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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)計是現(xiàn)代設(shè)計的一個重要理念,它強(qiáng)調(diào)在設(shè)計產(chǎn)品時從人體工學(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)計通過Pro/E三維實體建模軟件進(jìn)行模擬和仿真分析,進(jìn)一步指導(dǎo)和驗證設(shè)計的合理性。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)理床通過各個床面板之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動，采用單動或聯(lián)動方式來實現(xiàn)各種位姿，并通過語音或鍵盤來控制進(jìn)行多位姿的運(yùn)動．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音識別和語音回放兩部分的功能．實際使用效果證明了所研制的護(hù)理床的實用性和有效性．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)；語音識剮；單片機(jī) 　 概述：目前，無論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，均面臨著越來越嚴(yán)重的人口老齡化問題。老年人由于各項生理機(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)，用來對病人的生理參數(shù)進(jìn)行連續(xù)、長時間、自動、實時檢測，并經(jīng)分析、處理后實現(xiàn)多類別自動報警、自動記錄，而且可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)便于醫(yī)護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)病人的病情變化，隨時采取必要的護(hù)理與急救措施。隨著社會經(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，城市人口正逐步進(jìn)入老齡化．據(jù)統(tǒng)計，在我國現(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％，天津為36．5％“o．人口的老齡化對社會醫(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)實意義”o．老年人由于年齡偏大，肌體的活性逐漸降低，對疾病的抵抗力日益減弱，且疾病多以慢性病為主．對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．對于許多慢性病患者而言，通過定期服藥、適當(dāng)監(jiān)護(hù)和正確護(hù)理，可以不必長期住院．特別是對那些因種種原因不可能長期住院治療的患者、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間更長、更久，因此開發(fā)一種舒適、護(hù)理功能齊全、性價比高的護(hù)理床，將具有廣闊的市場前景”?．目前，我國正著力于建設(shè)社區(qū)公共衛(wèi)生服務(wù)體系，如果將所開發(fā)的護(hù)理床與社區(qū)、醫(yī)院醫(yī)療體系連接，實現(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，通過醫(yī)院、社區(qū)兩種信息化系統(tǒng)的建立和連接，可大大提升我國應(yīng)對突發(fā)性公共衛(wèi)生事件的響應(yīng)速度和處理能力．有鑒于此，筆者針對我國社會醫(yī)療服務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)實需求，提出了一種基于機(jī)器人多軸協(xié)調(diào)控制技術(shù)和語音識別技術(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)計時，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)各個活動床面板的擺動角度應(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)移動的簡易性以及醫(yī)護(hù)輔助裝置(如吊液架和書飯桌)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，它實現(xiàn)J，對護(hù)理床的7個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個面板是相互獨(dú)立的．通過各個床面板之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動，采用單動或聯(lián)動方式來實現(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)的床面板動作如表l所示．各床面板的擺動角度如下：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)為了便于對護(hù)理床進(jìn)行智能控制，及時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”?．通過分析傳感器傳輸來的數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)可以實時了解、控制床面板的運(yùn)動狀態(tài)，防止不同機(jī)構(gòu)問的相互干涉或是驅(qū)動電機(jī)超調(diào)對床體、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按鈕輸入方式外，為了方便體弱病殘者，還增加了語音輸人方式+操作者可以通過語音命令來操縱護(hù)理床．由于普通類型的控制芯片難以完成語音命令的識別，岡此將整個護(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，它由一個單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成，用于實現(xiàn)護(hù)理床系統(tǒng)的主體控制，包括接受鍵盤／語音控制命令和傳感器位置信號的輸入，以及輸出電機(jī)控制信號等，第二部分為輔助控制模塊，主要進(jìn)行語音的識別和回放，它將來自操作者的語音控制命令轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換，輸送至主控制模塊，同時接受來自主控制模塊的電信號，將這些控制指令轉(zhuǎn)換為操作者可以理解的聲音信號．