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機(jī)器人化多功能護(hù)理床研究與探討 翻譯人 xxx 摘要 人性化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一個(gè)重要理念 它強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)產(chǎn) 品時(shí)從人體工學(xué) 生態(tài)學(xué) 美學(xué)等角度達(dá)到完美 體現(xiàn)了科技以人為 本的思想 該護(hù)理床的設(shè)計(jì)正是基于這種理念 它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)抬背 抬大腿 曲小腿和調(diào)整坐姿的功能 并將設(shè)計(jì)通過(guò) Pro E 三維實(shí)體建模 軟件進(jìn)行模擬和仿真分析 進(jìn)一步指導(dǎo)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性 為滿足 目前日益提高的家庭護(hù)理要求 將機(jī)器人的多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)應(yīng)用 于護(hù)理床的控制 研制了一種機(jī)器人化的多功能護(hù)理床 該護(hù)理床 通過(guò)各個(gè)床面板之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 采用單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種 位姿 并通過(guò)語(yǔ)音或鍵盤(pán)來(lái)控制進(jìn)行多位姿的運(yùn)動(dòng) 護(hù)理床的控制 系統(tǒng)由主控制模塊和輔助控制模塊兩部分構(gòu)成 其中主控制模塊采 用單片機(jī)進(jìn)行控制 這樣既可降低成本 又可保證護(hù)理床操作的靈 活性和可靠性 輔助控制模塊包括語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音回放兩部分的功 能 實(shí)際使用效果證明了所研制的護(hù)理床的實(shí)用性和有效性 本文 由醫(yī)學(xué)論文網(wǎng)與您分享 關(guān)鍵詞 機(jī)器人化護(hù)理床 控制系統(tǒng) 語(yǔ)音識(shí)剮 單片機(jī) 概述 目前 無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家 均面臨著越來(lái)越嚴(yán) 重的人口老齡化問(wèn)題 老年人由于各項(xiàng)生理機(jī)能退化 健康狀況普 遍不佳 消耗大量醫(yī)療資源 增加了醫(yī)院的負(fù)擔(dān) 世界各國(guó)均在積 極探求一種新的健康服務(wù)模式 提供更高質(zhì)量 更可靠 更容易被 接受且成本低廉的健康服務(wù) 因此現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建 具有 很好的發(fā)展前景 本文研究了一種面向社區(qū)的基于機(jī)器人化多功能 式智能健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 用來(lái)對(duì)病人的生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù) 長(zhǎng)時(shí)間 自動(dòng) 實(shí)時(shí)檢測(cè) 并經(jīng)分析 處理后實(shí)現(xiàn)多類別自動(dòng)報(bào)警 自動(dòng)記 錄 而且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)便于醫(yī)護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)病人的病情 變化 隨時(shí)采取必要的護(hù)理與急救措施 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 人民生活水平不斷提高 人口壽命不斷延長(zhǎng) 城市人口正逐步進(jìn)入 老齡化 據(jù)統(tǒng)計(jì) 在我國(guó)現(xiàn)有人口中 老齡人口達(dá) 1 32 億 并且 還在以每年 3 2 的速度遞增 其中空巢家庭占所有老齡家庭總數(shù) 的 25 8 在一些大城市中該比例更大 如北京為 34 上海為 34 8 廣州為 30 天津?yàn)?36 5 o 人口的老齡化對(duì)社會(huì) 醫(yī)療服務(wù)體系提出了更高的要求 建立以社區(qū)為核心的健康監(jiān)控和 疾病預(yù)控信息化系統(tǒng)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義 o 老年人由于年齡偏大 肌體的活性逐漸降低 對(duì)疾病的抵抗力日益減弱 且疾病多以慢性 病為主 對(duì)于慢性病人和癱瘓病人而言 除了配合藥物和針劑的治 療外 物理方式的護(hù)理也必不可少 正確 適當(dāng)?shù)淖o(hù)理可以大大增 強(qiáng)患者肌體的活性 減少并發(fā)癥的產(chǎn)生 對(duì)于許多慢性病患者而言 通過(guò)定期服藥 