高控制/運算效能助力　MCU實現(xiàn)智能照護機器人

作者：時間：2013-06-13 來源：網(wǎng)絡(luò)

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利用晶片使機器人進行追蹤，由超音波偵測距離，讓主系統(tǒng)判斷老人的位置，并命令馬達動作，使機器人能進行跟隨，可隨時跟在老人的身邊，注意是否有突發(fā)狀況發(fā)生，揮揮手就能與家人視訊通話等功能。

PING超音波距離感應(yīng)器用于測量與物體間的距離，范圍介于3cm?3.3m，容易裝置于機器人或自動設(shè)備上。超音波感測器利用脈波產(chǎn)生，透過聲波喇叭進行一發(fā)一收的動作來得到訊號的時間長短，也就是感測器發(fā)送訊號至物體而反射后所經(jīng)過的時間，在經(jīng)過運算后即能得到精準的距離。為實現(xiàn)追蹤功能，超音波定位追蹤方法利用主系統(tǒng)晶片產(chǎn)生脈波與判斷，使超音波能自動追隨物體，也更加穩(wěn)定照護功能。

為可負載生活必需品，因此行走動力來源選擇扭力較大的馬達(IG-30GM)做為驅(qū)動，搭配耐高電流的12伏特(V)馬達驅(qū)動晶片(HB-25)來控制直流馬達，控制方式為脈波的寬度調(diào)變，控制兩顆馬達的正反轉(zhuǎn)、時間差和轉(zhuǎn)動速度等參數(shù)，晶片扮演重要的行動控制機能，車體的前進、后退、轉(zhuǎn)彎等動作。

.Kinect骨架判斷

Kinect透過鏡頭即時擷取使用者的動作，之后并會接著解析相對應(yīng)的指令。透過內(nèi)建的紅外線VGA鏡頭發(fā)出主動式雷射，在Kinect可掃描的范圍內(nèi)藉由雷射反射過程判斷使用者位置，當使用者的身體部位識別完畢后，Kinect會將所擷取到的資料整理成一組骨架圖，藉此對應(yīng)于相關(guān)應(yīng)用。

使用Kinect本身的骨架辨識功能，能模擬出老人的骨架，讓主系統(tǒng)監(jiān)控骨架與動作，判斷骨架是否出現(xiàn)或是下降;判斷特定動作，啟動特定的功能，如圖3為人體進入Kinect范圍時會出現(xiàn)骨架識別，進而做出不同指令動作。

圖3 機器人動作流程圖

.緊急簡訊傳送

當老人發(fā)生跌倒時，主系統(tǒng)接受跌倒指令數(shù)值判斷出Kinect所勾勒出的骨架是否下降或消失，并透過緊急簡訊功能，立即發(fā)送簡訊至子女的手機進行通知，家人在查看到簡訊后能立即開啟網(wǎng)路視訊服務(wù)，可于第一時間了解家中老人的狀況，并與老人進行對話。

此外，簡訊功能可指定手機號碼，且更改緊急聯(lián)絡(luò)人十分方便。

.臉書動態(tài)/互動視訊服務(wù)

當老人需要照護機器人進行觀看在外子女的動態(tài)或聯(lián)絡(luò)時，可透過手勢辨識，呼叫照護機器人過來至身旁，機器人可透過手勢動作判別進行臉書動態(tài)服務(wù)，可觀看子女在外打卡或上傳照片，也可利用網(wǎng)路攝影機及網(wǎng)路視訊功能與在遠方子女進行視訊對話，隨時知道彼此的消息。

執(zhí)行完整測試項目　機器人實現(xiàn)更安全老人照護

圖3為該系統(tǒng)的動作流程圖，以微控制器(MCU)做為核心控制(圖4)，進行數(shù)值運算與即時反應(yīng)，利用微控制器的高運算處理速度來即時完成所有數(shù)值接收與指令，讓機器人不會因延遲而導(dǎo)致行動不順暢。

圖4 微控制器動作方塊圖

主系統(tǒng)晶片還須與其他硬體結(jié)構(gòu)說明，以主系統(tǒng)晶片出發(fā)，達到所有模組相互結(jié)合的應(yīng)用，進而完成智慧型照護機器人的設(shè)計與實現(xiàn)。在實作過程中須進行仔細調(diào)整與測試的項目，包括直流馬達驅(qū)動控制、超音波定位角度追蹤、Kinect指令動作方向和機器人追隨安全距離。

.直流馬達驅(qū)動控制

為讓本系統(tǒng)達到行動照護，所以直流馬達是必定需要的，并使用馬達驅(qū)動器，控制起來只須調(diào)整脈沖寬度調(diào)變(PWM)，以及馬達的正反轉(zhuǎn)、時間差和轉(zhuǎn)動速度等參數(shù)，就能讓照護機器人行動起來更加順暢(圖5)。