方朋朋+管旭辰+董鍇文+胡凱

摘 要 隨著科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人研究的不斷深入與創(chuàng)新，應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)事業(yè)的機(jī)器人也開(kāi)始不斷地增加。醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)減輕了醫(yī)務(wù)人員的壓力，也為醫(yī)療服務(wù)事業(yè)的發(fā)展起到推進(jìn)作用。促進(jìn)了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)不斷向前發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人送藥、查房以及適應(yīng)復(fù)雜地形等功能，采用了輪式、機(jī)械手等結(jié)構(gòu)，已完成規(guī)定的任務(wù)。

關(guān)鍵詞 醫(yī)療服務(wù)；機(jī)器人；發(fā)展

中圖分類(lèi)號(hào) TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）06-0027-02

目前，隨著世界機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于醫(yī)療事業(yè)的機(jī)器人也在不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的功能也逐漸增多，例如機(jī)器人查房、機(jī)器人手術(shù)、機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)傷員等各種功能。同時(shí)這些機(jī)器人內(nèi)部嵌入各種芯片，對(duì)各種環(huán)境都有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。為醫(yī)務(wù)人員減輕了負(fù)擔(dān)。我國(guó)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展相對(duì)落后一點(diǎn)，技術(shù)也并不像歐美那樣成熟，但是隨著科技的進(jìn)步以及國(guó)內(nèi)對(duì)醫(yī)療服務(wù)的重視程度，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人正在不斷發(fā)展和壯大，相信不久之后，我國(guó)的醫(yī)療服務(wù)隨著醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的技術(shù)的成熟與發(fā)展將會(huì)更加完善。

根據(jù)實(shí)際情況和我國(guó)的醫(yī)療服務(wù)情景，該機(jī)器人是一款能夠適應(yīng)較復(fù)雜地形，自主進(jìn)行查房和代替護(hù)士送藥，并且能夠說(shuō)一些作為護(hù)士對(duì)病人應(yīng)該說(shuō)的話(huà)語(yǔ)的智能機(jī)器人。

1 醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程框圖

此醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人采用主控芯片為STM32F10x芯片進(jìn)行編程，結(jié)合超聲波測(cè)距、灰度傳感器模塊、觸控模塊、L298N芯片以及以絲桿為機(jī)械手臂來(lái)實(shí)現(xiàn)查房和送藥等功能，同時(shí)，通過(guò)喇叭來(lái)與病人進(jìn)行交流。如圖1所示。

2 醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)介紹

2.1 醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人機(jī)械手臂的運(yùn)行

該機(jī)器人以絲桿來(lái)代替人體臂膀，可以進(jìn)行精確的升降，從而確保能夠達(dá)到預(yù)定的位置。機(jī)械手通過(guò)L298N芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使機(jī)械手類(lèi)似人類(lèi)雙手一樣能進(jìn)行張合，從而實(shí)現(xiàn)藥品的抓取和放置

絲杠的驅(qū)動(dòng)則是通過(guò)程序來(lái)進(jìn)行控制，通過(guò)編程以及超聲波測(cè)距可以較精確地把握升降高度，以便于更好地去服務(wù)，更準(zhǔn)確地定位。在超聲波測(cè)得距離與設(shè)定的距離一致時(shí)機(jī)器人便會(huì)停止前進(jìn)，開(kāi)始通過(guò)絲桿帶動(dòng)機(jī)械手來(lái)抓取物品，等完成后，便會(huì)返回進(jìn)行送物品。

2.2 語(yǔ)音模塊

該模塊主要利用喇叭、AD芯片以及DA芯片實(shí)現(xiàn)模擬量與輸入量的轉(zhuǎn)換，同時(shí)通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別，將外界的語(yǔ)音輸入芯片當(dāng)中進(jìn)行識(shí)別和分析，然后將之前設(shè)置好的語(yǔ)音通過(guò)喇叭播放出來(lái)，以達(dá)到與病人對(duì)話(huà)的效果。

2.3 灰度模塊及運(yùn)動(dòng)

此模塊是基于灰度傳感器的工作原理和輪式運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，利用灰度傳感器將外界識(shí)別的灰度信息傳入芯片當(dāng)中，從而控制4個(gè)底部的滾輪的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)尋跡運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到精確定位的功能。適應(yīng)在規(guī)定區(qū)域按照規(guī)定的軌跡運(yùn)行環(huán)境。