適當(dāng)監(jiān)護(hù)和正確護(hù)理 可以不必長(zhǎng)期住院 特別是 對(duì)那些因種種原因不可能長(zhǎng)期住院治療的患者 老年人和殘疾人士 而言 配置必要的護(hù)理設(shè)備和用具尤為重要 相比于普通人 慢 性病人 癱瘓病人和殘疾人士的臥床時(shí)間更長(zhǎng) 更久 因此開(kāi)發(fā)一 種舒適 護(hù)理功能齊全 性價(jià)比高的護(hù)理床 將具有廣闊的市場(chǎng)前 景 目前 我國(guó)正著力于建設(shè)社區(qū)公共衛(wèi)生服務(wù)體系 如果將所 開(kāi)發(fā)的護(hù)理床與社區(qū) 醫(yī)院醫(yī)療體系連接 實(shí)現(xiàn)醫(yī)療 護(hù)理 健康 監(jiān)護(hù) 醫(yī)療救治 疾病預(yù)控等的一體化 可大大減輕醫(yī)院的壓力 更為合理 有效地利用現(xiàn)有的醫(yī)院資源 4 同時(shí) 通過(guò)醫(yī)院 社區(qū) 兩種信息化系統(tǒng)的建立和連接 可大大提升我國(guó)應(yīng)對(duì)突發(fā)性公共衛(wèi) 生事件的響應(yīng)速度和處理能力 有鑒于此 筆者針對(duì)我國(guó)社會(huì)醫(yī)療 服務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)實(shí)需求 提出了一種基于機(jī)器人多軸協(xié)調(diào)控制 技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的多功能護(hù)理床的概念 成功研制了一種機(jī)器 人化的多功能護(hù)理床 并在此基礎(chǔ)上研制了一套基于該護(hù)理床的社 醫(yī)監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 本文主要對(duì)該機(jī)器人化護(hù)理床的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)進(jìn)行 探討 圖一 常用的護(hù)理床結(jié)構(gòu) 1 機(jī)器人化護(hù)理床的結(jié)構(gòu) 在進(jìn)行機(jī)器人化護(hù)理床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 主要考慮了以下兒點(diǎn) 1 護(hù)理床應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)護(hù)理所需的各種體位的位姿要求 2 各個(gè)活 動(dòng)床面板的擺動(dòng)角度應(yīng)符合醫(yī)療護(hù)理要求并兼顧人體的舒適性 3 護(hù)理床床體的可靠性 穩(wěn)定性和安全性要符合醫(yī)療護(hù)理要求 4 床 體的尺寸有一定的空間范圍限制 5 要考慮護(hù)理床在房間內(nèi)移動(dòng)的 簡(jiǎn)易性以及醫(yī)護(hù)輔助裝置 如吊液架和書(shū)飯桌 在護(hù)理床 f 的可安裝 性 所研制的機(jī)器人化護(hù)理床的床面結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 它實(shí)現(xiàn) J 對(duì)護(hù)理床的 7 個(gè)基本體位的位姿的要求 即平躺 抬背 屈 伸腿 抬腿 左 右翻身 坐起以及解便 7 個(gè)面板是相互獨(dú)立的 通過(guò) 各個(gè)床面板之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 采用單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)護(hù)理床所 需的各種體位的位姿 護(hù)理床的位姿與相應(yīng)的床面板動(dòng)作如表 l 所 示 各床面板的擺動(dòng)角度如下 背板 坐姿 o 一十 750 背板 左 右翻身 o 65 左 右臀部板 O 75 大腿板 o 一 35 小腿板 一 55 o 35 解便蓋板 O 一 90 2 機(jī)器人化護(hù)理床的控制系統(tǒng)為了便于對(duì)護(hù)理床進(jìn)行智能控 制 及時(shí) r 解護(hù)理床的當(dāng)前工作狀態(tài) 律護(hù)理床的脒身上需安置必 要數(shù)目的傳感器 通過(guò)分析傳感器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù) 控制系統(tǒng)可以 實(shí)時(shí)了解 控制床面板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 防止不同機(jī)構(gòu)問(wèn)的相互干涉或 是驅(qū)動(dòng)電機(jī)超調(diào)對(duì)床體 人員造成的不必要傷害 控制系統(tǒng)的總體 結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 在床體位姿的控制方式方面 除了采用通行的鍵 盤(pán)按鈕輸入方式外 為了方便體弱病殘者 還增加了語(yǔ)音輸人方式 操作者可以通過(guò)語(yǔ)音命令來(lái)操縱護(hù)理床 由于普通類型的控制芯 片難以完成語(yǔ)音命令的識(shí)別 岡此將整個(gè)護(hù)理床的控制系統(tǒng)分為兩 大模塊 第一部分為主控制模塊 