An Integrated Soft Robotic System for Measuring Vital Signs in Search and Rescue Environments
作者: Jorge Francisco García-Samartín, Christyan Cruz Ulloa, Andrés Sánchez-Silva, Jaime del Cerro, Antonio Barrientos
分类: cs.RO
发布日期: 2026-04-01
💡 一句话要点
针对搜救环境，提出一种集成软体机器人系统用于测量生命体征
🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 软体机器人 生命体征测量 搜救机器人 血压测量 心率测量
📋 核心要点
- 灾后搜救中，生命体征快速准确评估至关重要，但现有方法在心率测量和血压评估方面存在不足，尤其缺乏针对灾后环境的压力评估。
- 本文提出一种集成的软体机器人系统，通过软体夹持器包裹受害者手臂并充气，模拟血压计工作方式，实现脉搏和血压的测量。
- 实验结果表明，该系统能够以较低的偏差（脉搏4 bpm，血压5 mmHg）准确测量心率和血压，验证了其在搜救行动中的适用性。
📝 摘要（中文）
本文设计了一种软体夹持器，并将其集成到移动机器人系统中，从而创建了一种能够在灾后环境中测量受害者脉搏和血压的设备。该夹持器旨在包裹受害者的手臂，并通过专门的便携系统像血压计一样充气。利用不同的信号处理算法，实现了脉搏偏差为4次/分钟，收缩压和舒张压偏差约为5mmHg。研究结果，结合其他统计数据以及误差项中同方差性的验证，证明了该系统能够准确确定心率和血压，从而使其适用于搜索和救援行动。最后，采用灾后场景作为测试来验证整个系统的功能，并证明其适应各种受害者姿势的能力、测量速度以及对受害者的安全性。
🔬 方法详解
问题定义：在灾后搜救环境中，快速准确地评估受害者的生命体征至关重要。然而，现有的方法在心率测量和血压评估方面存在局限性，尤其缺乏针对灾后复杂环境下的压力评估手段。传统方法通常依赖人工操作，效率低且易受环境影响，难以满足快速响应的需求。
核心思路：本文的核心思路是利用软体机器人技术，设计一种能够模拟血压计功能的软体夹持器，并将其集成到移动机器人平台上。通过软体材料的柔顺性，实现对不同体型受害者手臂的自适应包裹，并通过充气加压的方式模拟血压计的工作原理，从而实现脉搏和血压的非侵入式测量。
技术框架：该系统主要包含以下几个模块：1) 软体夹持器：采用柔性材料制成，能够包裹受害者手臂；2) 充气系统：控制夹持器的充气和放气过程，模拟血压计加压和减压；3) 压力传感器：测量夹持器内的压力变化，用于血压估算；4) 信号处理模块：对压力传感器采集到的信号进行处理，提取脉搏和血压信息；5) 移动机器人平台：搭载软体夹持器和控制系统，实现自主移动和定位。整体流程为：移动机器人到达受害者位置 -> 软体夹持器包裹手臂 -> 充气系统加压 -> 压力传感器采集数据 -> 信号处理模块提取生命体征 -> 显示和记录结果。
关键创新：该论文的关键创新在于将软体机器人技术应用于生命体征测量，并针对灾后搜救环境进行了优化设计。与传统方法相比，该系统具有以下优势：1) 自动化测量，提高效率；2) 软体材料的柔顺性，适应不同体型受害者；3) 非侵入式测量，减少对受害者的干扰；4) 集成到移动机器人平台，实现自主移动和定位。
关键设计：软体夹持器的材料选择至关重要，需要兼顾柔顺性和强度。充气系统的压力控制精度直接影响血压测量的准确性。信号处理算法需要能够有效滤除噪声，提取准确的脉搏和血压信息。论文中采用了特定的信号处理算法，并对参数进行了优化，以实现较高的测量精度。具体参数设置和网络结构等技术细节在论文中未详细描述，属于未知信息。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，该系统能够以较低的偏差准确测量心率和血压。脉搏偏差为4 bpm，收缩压和舒张压偏差约为5 mmHg。此外，通过对误差项进行同方差性验证，进一步证明了该系统的测量精度和稳定性。灾后场景测试验证了系统的功能，证明了其适应各种受害者姿势的能力、测量速度以及对受害者的安全性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于灾后搜救、野外急救、远程医疗等领域。通过自动化、非侵入式的生命体征测量，可以提高搜救效率，减少对受害者的干扰，并为医疗人员提供重要的决策依据。未来，该技术有望与人工智能、物联网等技术相结合，实现更智能化的生命体征监测和健康管理。
📄 摘要（原文）
Robots are frequently utilized in search-and-rescue operations. In recent years, significant advancements have been made in the field of victim assessment. However, there are still open issues regarding heart rate measurement, and no studies have been found that assess pressure in post-disaster scenarios. This work designs a soft gripper and integrates it into a mobile robotic system, thereby creating a device capable of measuring the pulse and blood pressure of victims in post-disaster environments. The gripper is designed to envelop the victim's arm and inflate like a sphygmomanometer, facilitated by a specialized portability system. The utilization of different signal processing algorithms has enabled the attainment of a pulse bias of \qty{4}{\bpm} and a bias of approximately \qty{5}{\mmHg} for systolic and diastolic pressures. The findings, in conjunction with the other statistical data and the validation of homoscedasticity in the error terms, prove the system's capacity to accurately determine heart rate and blood pressure, thereby rendering it suitable for search and rescue operations. Finally, a post-disaster has been employed as a test to validate the functionality of the entire system and to demonstrate its capacity to adapt to various victim positions, its measurement speed, and its safety for victims.