來(lái)源：國(guó)外電子元器件06年第二期  作者：國(guó)防科技大學(xué) 徐平，羅飛路，劉春艷

摘要：未來(lái)社會(huì)將會(huì)越來(lái)越重視醫(yī)療保健服務(wù)，提出一種新型智能機(jī)器人，就其在數(shù)字化家庭醫(yī)療保健方面的應(yīng)用進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，并將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用在智能機(jī)器人與醫(yī)療儀器和控制PC的通信中。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化家庭；智能機(jī)器人；傳感器；藍(lán)牙技術(shù)；醫(yī)療保��；ROKl01007；TMS320C54x

1 引言

數(shù)字化家庭是未來(lái)智能小區(qū)系統(tǒng)的基本單元。所謂“數(shù)字化家庭”就是基于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)提供覆蓋整個(gè)家庭的智能化服務(wù)，包括數(shù)據(jù)通信、家庭娛樂(lè)和信息家電控制功能。

數(shù)字化家庭設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要內(nèi)容是通信功能的實(shí)現(xiàn)，包括家庭與外界的通信及家庭內(nèi)部相關(guān)設(shè)施之間的通信。從現(xiàn)在的發(fā)展來(lái)看，外部的通信主要通過(guò)寬帶接入。Intenet，而家庭內(nèi)部的通信，筆者采用目前比較具有競(jìng)爭(zhēng)力的藍(lán)牙(Bluetootlh)無(wú)線接入技術(shù)。

傳統(tǒng)的數(shù)字化家庭采用PC進(jìn)行總體控制，缺乏人性化。筆者根據(jù)人工情感的思想設(shè)計(jì)一種配備多種外部傳感器的智能機(jī)器人，將此智能機(jī)器人視作家庭成員，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化家庭的控制。

本文主要就智能機(jī)器人在數(shù)字化家庭醫(yī)療保健方面的應(yīng)用進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，在智能機(jī)器人與醫(yī)療儀器和控制PC的通信采用藍(lán)牙技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的成本較低，功能較為全面，擴(kuò)展應(yīng)用非常廣闊，具有極大的市場(chǎng)潛力。

2 智能機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)

2．1 智能機(jī)器人的多傳感器系統(tǒng)

機(jī)器人智能技術(shù)中最為重要的相關(guān)領(lǐng)域是機(jī)器人的多感覺(jué)系統(tǒng)和多傳感信息的集成與融合[1]，統(tǒng)稱(chēng)為智能系統(tǒng)的硬件和軟件部分。視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等外部傳感器和機(jī)器人各關(guān)節(jié)的內(nèi)部傳感器信息融合使用，可使機(jī)器人完成實(shí)時(shí)圖像傳輸、語(yǔ)音識(shí)別、景物辨別、定位、自動(dòng)避障、目標(biāo)物探測(cè)等重要功能；給機(jī)器人加上相關(guān)的醫(yī)療模塊(CCD、CAMERA、立體麥克風(fēng)、圖像采集卡等)和專(zhuān)用醫(yī)療傳感器部件，再加上醫(yī)療專(zhuān)家系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療保健和遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)功能。智能機(jī)器人的多傳感器系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2．2 智能機(jī)器人控制系統(tǒng)

機(jī)器人控制系統(tǒng)包含2部分：一是上位機(jī)，一般采用PC，它完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、傳感器信息融合控制算法、視覺(jué)處理、人機(jī)接口及遠(yuǎn)程處理等任務(wù)；二是下位機(jī)，一般采用多單片機(jī)系統(tǒng)或DSP等作為控制器的核心部件，完成電機(jī)伺服控制、反饋處理、圖像處理、語(yǔ)音識(shí)別和通信接口等功能。

如果采用多單片機(jī)系統(tǒng)作為下位機(jī)，每個(gè)處理器完成單一任務(wù)，通過(guò)信息交換和相互協(xié)調(diào)完成總體系統(tǒng)功能，但其在信號(hào)處理能力上明顯有所欠缺。由于DSP擅長(zhǎng)對(duì)信號(hào)的處理，而且對(duì)此智能機(jī)器人來(lái)說(shuō)經(jīng)常需要信號(hào)處理、圖像處理和語(yǔ)音識(shí)別，所以采用DSP作為智能機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制器[2]。

控制系統(tǒng)以DSP(TMS320C54x)為核心部件，由藍(lán)牙無(wú)線通信、GSM無(wú)線通信(支持GPRS)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)字羅盤(pán)、感覺(jué)功能傳感器(視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等)、醫(yī)療傳感器和多選一串口通信(Rs-232)模塊等組成，控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

(1)系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向電機(jī)利用數(shù)字羅盤(pán)的信息作為反饋量進(jìn)行PID控制。

(2)采用愛(ài)立信(Ericsson)公司的ROKl01007型電路作為藍(lán)牙無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人與上位機(jī)Pc的通信和與其他基于藍(lán)牙模塊的醫(yī)療保健儀器的通信。

(3)支持GPRS的GSM無(wú)線通信模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短信息和傳真服務(wù)，采用手機(jī)通信方式與遠(yuǎn)端醫(yī)療監(jiān)控中心通信。

(4)由于TMS320C54x只有1個(gè)串行口，而藍(lán)牙模塊、GSM無(wú)線模塊、數(shù)字羅盤(pán)和視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)功能傳感器模塊都是采用RS一232異步串行通信，所以必須設(shè)計(jì)1個(gè)多選一串口通信模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。當(dāng)TMS320C54x需要藍(lán)牙無(wú)線通信模塊的數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)電路選通；當(dāng)T~MS320C54x需要某個(gè)傳感器模塊的數(shù)據(jù)時(shí)，關(guān)斷上次無(wú)線通信模塊的選通，同時(shí)選通該次傳感器模塊。這樣，各個(gè)模塊就完成了與1~MS320C54x的串口通信。

3 主要醫(yī)療保健功能的實(shí)現(xiàn)

智能機(jī)器人對(duì)于數(shù)字化家庭的醫(yī)療保健可以提供如下的服務(wù)：

 (1)醫(yī)療監(jiān)護(hù)

通過(guò)集成有藍(lán)牙模塊的醫(yī)療傳感器對(duì)家庭成員的主要生理參數(shù)如心電、血壓、體溫、呼吸和血氧飽和度等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)機(jī)器人的處理系統(tǒng)提供本地結(jié)果。

(2)遠(yuǎn)程診斷和會(huì)診

通過(guò)機(jī)器人的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等感覺(jué)功能，將采集的視頻、音頻等數(shù)據(jù)結(jié)合各項(xiàng)生理參數(shù)數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)程醫(yī)療中心，由醫(yī)療中心的專(zhuān)家進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，結(jié)合醫(yī)療專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)家庭成員的健康狀況進(jìn)行會(huì)診，即提供望(視頻)、聞、問(wèn)(音頻)、切(各項(xiàng)生理參數(shù))的服務(wù)[3]。

3．1機(jī)器人視覺(jué)與視頻信號(hào)的傳輸