一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

隨著計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的發(fā)展，自動(dòng)化控制正在不斷地更新和進(jìn)步，越來越多越來越先進(jìn)的機(jī)器人相繼問世，陪護(hù)機(jī)器人的出現(xiàn)也就成為必然。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

隨著計(jì)算機(jī)和單片機(jī)的發(fā)展，自動(dòng)化控制正在不斷地更新和進(jìn)步，越來越多越來越先進(jìn)的機(jī)器人相繼問世。隨著社會(huì)和時(shí)代的發(fā)展，醫(yī)療護(hù)理的費(fèi)用會(huì)不斷增長(zhǎng)，因此可以設(shè)想設(shè)計(jì)一種陪護(hù)機(jī)器人來陪護(hù)病人，臥床病人在無人陪護(hù)，要取某種東西的時(shí)候，需要機(jī)器人的幫助。

二、需求分析

2.1 功能要求

在履帶車機(jī)器人的基礎(chǔ)上，添加一組升降架，在升降加上安裝一組手臂，可以實(shí)現(xiàn)取放水杯、物品等，在視頻采集系統(tǒng)的幫助下，病人可以通過無線控制器驅(qū)動(dòng)陪護(hù)機(jī)器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動(dòng)機(jī)使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動(dòng)手臂抓取所要取的水杯或其他物品。使臥床的病人在無人陪護(hù)的情況下也可以自己取到所需要的的物品。

2.2 性能要求

在驅(qū)動(dòng)機(jī)器人時(shí)速度、方向都要控制好，本體要具有很好的穩(wěn)固性，升降架在升降過程中應(yīng)該協(xié)調(diào)流暢，在取放物品時(shí)，要做到準(zhǔn)確到位，另外還需要抓緊抓牢。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

原理：

陪護(hù)機(jī)器人主要由四部分組成：1、履帶車2、升降架3、機(jī)械手臂4、攝像頭

履帶車由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、承重輪、履帶和車架組裝而成，在車架上裝有電源、電路板、無線接收器，在車體上部有一組（兩排）滑槽。陪護(hù)機(jī)器人的移動(dòng)是由履帶車的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，履帶車可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向，使陪護(hù)機(jī)器人移動(dòng)到所需要的位置。

升降架是由多組平行四邊形的不銹鋼板鉸接而成，下部一端鉸接在車體滑槽一端，另一端則設(shè)置為可以在滑槽中滑動(dòng)并且與電機(jī)相連，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)在滑槽中來回滑動(dòng)，從而使升降架升起或降低，使陪護(hù)機(jī)器人可以取到不同高度的物體，放在不同的高度位置。

機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)取放物品，兩組手臂可以實(shí)現(xiàn)同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)方位，亦可以相向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，取放物品。

攝像頭采集視頻信息，采集到的信息發(fā)射到電腦接收器上，由電腦顯示視頻信息，操作者根據(jù)視頻信息來操縱陪護(hù)機(jī)器人。

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

1、EVK1100 控制器2、電源系統(tǒng)3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系4、履帶車本體5、升降系統(tǒng)

6、無線通信系統(tǒng)系統(tǒng)7、視頻采集系統(tǒng)

EVK1100 控制器

EVK1100 控制器是陪護(hù)機(jī)器人本體的控制中心，在接收來自無限控制器的信號(hào)后，指示各個(gè)電機(jī)作出相應(yīng)。

二、電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要由兩塊電池組成：一塊為12V的動(dòng)力電源，這塊電池主要給各個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，包括履帶車電動(dòng)機(jī)、升降架電動(dòng)機(jī)、機(jī)械手臂電動(dòng)機(jī)、攝像頭電動(dòng)機(jī)，還要給攝像頭提供動(dòng)力；另一塊為5V電池，主要為單片機(jī)提供動(dòng)力。

三、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是整體的動(dòng)力系統(tǒng)，其中包括履帶車電機(jī)、升降架電機(jī)、機(jī)械手臂電機(jī)、攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)。

履帶車本體

履帶車本體由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、承重輪、履帶和車架組裝而成，在車架上裝有電源、電路板、無線接收器，在車體上部有一組（兩排）滑槽。陪護(hù)機(jī)器人的移動(dòng)是由履帶車的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，履帶車可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向，使陪護(hù)機(jī)器人移動(dòng)到所需要的位置。

五、升降系統(tǒng)

升降系統(tǒng)主要由升降架、升降電機(jī)、滑槽組成，升降架是由多組平行四邊形的不銹鋼板鉸接而成，下部一端鉸接在車體滑槽一端，另一端則設(shè)置為可以在滑槽中滑動(dòng)并且與電機(jī)相連，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)在滑槽中來回滑動(dòng)，從而使升降架升起或降低，使陪護(hù)機(jī)器人可以取到不同高度的物體，放在不同的高度位置。

六、無線通信系統(tǒng)系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)系統(tǒng)主要由陪護(hù)機(jī)器人本體上的無線信號(hào)發(fā)射器和電腦無線信號(hào)接收器組成。主要功能是幫助電腦完成對(duì)陪護(hù)機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)信息反饋。

七、視頻采集系統(tǒng)

視頻采集系統(tǒng)主要由攝像頭、攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、電池等組成，視頻采集系統(tǒng)將采集到的信息發(fā)射到電腦接收器上，由電腦顯示視頻信息，操作者根據(jù)視頻信息來操縱陪護(hù)機(jī)器人。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運(yùn)行流程圖

在視頻采集系統(tǒng)的幫助下，病人可以通過無線控制器驅(qū)動(dòng)陪護(hù)機(jī)器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動(dòng)機(jī)使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動(dòng)手臂抓取所要取的水杯或其他物品,然后操縱陪護(hù)機(jī)器人返回，使臥床的病人在無人陪護(hù)的情況下也可以自己取到所需要的的物品。

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

在視頻采集系統(tǒng)的幫助下，病人可以通過無線控制器驅(qū)動(dòng)陪護(hù)機(jī)器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動(dòng)機(jī)使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動(dòng)手臂抓取所要取的水杯或其他物品,然后操縱陪護(hù)機(jī)器人返回，使臥床的病人在無人陪護(hù)的情況下也可以自己取到所需要的的物品。

另外，制造陪護(hù)機(jī)器人的成本較低，性價(jià)比高，還節(jié)省了人力。如果陪護(hù)機(jī)器人能夠批量生產(chǎn)，將為社會(huì)帶來很大的收益