高控制/運算效能助力　MCU實(shí)現智能照護機器人

利用晶片使機器人進(jìn)行追蹤，由超音波偵測距離，讓主系統判斷老人的位置，并命令馬達動(dòng)作，使機器人能進(jìn)行跟隨，可隨時(shí)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(huà)等功能。

PING超音波距離感應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(dòng)設備上。超音波感測器利用脈波產(chǎn)生，透過(guò)聲波喇叭進(jìn)行一發(fā)一收的動(dòng)作來(lái)得到訊號的時(shí)間長(cháng)短，也就是感測器發(fā)送訊號至物體而反射后所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，在經(jīng)過(guò)運算后即能得到精準的距離。為實(shí)現追蹤功能，超音波定位追蹤方法利用主系統晶片產(chǎn)生脈波與判斷，使超音波能自動(dòng)追隨物體，也更加穩定照護功能。

為可負載生活必需品，因此行走動(dòng)力來(lái)源選擇扭力較大的馬達(IG-30GM)做為驅動(dòng)，搭配耐高電流的12伏特(V)馬達驅動(dòng)晶片(HB-25)來(lái)控制直流馬達，控制方式為脈波的寬度調變，控制兩顆馬達的正反轉、時(shí)間差和轉動(dòng)速度等參數，晶片扮演重要的行動(dòng)控制機能，車(chē)體的前進(jìn)、后退、轉彎等動(dòng)作。

.Kinect骨架判斷

Kinect透過(guò)鏡頭即時(shí)擷取使用者的動(dòng)作，之后并會(huì )接著(zhù)解析相對應的指令。透過(guò)內建的紅外線(xiàn)VGA鏡頭發(fā)出主動(dòng)式雷射，在Kinect可掃描的范圍內藉由雷射反射過(guò)程判斷使用者位置，當使用者的身體部位識別完畢后，Kinect會(huì )將所擷取到的資料整理成一組骨架圖，藉此對應于相關(guān)應用。

使用Kinect本身的骨架辨識功能，能模擬出老人的骨架，讓主系統監控骨架與動(dòng)作，判斷骨架是否出現或是下降;判斷特定動(dòng)作，啟動(dòng)特定的功能，如圖3為人體進(jìn)入Kinect范圍時(shí)會(huì )出現骨架識別，進(jìn)而做出不同指令動(dòng)作。

圖3 機器人動(dòng)作流程圖

.緊急簡(jiǎn)訊傳送

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

此外，簡(jiǎn)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(shū)動(dòng)態(tài)/互動(dòng)視訊服務(wù)

當老人需要照護機器人進(jìn)行觀(guān)看在外子女的動(dòng)態(tài)或聯(lián)絡(luò )時(shí)，可透過(guò)手勢辨識，呼叫照護機器人過(guò)來(lái)至身旁，機器人可透過(guò)手勢動(dòng)作判別進(jìn)行臉書(shū)動(dòng)態(tài)服務(wù)，可觀(guān)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(jìn)行視訊對話(huà)，隨時(shí)知道彼此的消息。

執行完整測試項目　機器人實(shí)現更安全老人照護

圖3為該系統的動(dòng)作流程圖，以微控制器(MCU)做為核心控制(圖4)，進(jìn)行數值運算與即時(shí)反應，利用微控制器的高運算處理速度來(lái)即時(shí)完成所有數值接收與指令，讓機器人不會(huì )因延遲而導致行動(dòng)不順暢。

圖4 微控制器動(dòng)作方塊圖

主系統晶片還須與其他硬體結構說(shuō)明，以主系統晶片出發(fā)，達到所有模組相互結合的應用，進(jìn)而完成智慧型照護機器人的設計與實(shí)現。在實(shí)作過(guò)程中須進(jìn)行仔細調整與測試的項目，包括直流馬達驅動(dòng)控制、超音波定位角度追蹤、Kinect指令動(dòng)作方向和機器人追隨安全距離。

.直流馬達驅動(dòng)控制

為讓本系統達到行動(dòng)照護，所以直流馬達是必定需要的，并使用馬達驅動(dòng)器，控制起來(lái)只須調整脈沖寬度調變(PWM)，以及馬達的正反轉、時(shí)間差和轉動(dòng)速度等參數，就能讓照護機器人行動(dòng)起來(lái)更加順暢(圖5)。

圖5 直流馬達測試及建置

利用測試方法讓馬達得以進(jìn)行正反轉動(dòng)作，再將完成的馬達驅動(dòng)置于該作品底座，里頭包含自行設計的電路板、配置電源及最重要的馬達驅動(dòng)器等。