CN103676950A

CN103676950A - 一种语音控制的医疗服务机器人

Info

Publication number: CN103676950A
Application number: CN201310109455.2A
Authority: CN
Inventors: 毛丽民; 徐本连; 朱培逸; 刘叔军; 陆郁民; 谢新明; 吴余生; 彭伟伟; 赵金安
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Changshu Institute of Technology
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种语音控制的医疗服务机器人，由单片机、通信装置、电机驱动装置、语音装置、避障装置、摄像头、机械手、行走装置、电源和两台模拟航机组成；单片机收集避障装置和语音装置采集的信息，输出信息给模拟航机，摄像头采集的信息通过无线网络传递给上位机，单片机通过通信装置与上位机交换信息；该机器人主要在医院辅助病人行动，行动不便的病人可通过语音控制机器人前进、后退、转弯等，需要检查病人时，可通过语音将座椅模式切换成病床模式，免去移动病人的烦恼。

Description

一种语音控制的医疗服务机器人

技术领域

本发明涉及一种语音控制的医疗服务机器人，属于自动化技术领域。

背景技术

截止2011年底，全国65岁及以上人口10956万人，占全国总人口的8.3%。60岁及以上人口15989万人，占全国总人口12%。国际上规定60岁以上老年人口达总人口的10%，或者65岁以上的人口达总人口的7%，就是“老龄化社会”。很明显，中国已经进入了老龄化社会，而且在今后几年老龄人口将会呈上升趋势，老龄化将更加严重。北京、上海等一些地区老龄人口甚至占到了15%，老龄化使社会的劳动力减少，一些老年人不仅不能参加劳动，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顾，这就增加了他们的子女以及社会的负担。

年轻人为了工作日益繁忙、在目前服务行业工作者的稀缺背景下，在医院时不时会有行动不便的病人需要护士和家人的搀扶。而在没有人帮助的情况下，行动不便的病人寸步难行，稍有不慎就有可能摔倒受伤。有了语音控制的医疗服务机器人，病人就可以独自去化验室拿取报告、去门诊找医生复诊、到饮水房利用机械手取水等。为使设计的医疗服务机器人更好的服务病人。将语音控制和远程控制相结合，实现护士的远程监护，座椅模式切换成病床模式，免去移动病人的烦恼。医疗服务机器人大大的减轻医院护士工作压力和病人的家庭负担，同时提高医院的工作效率。

发明内容

为了解决行动不便的病人，在没有人帮助的情况下，能够独自去化验室拿取报告、去门诊找医生复诊，减轻护士工作及病人家属的负担，本发明提供了一种语音控制的医疗服务机器人，技术方案如下：所述医疗服务机器人，由单片机、通信装置、电机驱动装置、语音装置、避障装置、摄像头、机械手、行走装置、电源和两台模拟航机组成；单片机收集避障装置和语音装置采集的信息，输出信息给模拟航机，通过通信装置与上位机交换信息；摄像头采集的信息通过无线网络传递给上位机；单片机通过电机驱动装置驱动机械手功能和行走装置；避障装置用于机器人遇到障碍物就停止；模拟舵机用于控制机器人在病床模式和座椅模式之间切换。

所述单片机电路由单片机U1、晶振Y1、电容C1-C3、电阻R1、排阻JP1组成，电解电容C3负极和电阻R1的一端接单片机U1的9脚连接，电解电容C3的正极接电源VCC，电阻R1的另一端接地，电容C1的一端和晶振Y1的一端接单片机U1的18脚，电容C2的一端和晶振Y1的另一端接单片机U1的19脚，电容C1、C2的另一端接地，单片机U1的32-40 脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

单片机电路P20、P21、P22、P23分别与电机驱动装置的控制极相接，单片机电路P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07、P32、P33、P34、P35、P37、P37分别与语音装置相接，单片机电路P24、P25分别与避障装置相接，单片机电路P30、P31分别与通信装置相接。