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)行時接收來自鍵盤／語音識別電路的電信號，經(jīng)過分析處理，將控制信號通過外部接口輸送到語音回放電路，由語音回放電路將電信號轉(zhuǎn)化為聲音信號，提供語音反饋信號，使操作者隨時了解護(hù)理床的實時動態(tài)；另一方面，主控制模塊根據(jù)各種信號命令，控制不同的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實現(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)鍵盤輸入．鍵盤輸入是護(hù)理床輸入控制命令的途徑之一，由鍵盤輸人的命令通過編碼由串口發(fā)送到主控制板．(2)直流電機(jī)的動作控制．護(hù)理床在接受鍵盤或是語音輸入信號后，便開始進(jìn)行相應(yīng)的動作以達(dá)到護(hù)理床的預(yù)期功能．這要求主控制板能對安裝在護(hù)理床上的8個直流電機(jī)進(jìn)行正反兩方向的動作控制．(3)傳感器信號輸入．位置傳感器將電機(jī)的運(yùn)動位置信息反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋回的信號判斷電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動位置和狀態(tài)，然后調(diào)用對應(yīng)的程序進(jìn)行運(yùn)動控制2．1．1鍵盤控制電路鍵盤控制板上除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，因此鍵盤由一塊獨(dú)立的單片機(jī)來處理各種任務(wù)．由于鍵盤(2×6)和指示燈(8個)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，鍵盤控制板的單片機(jī)與主控制板之間采用串口通信；同時，考慮到控制電纜有一定的長度，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)理功能是通過直流電機(jī)來執(zhí)行的，電機(jī)驅(qū)動護(hù)理床來完成各項動作，以實現(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／合；(6)平躺體位實現(xiàn)／復(fù)位；(7)坐姿體位實現(xiàn)／復(fù)位；(8)抬腿體位實現(xiàn)／復(fù)位；(9)屈腿體位實現(xiàn)／復(fù)位．以上各位姿之間的轉(zhuǎn)換與完成均通過8個直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，因此主控制板必須能夠在接收命令后對8個直流電機(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)計中，對每一個電機(jī)都采用了兩個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語音識別語音控制技術(shù)是現(xiàn)有各種控制方式中的一種高級控制方式，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，尤其對于那些喪失或部分喪失活動、自理能力的患者而占，語音控制可以幫助他們增強(qiáng)自信心，減輕對他人的依賴，增添生活的勇氣和信心．針對護(hù)理床使用者的語音輸入命令的特點(diǎn)，研究中使用了美閏sENsORY公司的RSc364語音芯片作為識別核心芯片。Rsc364芯片通過訓(xùn)練而實現(xiàn)語音識別功能，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)部集成了語音識別所需的多種功能，它能夠完成語音識別過程中的反混疊低通濾波、采樣／保持、A／D轉(zhuǎn)換以及語音記錄等功能Rsc364芯片在完成語音識別任務(wù)后，將語音控制信號通過芯片輸出到單片機(jī)的Po和P1口．根據(jù)PSc364的輸出狀態(tài)，在主控制板與語音識別芯片之間采用一片74Lsl48 j籪片來擴(kuò)展中斷口，語音命令輸入74Lsl48芯片的8個輸入腳，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口與語音識別芯片的Po．4～Po．7口相連接．當(dāng)有語音命令輸入時，P1口巾的一個輸出低電平，Gs u輸“i的低電平啟動單片機(jī)外部中斷，在進(jìn)行單片機(jī)的中斷處理時從P1．0～P1．3口中讀人數(shù)據(jù)．2．2．2語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，也向語音回放子模塊輸j【j語音控制信號．由輔助控制模塊向當(dāng)前使用者提供語音反饋．語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)理床實現(xiàn)功能動作以前播放相應(yīng)動作的語音信息，提醒用戶做好身體準(zhǔn)備，這種人性化設(shè)計進(jìn)一步提高了護(hù)理床的親和力．語音回放采用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、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列，操作命令町通過串行通信接口輸人．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化的機(jī)器人控制方式．系統(tǒng)啟動后首先檢測護(hù)理床的位姿，然后檢測各個開關(guān)的狀態(tài)，再檢測各個按鍵的狀態(tài)，如果其中一個按鍵按下，則護(hù)理床作相應(yīng)的動作，并啟動語音回放程序告知操作者，通過語音識別進(jìn)行的控制也是一樣，如果語音識別模塊識別了，操作者的一個指令，同樣地，護(hù)理床完成相應(yīng)的動作．4結(jié)束語將機(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，它可以實現(xiàn)多個位姿的調(diào)整，并采用語音命令和鍵盤輸入兩種方式進(jìn)行控制，簡便靈活．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．