它由一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成 用于實(shí)現(xiàn)護(hù)理床系統(tǒng)的主體控制 包括接受鍵盤(pán) 語(yǔ)音控制命令和 傳感器位置信號(hào)的輸入 以及輸出電機(jī)控制信號(hào)等 第二部分為輔 助控制模塊 主要進(jìn)行語(yǔ)音的識(shí)別和回放 它將來(lái)自操作者的語(yǔ)音 控制命令轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 然后經(jīng)過(guò)編碼轉(zhuǎn)換 輸送至主控制模塊 同時(shí)接受來(lái)自主控制模塊的電信號(hào) 將這些控制指令轉(zhuǎn)換為操作者 可以理解的聲音信號(hào) 2 1 機(jī)器人化護(hù)理床的主控制模塊主控制 模塊在運(yùn)行時(shí)接收來(lái)自鍵盤(pán) 語(yǔ)音識(shí)別電路的電信號(hào) 經(jīng)過(guò)分析處 理 將控制信號(hào)通過(guò)外部接口輸送到語(yǔ)音回放電路 由語(yǔ)音回放電 路將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào) 提供語(yǔ)音反饋信號(hào) 使操作者隨時(shí)了 解護(hù)理床的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) 另一方面 主控制模塊根據(jù)各種信號(hào)命令 控制不同的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 從而實(shí)現(xiàn)用戶所期掣的護(hù)理床的功能 主控 制模塊主要包括以下各子功能 1 鍵盤(pán)輸入 鍵盤(pán)輸入是護(hù)理床輸入控制命令的途徑之一 由 鍵盤(pán)輸人的命令通過(guò)編碼由串口發(fā)送到主控制板 2 直流電機(jī)的動(dòng) 作控制 護(hù)理床在接受鍵盤(pán)或是語(yǔ)音輸入信號(hào)后 便開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng) 的動(dòng)作以達(dá)到護(hù)理床的預(yù)期功能 這要求主控制板能對(duì)安裝在護(hù)理 床上的 8 個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行正反兩方向的動(dòng)作控制 3 傳感器信號(hào) 輸入 位置傳感器將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置信息反饋給控制系統(tǒng) 控制系 統(tǒng)根據(jù)反饋回的信號(hào)判斷電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)位置和狀態(tài) 然后調(diào)用對(duì) 應(yīng)的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制 2 1 1 鍵盤(pán)控制電路鍵盤(pán)控制板上除 r 配 備供使用者操作的按鍵外 還配置了顯示護(hù)理床工作狀態(tài)的指示 燈 考慮到鍵盤(pán)與主控制板的通信以及主控制板 cPu 的 L 0 口資 源有限 因此鍵盤(pán)由一塊獨(dú)立的單片機(jī)來(lái)處理各種任務(wù) 由于鍵盤(pán) 2 6 和指示燈 8 個(gè) 需要占用不少的 I 0 口資源 而所選用的 89c2051 單片機(jī)只有 15 個(gè) L 0 口 L o u 資源非常有限 因此 在單片機(jī)的 L 0 口資源分配上 鍵盤(pán)控制板的單片機(jī)與主控制板 之間采用串口通信 同時(shí) 考慮到控制電纜有一定的長(zhǎng)度 為增加 通信的可靠性 采用了 232 電平通信 因此在硬件電路上加了一塊 MAx232 芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換 2 1 2 直流電機(jī)的控制護(hù)理床的護(hù) 理功能是通過(guò)直流電機(jī)來(lái)執(zhí)行的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)護(hù)理床來(lái)完成各項(xiàng)動(dòng)作 以實(shí)現(xiàn)各種護(hù)理位姿 包括 1 背板上抬 下降 2 左 右翻身 板上升 下降 3 大腿板上升 下降 4 小腿板上升 下降 5 便盆蓋板開(kāi) 合 6 平躺體位實(shí)現(xiàn) 復(fù)位 7 坐姿體位實(shí)現(xiàn) 復(fù) 位 8 抬腿體位實(shí)現(xiàn) 復(fù)位 9 屈腿體位實(shí)現(xiàn) 復(fù)位 以上各位 姿之間的轉(zhuǎn)換與完成均通過(guò) 8 個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 因此主 控制板必須能夠在接收命令后對(duì) 8 個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行上 E 反轉(zhuǎn)控制 即能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正反向通電控制在護(hù)理床的硬件電路設(shè)計(jì)中 對(duì) 