2.4 觸控模塊

在設(shè)計(jì)醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的時(shí)候考慮到機(jī)器人會(huì)隨時(shí)觸碰到一些障礙，為了能夠在觸碰障礙之后可以立即避開(kāi)，在機(jī)器人的底座四周安裝了以觸控開(kāi)關(guān)為主的觸控模塊，當(dāng)機(jī)器人觸碰到障礙時(shí)，就會(huì)碰到觸控開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生電平的變化，從而使芯片發(fā)送轉(zhuǎn)移指令，使得機(jī)器人可以成功避開(kāi)障礙。

3 醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人主要芯片介紹

3.1 STM32芯片

該醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的主控芯片采用的是基于ARM的STM32芯片，其性能高、成本低以及功耗低，屬于32位的Cortex-M3處理器，有可嵌套的向量中斷控制器和60個(gè)可屏蔽中斷且有16個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)[ 1 ]，更加適用于程序的編寫(xiě)以及快速處理指令。而且由于目前工業(yè)上采用的實(shí)時(shí)收發(fā)系統(tǒng)體積比較大，對(duì)于超聲波測(cè)距來(lái)說(shuō)不允許體積很大[ 2 ]，因此STM32F10x芯片是比較好的選擇，適合嵌入醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人內(nèi)部，也可以減輕機(jī)器人本身的重量。

此外，STM32F10x采用C語(yǔ)言編程，讓程序更容易編寫(xiě)和理解，也符合現(xiàn)今用從C語(yǔ)言編程的習(xí)慣。

3.2 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人能夠正常運(yùn)行不可缺少的是電機(jī)，然而電機(jī)必須由驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)才能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滾輪的滾動(dòng)以及機(jī)械手的張合。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以其比較優(yōu)異的性能更加適用于此機(jī)器人的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，其電路圖如圖3所示。

3.3 74LVC8T245芯片

由于STM32F10x芯片的IO口輸出的電流比較低，驅(qū)動(dòng)一些比較大的負(fù)載比較困難，因此利用74LVC8T245芯片來(lái)增強(qiáng)IO口的驅(qū)動(dòng)能力，它是是一個(gè)三態(tài)輸出八路收發(fā)器，在提高IO口驅(qū)動(dòng)能力方面作用比較大，使醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人各部分能夠有效的正常的運(yùn)行。

4 醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行情況介紹

在完成該醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作之后，對(duì)其上述功能進(jìn)行了實(shí)際的操作與實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，該機(jī)器人可以基本實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)功能，能夠比較好的完成查房和送藥工作。

此外，該醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人在參加2016年江蘇省機(jī)器人大賽醫(yī)療服務(wù)賽項(xiàng)中取得了較好成績(jī)。整個(gè)過(guò)程雖然有意外出現(xiàn)，但是整體完成的較好，準(zhǔn)確率在85%以上。

5 總結(jié)與展望

在設(shè)計(jì)及制作完該醫(yī)療機(jī)器人之后，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)相對(duì)較復(fù)雜的過(guò)程，要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能必須不斷地調(diào)試，同時(shí)，要選取合適的芯片及機(jī)器人結(jié)果，確保所設(shè)計(jì)的機(jī)器人能正常運(yùn)行。除此之外，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上也要加強(qiáng)機(jī)器人的完善，比如增加更加人性化的設(shè)置，如觸摸屏，液晶屏控制等[ 3 ]。

縱觀國(guó)內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展將會(huì)更加的迅速，它將會(huì)朝著人性化工業(yè)化的方向發(fā)展，會(huì)給更多的人帶來(lái)便利。除此之外，醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人也將會(huì)向高準(zhǔn)確度，高可靠性、智能化方向發(fā)展[4]。未來(lái)，人類(lèi)的雙手會(huì)得到充分的釋放，生產(chǎn)及工作效率會(huì)大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]王永虹，徐煒，郝立平.STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

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[3]張毅，孫純興，李敏.醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2011（6）：3-4.

[4]黃敏華，李勇，陳容紅.醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用與發(fā)展研究報(bào)告[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2014，27（3）：4.