所述机器人还包括电源稳压模块，电源稳压模块的输入端与电池相接，输出端与其他各组件连接。

模拟舵机分别控制机器人在病床模式和座椅模式切换。

语音装置用于指令机器人到达指定房间，指令机器人在病床模式和座椅模式之间转换。

上位机通过通信装置控制病床模式和座椅模式之间转换，收集摄像头采集获得的图像信息。

电机驱动装置驱动机械手和行走装置，还可驱动其他附加装置。

本发明电源稳压模块电路由电容C4、C5、集成稳压器LM7805组成，输入Ui+与锂电池的正极相接，Ui-与锂电池的负极相接，电容C4正极接LM7805的1脚，电容C4负极接地，LM7805的2脚接地，电容C5正极接LM7805的3脚，电容C5负极接地，Uo给电路供电。

本发明通信装置电路由电平转换芯片U2、电解电容C6-C10、电容C9和九针插孔J1组成，电容C10的两端分别接芯片U2的1脚、3脚，电容C6的两端分别接芯片U2的4脚、5脚，电容C8的一端接芯片U2的6脚，电容C8的另一端接地，电容C7的一端接芯片U2的2脚，电容C7的另一端、电容C9的一端、芯片U2的16脚接电源VCC，电容C9的另一端、芯片U2的15脚接地，芯片U2的14脚、13脚接插孔J1的2脚、3脚，芯片U2的12脚、11脚接单片机A1的10脚、11脚，插孔的5脚接地。

本发明电机驱动装置电路由R2、R3、D1～D8、LED4～LED7、L298N芯片U3、电机1、电机2组成，D1～D4阴极相接并与VCC相接，其阳极分别与L298N芯片2，3，13，14脚相接；D5～D8阳极相接并与地相接，其阴极分别与L298N芯片2，3，13，14脚相接，电阻R2一端接L298N芯片2脚，另一端接LED1的阳极，LED1的阴极接电机1的一端，LED2阴极接LED1的阳极，LED2阳极接LED1的阴极，电机1的另一端接L298N芯片3脚，电阻R3一端接L298N芯片14脚，另一端接LED3的阳极，LED3的阴极接电机4的一端，LED4阴极接LED3的阳极，LED4阳极接接L298N芯片3脚，电机2的另一端接L298N芯片14脚。IN1与单片机P23引脚相接，IN2与单片机P22引脚相接，IN3与单片机P21引脚相接，IN4与单片机P20引脚相接。

本发明语音装置电路由电容C14-C20、电阻R12-R14、电感L1、发光二极管LED6、LD3320芯片U4组成，电阻R12一端接VCC、另一端接发光二极管LED6阳极、LED6阴极接U4的29引脚，电容C19一端接U4的20引脚，另一端接电阻R13，电阻R13另一端接U4的21引脚，电阻R14一端接U4的21引脚，另一端接U4的22引脚，电容C20一端接U4的21引脚，另一端接U4的22引脚，电容C14、C15一端同接U4的18引脚，另一端同接地，U4的19、23引脚同接电容C16一端，另一端接地，电容C17一端接电容C16，另一端接地，电感L1一端接电容C17。另一端接VCC，电容C18一端接VCC、另一端接地，U4的9、10引脚分别接麦克风的正端MICP、负端MICN，U4的41引脚接单片机的P00端口，U4的40引脚接单片机的P01端口，U4的39引脚接单片机的P02端口，U4的38引脚接单片机的P03端口，U4的37引脚接单片机的P04端口，U4的36引脚接单片机的P05端口，U4的35引脚接单片机的P06端口，U4的34引脚接单片机的P07端口，U4的44引脚接单片机的P10端口，U4的45引脚接单片机的P37端口，U4的42引脚接单片机的P36端口，U4的43引脚接单片机的P34端口，U4的47引脚接单片机的P33端口，U4的46引脚接单片机的P35端口，U4的48引脚接单片机的P32端口，U4的31引脚接时钟信号，U4的1、32、7引脚同接VCC，U4的8、33、49引脚同接地，U4的17、24引脚同接地。

