1 引言
數(shù)字化家庭是未來智能小區(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)展來看，外部的通信主要通過寬帶接入。Intenet，而家庭內(nèi)部的通信，筆者采用目前比較具有競爭力的藍(lán)牙(Bluetootlh)無線接入技術(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，通過它實(shí)現(xiàn)對數(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)器人的多感覺系統(tǒng)和多傳感信息的集成與融合[1]，統(tǒng)稱為智能系統(tǒng)的硬件和軟件部分。視覺、聽覺、力覺、觸覺等外部傳感器和機(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、語音識別、景物辨別、定位、自動避障、目標(biāo)物探測等重要功能；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)和專用醫(yī)療傳感器部件，再加上醫(yī)療專家系統(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。
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)動軌跡規(guī)劃、傳感器信息融合控制算法、視覺處理、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、語音識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，但其在信號處理能力上明顯有所欠缺。由于DSP擅長對信號的處理，而且對此智能機(jī)器人來說經(jīng)常需要信號處理、圖像處理和語音識別，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)牙無線通信、GSM無線通信(支持GPRS)、電機(jī)驅(qū)動、數(shù)字羅盤、感覺功能傳感器(視覺和聽覺等)、醫(yī)療傳感器和多選一串口通信(Rs-232)模塊等組成。
(1)系統(tǒng)通過驅(qū)動電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制機(jī)器人的運(yùn)動，轉(zhuǎn)向電機(jī)利用數(shù)字羅盤的信息作為反饋量進(jìn)行PID控制。
(2)采用愛立信(ErICsson)公司的ROKl01007型電路作為藍(lán)牙無線通信模塊，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無線通信模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、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無線模塊、數(shù)字羅盤和視覺聽覺等感覺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)牙無線通信模塊的數(shù)據(jù)時(shí)通過電路選通；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)
通過集成有藍(lán)牙模塊的醫(yī)療傳感器對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，通過機(jī)器人的處理系統(tǒng)提供本地結(jié)果。
(2)遠(yuǎn)程診斷和會診
通過機(jī)器人的視覺和聽覺等感覺功能，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)療中心的專家進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，結(jié)合醫(yī)療專家系統(tǒng)對家庭成員的健康狀況進(jìn)行會診，即提供望(視頻)、聞、問(音頻)、切(各項(xiàng)生理參數(shù))的服務(wù)[3]。
3.1 機(jī)器人視覺與視頻信號的傳輸
機(jī)器人采集的視頻信號有2種作用：提供機(jī)器人視覺；將采集到的家庭成員的靜態(tài)圖像和動態(tài)畫面?zhèn)鹘o遠(yuǎn)程醫(yī)療中心。