高控制/運(yùn)算效能助力　MCU實(shí)現(xiàn)智能照護(hù)機(jī)器人

利用晶片使機(jī)器人進(jìn)行追蹤，由超音波偵測(cè)距離，讓主系統(tǒng)判斷老人的位置，并命令馬達(dá)動(dòng)作，使機(jī)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等功能。

PING超音波距離感應(yīng)器用于測(cè)量與物體間的距離，范圍介于3cm?3.3m，容易裝置于機(jī)器人或自動(dòng)設(shè)備上。超音波感測(cè)器利用脈波產(chǎn)生，透過聲波喇叭進(jìn)行一發(fā)一收的動(dòng)作來得到訊號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)短，也就是感測(cè)器發(fā)送訊號(hào)至物體而反射后所經(jīng)過的時(shí)間，在經(jīng)過運(yùn)算后即能得到精準(zhǔn)的距離。為實(shí)現(xiàn)追蹤功能，超音波定位追蹤方法利用主系統(tǒng)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(wěn)定照護(hù)功能。

為可負(fù)載生活必需品，因此行走動(dòng)力來源選擇扭力較大的馬達(dá)(IG-30GM)做為驅(qū)動(dòng)，搭配耐高電流的12伏特(V)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)晶片(HB-25)來控制直流馬達(dá)，控制方式為脈波的寬度調(diào)變，控制兩顆馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)、時(shí)間差和轉(zhuǎn)動(dòng)速度等參數(shù)，晶片扮演重要的行動(dòng)控制機(jī)能，車體的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。

.Kinect骨架判斷

Kinect透過鏡頭即時(shí)擷取使用者的動(dòng)作，之后并會(huì)接著解析相對(duì)應(yīng)的指令。透過內(nèi)建的紅外線VGA鏡頭發(fā)出主動(dòng)式雷射，在Kinect可掃描的范圍內(nèi)藉由雷射反射過程判斷使用者位置，當(dāng)使用者的身體部位識(shí)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(duì)應(yīng)于相關(guān)應(yīng)用。

使用Kinect本身的骨架辨識(shí)功能，能模擬出老人的骨架，讓主系統(tǒng)監(jiān)控骨架與動(dòng)作，判斷骨架是否出現(xiàn)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(xiàn)骨架識(shí)別，進(jìn)而做出不同指令動(dòng)作。

圖3 機(jī)器人動(dòng)作流程圖

.緊急簡(jiǎn)訊傳送

當(dāng)老人發(fā)生跌倒時(shí)，主系統(tǒng)接受跌倒指令數(shù)值判斷出Kinect所勾勒出的骨架是否下降或消失，并透過緊急簡(jiǎn)訊功能，立即發(fā)送簡(jiǎn)訊至子女的手機(jī)進(jìn)行通知，家人在查看到簡(jiǎn)訊后能立即開啟網(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(duì)話。

此外，簡(jiǎn)訊功能可指定手機(jī)號(hào)碼，且更改緊急聯(lián)絡(luò)人十分方便。

.臉書動(dòng)態(tài)/互動(dòng)視訊服務(wù)

當(dāng)老人需要照護(hù)機(jī)器人進(jìn)行觀看在外子女的動(dòng)態(tài)或聯(lián)絡(luò)時(shí)，可透過手勢(shì)辨識(shí)，呼叫照護(hù)機(jī)器人過來至身旁，機(jī)器人可透過手勢(shì)動(dòng)作判別進(jìn)行臉書動(dòng)態(tài)服務(wù)，可觀看子女在外打卡或上傳照片，也可利用網(wǎng)路攝影機(jī)及網(wǎng)路視訊功能與在遠(yuǎn)方子女進(jìn)行視訊對(duì)話，隨時(shí)知道彼此的消息。

執(zhí)行完整測(cè)試項(xiàng)目　機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更安全老人照護(hù)

圖3為該系統(tǒng)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(shù)值運(yùn)算與即時(shí)反應(yīng)，利用微控制器的高運(yùn)算處理速度來即時(shí)完成所有數(shù)值接收與指令，讓機(jī)器人不會(huì)因延遲而導(dǎo)致行動(dòng)不順暢。

圖4 微控制器動(dòng)作方塊圖

主系統(tǒng)晶片還須與其他硬體結(jié)構(gòu)說明，以主系統(tǒng)晶片出發(fā)，達(dá)到所有模組相互結(jié)合的應(yīng)用，進(jìn)而完成智慧型照護(hù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在實(shí)作過程中須進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整與測(cè)試的項(xiàng)目，包括直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制、超音波定位角度追蹤、Kinect指令動(dòng)作方向和機(jī)器人追隨安全距離。

.直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制

為讓本系統(tǒng)達(dá)到行動(dòng)照護(hù)，所以直流馬達(dá)是必定需要的，并使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，控制起來只須調(diào)整脈沖寬度調(diào)變(PWM)，以及馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)、時(shí)間差和轉(zhuǎn)動(dòng)速度等參數(shù)，就能讓照護(hù)機(jī)器人行動(dòng)起來更加順暢(圖5)。

圖5 直流馬達(dá)測(cè)試及建置

利用測(cè)試方法讓馬達(dá)得以進(jìn)行正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，再將完成的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)置于該作品底座，里頭包含自行設(shè)計(jì)的電路板、配置電源及最重要的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等。