本发明避障装置电路由电容C11-C13、电阻R4-R11、晶振Y2、74HC14、发光二极管LED5、二极管D9、三极管Q1，红外接收管Q2组成，电容C11一端接地，另一端接晶振Y2一端，电容C12一端接地，；另一端接晶振Y2另一端，晶振Y2一端接电容C11，另一端接电容C12，74HC14的1脚接电容C11,2脚接74HC14的3脚，电阻R4一端接电容C11，另一端接74HC14的3脚，电阻R5一端接电容C12，另一端接74HC14的3脚，电阻R6一端接74HC14的4脚，另一端接74HC14的5脚，D9阳极接74HC14的5脚，阴极与单片机P24脚相接，电阻R7的1端接74HC14的1脚，电阻R7的2端接电阻R8，电阻R7的3端接Q1的基极，LED5阳极接电阻R9、R10同接电源VCC，LED5阴极电阻R11，电阻R11另一端接Q1集电极，Q1发射极接地。红外接收管Q2的1脚接电阻R9同接电容C13的阳极，红外接收管Q2的2脚接电容C13的阴极同接地，红外接收管Q2的3脚接电阻R10并与单片机P25脚相接。

本发明通信装置通过蓝牙模块与上位机传递信号，蓝牙模块的VCC引脚接地，TXD阴脚接串口RXD引脚，RXD阴脚接串口TXD引脚，蓝牙模块的GND接地。

本发明远程控制界面由视频图像和控制按键组成，控制按键由波特率选择、串口号选择、远程开、远程关、病床模式、座椅模式、打开端口、关闭端口、退出、前、左、后、右、停按键组成。

为使医疗服务机器人更好的服务病人，机器人设置了2种：模式座椅模式和病床模式，免去了病人就诊，休息时，需要被移动到病床上麻烦。机器人将现场语音控制和远程控制相结合，实现护士对病人的远程监护，机器人在前进过程中，检测前方有障碍物，机器人就会立刻停下，减少不必要的事故。同时机器人配备了机械手，可以帮助病人取物品，最大程度方便了病人。

本发明具有如下优点：医院里随时都会有紧急情况发生，当需要病人立即进行手术时，每一秒钟都显得更加珍贵。医疗服务机器人可以灵活的将病人送到手术室。到达手术室之后座椅将自动切换成病床模式。在此过程病人中无需任何辅助动作，最终病人平躺进入手术室，立即进行手术，为病人增加了宝贵时间。

附图说明

图1为本发明的框架结构示意图。

图2为本发明的主视图（座椅，2：机械手，轮子，避障装置，电机驱动装置，摄像头，语音装置，挂水架）。

图3为本发明的侧视图（座椅。机械手，轮子，避障装置，电机驱动装置，摄像头，7：语音装置，挂水架，控制器，电源稳压模块，电源，模拟舵机，模拟舵机）。

图4为本发明的单片机电路图。

图5为本发明的电源稳压电路图。

图6为本发明的通信装置电路图。

图7为本发明的电机驱动装置电路图。

图8为本发明的避障装置电路图。

图9为本发明的语音装置电路图。

图10为本发明的蓝牙传输电路图。

图11为本发明的上位机远程控制界面图。

具体实施方式

一种语音控制的医疗服务机器人，病人可通过语音实现机器人的启动、前进、转弯，停止、后退、机械手控制、座椅模式与病床模式切换等功能。机器人在前进过程中，如果检测到前方有人或者障碍物，机器人就会立刻停下，实现了避障的功能。机器人配备了机械手，病人可通过语音控制机械手，实现病人取药，取水杯等物品，最大程度方便了病人。机器人设置了2种模式：病床模式与座椅模式，并能实现两者的切换，一般情况下为座椅模式，当医生需要检查病人时，病人需要躺下时，可以通过语音将座椅模式切换成病床模式，免去移动病人的烦恼。当病人需要休息时，也可使其转换成病床模式。机器人上的摄像头通过WIFI传输图像到护士电脑的控制界面，护士可以根据图像信息，通过控制界面的控制按键，通过蓝牙实现对病人的远程控制，更好的实现对病人的远程监护。

