转放置架15，旋转放置架15由舵机进行控制。
45.如图8所示，主控系统采用stm32型单片机控制系统，涉及到运动机构的电机、舵机、摄像机、摄像机外设置的音频模块、智能药盒、心率监测模块、定位模块均连接stm32控制系统进行控制。
46.在工作时，openmv图像采集模块打开，开始识别，并将老人的位置信息发送至主控系统。主控系统采用stm32控制系统，主控系统打开串口接收openmv图像采集模块发送的坐标信息加以分析，控制openmv图像采集模块下的舵机，保证老人始终在可视范围内。同时，经过计算来控制监测装置的前进、后退、左转、右转和速度。同时，老人可提前设置好闹钟来
提醒自己按时吃药，当时间到达设定时间时，闹钟模块开始响铃报警同时向主控系统发送报警信息，主控系统接收到信息后，将会给智能药盒下发指令，智能药盒通过指令信息控制盒内的小电机，将该时段的药品缓缓推出。
47.同时设置了牵引绳3，在牵引绳控制模式下，stm32主控开始接收牵引绳3末端第一陀螺仪模块发送的角度、加速度信息，通过角度的计算，控制监测机械狗的前进、后退、左转、右转，通过获取加速度来控制机械狗的运动速度。同时在牵引绳3的末端还设有心率检测模块，该模块会实时监测老人的心率信息并发送给stm32控制系统，主控系统通过无线传输模块将心率信息转发至云服务器，子女可通过手机app实时查看到老人的心率信息。
48.实施例2：
49.如图9所示，本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测系统，包括基于多传感器的智能宠物狗监测装置，还包括无线传输模块和移动客户端，移动客户端通过无线传输模块与所述基于多传感器的智能宠物狗监测装置实现数据通讯，移动客户端通过无线网络连接有云服务平台。
50.监测系统中设置了移动客户端和云服务平台，移动客户端可以是老人子女使用的手机app软件，可以实时查看老人的居家情况，便于跟踪和分析老人的状况，为老人的健康保驾护航。
51.实施例3：
52.本发明所述的基于多传感器的智能宠物狗监测方法，包括包括自跟随监测方法和牵引绳监测方法，其中自跟随监测方法包括以下步骤：
53.s1：在宠物狗监测装置开机后，用户需按键手动选择牵引绳控制或自跟随功能，选择信息将传输到主控系统中；
54.s2：选择自跟随模式后，主控系统打开串口通信，开始接受定位模块发送的位置信息，通过仿生四足的运动算法结合摄像头模块发送的坐标进行计算实现自跟随功能；
55.s3：在自跟随过程中，如遇到障碍物，超声波传感器模块会将障碍物的距离信息传输给主控系统中，主控系统通过获取距离等信息以实现自动避障功能；
56.s4：宠物狗监测装置背部附有闹钟模块和智能药盒，用户将药物提前放在智能药盒中，在设定时间后，到达对应的时间后，闹钟模块会开始报警，智能药盒将这一时间段的药物推出，提醒用户按时吃药；
57.s5：宠物狗监测装置在收到关机信号后，主控系统会先控制机械腿蜷缩再关机。
58.牵引绳监测方法包括：
59.s11：用户选择牵引绳控制模式，通过牵引绳3牵着宠物狗监测装置进行运动，牵引绳3的把手部分握在用户手部；
60.s12：牵引绳3上的第一陀螺仪模块实时向主控系统发送角度信息，主控系统接收第一陀螺仪模块发送的的角度信息，计算出仿生四足前进、后退、左转、右转等运动姿态，通过获取第一陀螺仪的加速度计数据来控制宠物狗监测装置的运动速度；
61.s13：当用户需要测量心率、血氧时，将手指放置在心率监测模块上，等待几秒后，心率监测模块将所测得的心率、血氧等数据传回主控系统，主控系统判断返回的数据，若所测得的数据超出正常值，通过蜂鸣器会发出警报提醒用户心率、血氧数据异常，同时主控系统通过无线传输模块将所测得的数据发送至移动客户端和云服务平台，在移动客户端看到
用户最新一次测得的心率、血氧数据，同时将采集的数据以图表形式显示。
62.其中心率监测模块采用心率血氧传感器max30100模块，心率血氧传感器max30100模块与第一陀螺仪模块一同集成于牵引绳末端，末端呈手环状，当老人需要测量心率、血氧时，将手指放置在模块上，等待几秒后，该模块将所测得的心率、血氧等数据传回单片机，单片机判断返回的数据，若所测得的数据超出正常值，蜂鸣器会发出警报提醒老人心率、血氧数据异常，同时单片机通过esp8266wifi模块将所测得的数据发送至移动客户端，可在小程序端看到老人最新一次测得的心率、血氧数据，同时将采集的数据以图表形式显示，便于跟踪和分析老人的状况，为老人的健康保驾护航。
63.步骤s4中智能药盒10还包括以下提醒方式：用户提前将几天所吃的药品放入智能药盒10内，并提前在移动客户端中设置好每天固定的吃药时间，在到达设定好的时间后，报警模块开始报警，用户将智能药盒10的盖子打开取药的同时，移动客户端处收到智能药盒10打开的提醒，用户拿出药后将药盒盖19合上，智能药盒10底部的压力传感器通过对重量的对比，检测到用户将药品取出后，报警模块停止警报，移动客户端会收到用户吃药完成的通知。
64.如图10所示，老人的子女可提前将几天所吃的药品放入智能药盒10内，并根据吃药时间通过手机app端设置定时提醒。在到达设定好的时间后，蜂鸣器开始报警，老人将智能药盒10的盖子打开取药的时，药盒底部的薄膜压力传感器通过对重量的对比，检测到老人将药品取出后，蜂鸣器停止警报，app端会收到药物取走的通知。
65.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
66.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
67.采用以上结合附图描述的本发明的实施例的基于多传感器的智能宠物狗监测装置、系统和方法，是专门针对于老年制作的智能机械狗，可以根据老年人的需求和习惯随意切换自跟随模式和牵引绳模式，同时设置了心率血氧监测以及智能药盒提醒功能，便于跟踪和分析老人的状况，为老人的健康保驾护航。实时陪伴老年人同时可以对老年人健康进行监测，有效填补了市场的空缺，解决了现有技术中出现的问题。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

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