每一個(gè)電機(jī)都采用了兩個(gè)雙刀雙擲的繼電器進(jìn)行通斷電控制 2 2 機(jī)器人化護(hù)理床的輔助控制模塊 2 2 1 語(yǔ)音識(shí)別語(yǔ)音控制技術(shù)是 現(xiàn)有各種控制方式中的一種高級(jí)控制方式 它具有控制方式自然 方便 親和力好 適用范圍廣的特點(diǎn) 將語(yǔ)音控制技術(shù)引入到護(hù)理 床的控制之中 將極大地方便使用者 尤其對(duì)于那些喪失或部分喪 失活動(dòng) 自理能力的患者而占 語(yǔ)音控制可以幫助他們?cè)鰪?qiáng)自信心 減輕對(duì)他人的依賴 增添生活的勇氣和信心 針對(duì)護(hù)理床使用者的 語(yǔ)音輸入命令的特點(diǎn) 研究中使用了美閏 sENsORY 公司的 RSc364 語(yǔ)音芯片作為識(shí)別核心芯片 Rsc364 芯片通過(guò)訓(xùn)練而實(shí) 現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別功能 系統(tǒng)的 L o 電平是 TrL 電平 可以方便地與其 他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 Rsc364 芯片內(nèi)部集成了語(yǔ)音識(shí)別所需的多 種功能 它能夠完成語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程中的反混疊低通濾波 采樣 保 持 A D 轉(zhuǎn)換以及語(yǔ)音記錄等功能 Rsc364 芯片在完成語(yǔ)音識(shí)別 任務(wù)后 將語(yǔ)音控制信號(hào)通過(guò)芯片輸出到單片機(jī)的 Po 和 P1 口 根 據(jù) PSc364 的輸出狀態(tài) 在主控制板與語(yǔ)音識(shí)別芯片之間采用一片 74Lsl48 j 籪片來(lái)擴(kuò)展中斷口 語(yǔ)音命令輸入 74Lsl48 芯片的 8 個(gè) 輸入腳 連接 Pl 口 Rsc364 的擴(kuò)展 J Gs 接單片機(jī)的中斷口 P3 2 單片機(jī)的 P1 o P1 3 口與語(yǔ)音識(shí)別芯片的 Po 4 Po 7 口相連接 當(dāng)有語(yǔ)音命令輸入時(shí) P1 口巾的一個(gè)輸 出低電平 Gs u 輸 i 的低電平啟動(dòng)單片機(jī)外部中斷 在進(jìn)行單片機(jī) 的中斷處理時(shí)從 P1 0 P1 3 口中讀人數(shù)據(jù) 2 2 2 語(yǔ)音回放 主控制電路收到命令后 在控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí) 也向語(yǔ)音回放子 模塊輸 j j 語(yǔ)音控制信號(hào) 由輔助控制模塊向當(dāng)前使用者提供語(yǔ)音 反饋 語(yǔ)音同放子模塊的主要作用是 護(hù)理床接收到用戶命令后 在護(hù)理床實(shí)現(xiàn)功能動(dòng)作以前播放相應(yīng)動(dòng)作的語(yǔ)音信息 提醒用戶做 好身體準(zhǔn)備 這種人性化設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了護(hù)理床的親和力 語(yǔ)音 回放采用 IsD4003 08 芯片作為主芯片 IsI 4003 系列的工作屯 壓為 3 V 單片錄放時(shí)間為 4 8min 芯片采用 cMOs 技術(shù) 內(nèi) 含振蕩器 防混淆濾波器 平滑濾波器 音頻放大器 自動(dòng)靜噪及 高密度多電平閃爍存貯陣列 操作命令町通過(guò)串行通信接口輸 人 3 機(jī)器人化護(hù)理床的控制程序機(jī)器人化護(hù)理床的控制方式是一 種簡(jiǎn)化的機(jī)器人控制方式 系統(tǒng)啟動(dòng)后首先檢測(cè)護(hù)理床的位姿 然 后檢測(cè)各個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài) 再檢測(cè)各個(gè)按鍵的狀態(tài) 如果其中一個(gè)按 鍵按下 則護(hù)理床作相應(yīng)的動(dòng)作 并啟動(dòng)語(yǔ)音回放程序告知操作者 通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)行的控制也是一樣 如果語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別了 操 作者的一個(gè)指令 同樣地 護(hù)理床完成相應(yīng)的動(dòng)作 4 結(jié)束語(yǔ)將機(jī) 器人的多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)應(yīng)用于護(hù)理床 可對(duì)機(jī)器人化護(hù)理床進(jìn)行 有效控制 所研制的機(jī)器人化護(hù)理床的如圖 4 所示 它可以實(shí)現(xiàn)多 個(gè)位姿的調(diào)整 并采用語(yǔ)音命令和鍵盤(pán)輸入兩種方式進(jìn)行控制 簡(jiǎn) 便靈活 另外 由于主控制模塊采用 r 單片機(jī) 使得系統(tǒng)操作靈活 可靠 成本低廉 目前所研制的護(hù)理床已在一些醫(yī)院試用 反映良 好 今后的研究將集巾在如何進(jìn)一步提高系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和靈活性 拓展系統(tǒng)的人性化功能等方面