图1-3分别为本发明控制原理图、主视图、俯视图，已在发明内容中详细说明。

图4为本发明的单片机电路图，图中单片机选用宏晶科技生产高速、低功耗、超强抗干扰的STC89C516RD+一款单片机为本实例的核心，与其他各电路相连，实现整个系统的控制。

图5为本发明的电源稳压电路图。图中集成稳压器LM7805提供一个稳定的5V电源。集成稳压器LM7805的输入电压范围为2.7V-13.2V，输出电压为5V。Ui+和Ui-两端分别连接700mA的锂电池的正负端。图中的电容均用来滤波，用来过滤低频波。

图6为本发明的通信装置电路图。图中采用了专用芯片MAX232进行是RS232电平与TTL电平的转换，采用三线制连接串口，9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。

图7为本发明的电机驱动装置电路图，图中IN1～IN4为控制输入信号端口，当输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转,信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机M1反转。当输入信号端IN3接高电平输入端IN4接低电平，电机M2正转,信号端IN3接低电平，IN4接高电平，电机M2反转。

图8为本发明的避障装置电路图。图中晶振Y3搭配电阻、电容产生一个的38KHZ的调制信号，经过施密特触发器缓冲传输到驱动电路的缓冲端，由单片机的输出端P2.1，来控制红外发光管发射，并由电位器控制驱动信号的大小即改变感应距离大小。红外接收管的1脚接电源、2脚接地、3脚信号脚通过上拉电阻接电源，并将信号好传输给单片机端口P2.2。

图9为本发明的语音装置电路图。图中语音装置电路主要由LD3320芯片构成，LD3320芯片是一种语音识别芯片，该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口。

图10为本发明的蓝牙模块电路图。图中无线通讯是以hc-06蓝牙透传模块为基础，该模块含有信号增强天线，数据稳定传输，穿透性强。

图11为本发明的远程控制界面图。图中远程控制界面主要由视频图像和控制按键组成，视频图像采样无线摄像头通过WIFI传输数据到上位机，而控制界面的按键是通过蓝牙将信号传输到机器人，从而实现护士对病人的实时监控和对机器人的远程控制。

Claims

1.一种语音控制的的医疗服务机器人，其特征在于，由单片机、通信装置、电机驱动装置、语音装置、避障装置、摄像头、机械手、行走装置、电源和两台模拟航机组成；单片机收集避障装置和语音装置采集的信息，输出信息给模拟航机，通过通信装置与上位机交换信息；摄像头采集的信息通过无线网络传递给上位机；单片机通过电机驱动装置驱动机械手功能和行走装置；避障装置用于机器人遇到障碍物就停止；模拟舵机用于控制机器人在病床模式和座椅模式之间切换。

2.根据权利要求1所述机器人，其特征在于，所述单片机电路由单片机U1、晶振Y1、电容C1-C3、电阻R1、排阻JP1组成，电解电容C3负极和电阻R1的一端接单片机U1的9脚连接，电解电容C3的正极接电源VCC，电阻R1的另一端接地，电容C1的一端和晶振Y1的一端接单片机U1的18脚，电容C2的一端和晶振Y1的另一端接单片机U1的19脚，电容C1、C2的另一端接地，单片机U1的32-40脚接排阻JP1，20脚接地，31脚、40脚接VCC。

3.根据权利要求2所述机器人，其特征在于，单片机电路P20、P21、P22、P23分别与电机驱动装置电路的控制极相接，单片机电路P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07、P32、P33、P34、P35、P37、P37分别与语音装置相接，单片机电路P24、P25分别与避障装置相接，单片机电路P30、P31分别与通信装置相接。

4.根据权利要求3所述机器人，其特征在于，所述机器人还包括电源稳压模块，电源稳压模块的输入端与电池相接，输出端与其他各组件连接。

5.根据权利要求3所述机器人，其特征在于，模拟舵机分别控制机器人在病床模式和座椅模式切换。

6.根据权利要求3所述机器人，其特征在于，语音装置用于指令机器人到达指定房间，指令机器人在病床模式和座椅模式之间转换。

7.根据权利要求3所述机器人，其特征在于，上位机通过通信装置控制病床模式和座椅模式之间转换。