计算机控制系统与智能机器人

研制机器人所需要的零部件的价格不断下降，研制性能不断提高，机器人视觉的研究不断深入，同时，机器人的控制系统和通信系统也相继取得重大突破，使许多国家级科研机构更加充分地认识到机器人的广阔前景，在这方面的投资力度空前加大。据悉，美方和宇航局已经在诸如机器人视觉等机器人研究和相关领域投入了数十亿美元，而且已经得到了可观的回报。最近，机遇号和勇气号火星探测器不仅成功登陆火星，还在火星表面“横冲直撞”，向地球发回了大量珍贵数据，找到了火星上曾经有大片海水的证据，轰动了世界，引起了世界性的火星热。这两个登陆器的性能相当先进，地面控制人员不需要给它们发确定行驶路线，因为早就给它们安装了识别并避开障碍物的电脑程序。

  美国一家咨询机器的分析师纳维·拉德乔表示：“第一代机器人的出现促进了全球经济的发展。第二代更灵活、更智能的机器人会做更多的、难度更大的工作。”UNECE的一份报道指出，智能机器人可能是最近几年继个人电脑、移动电话或互联网之后，又一项迅速进入家庭的“大件”，开始为千家万户提供优质服务，而且它的增长呈发散之势，前景十分喜人。

数字化家庭是未来智能小区系统的基本单元，数字化家庭设计的一项主要内容是通信功能的实现，包括家庭与外界的通信及家庭内部相关设施之间的通信。从现在的发展来看，外部的通信主要通过宽带接入intenet。

智能机器人控制系统

   机器人控制系统包含2部分：一是上位机，一般采用pc，它完成机器人的运动轨迹规划、传感器信息融合控制算法、视觉处理、人机接口及远程处理等任务；二是下位机，一般采用多单片机系统或dsp等作为控制器的核心部件，完成电机伺服控制、反馈处理、图像处理、语音识别和通信接口等功能。

    如果采用多单片机系统作为下位机，每个处理器完成单一任务，通过信息交换和相互协调完成总体系统功能，但其在信号处理能力上明显有所欠缺。由于dsp擅长对信号的处理，而且对此智能机器人来说经常需要信号处理、图像处理和语音识别，所以采用dsp作为智能机器人控制系统的控制器。

智能机器人对于数字化家庭的医疗保健可以提供如下的服务：

(1)医疗监护

通过集成有蓝牙模块的医疗传感器对家庭成员的主要生理参数如心电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度等进行实时检测，通过机器人的处理系统提供本地结果。

(2)远程诊断和会诊

通过机器人的视觉和听觉等感觉功能，将采集的视频、音频等数据结合各项生理参数数据传给远程医疗中心，由医疗中心的专家进行远程监控，结合医疗专家系统对家庭成员的健康状况进行会诊，即提供望(视频)、闻、问(音频)、切(各项生理参数)的服务。

机器人视觉与视频信号的传输

机器人采集的视频信号有2种作用：提供机器人视觉；将采集到的家庭成员的静态图像和动态画面传给远程医疗中心。

机器人视觉的作用是从3维环境图像中获得所需的信息并构造出环境对象的明确而有意义的描述。视觉包括3个过程：

(1)图像获取。通过视觉传感器(立体影像的ccd camera)将3维环境图像转换为电信号。

(2)图像处理。图像到图像的变换，如特征提取。

(3)图像理解。在处理的基础上给出环境描述。

通过视频信号的传输，远程医疗中心的医生可以实时了解家庭成员的身体状况和精神状态。智能机器人根据医生的需要捕捉适合医疗保健和诊断需求的图像，有选择地传输高分辨率和低分辨率的图像。在医疗保健的过程中，对于图像传送有2种不同条件的需求：

(1)医生观察家庭成员的皮肤、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的颜色时，需要传送静态高清晰度彩色图像；采用的方法是间隔一段时间(例如5分钟)传送1幅高清晰度静态图像。

(2)医生借助动态画面查看家庭成员的身体移动能力时，可以传送分辨率较低和尺寸较小的图像，采用的方法是进行合理的压缩和恢复以保证实时性。

机器人听觉与音频信号的传输

机器人采集的音频信号也有2种作用：一是提供机器人听觉；二是借助于音频信号，家庭成员可以和医生进行沟通，医生可以了解家庭成员的健康状况和心态。音频信号的传输为医生对家庭成员进行医疗保健提供了语言交流的途径。

   机器人听觉是语音识别技术，医疗保健智能机器人带有各种声交互系统，能够按照家庭成员的命令进行医疗测试和监护，还可以按照家庭成员的命令做家务、控制数字化家电和照看病人等。

   声音的获取采用多个立体麦克风。由于声音的频率范围大约是300hz一3400hz，过高或过低频率的声音在一般情况下是不需要传输的，所以只用传送频率范围在1000hz-3000hz的声音，医生和家庭成员就可以进行正常的交流，从而可以降低传输音频信号所占用的带宽，再采用合适的通信音频压缩协议即可满足实时音频的要求。智能机器人的听觉系统如图3所示。3．3各项生理信息的采集与传输

    传统检测设备通过有线方式连到人体上进行生理信息的采集，各种连线容易使病人心情紧张，从而导致检测到的数据不准确。使用蓝牙技术可以很好地解决这个问题，带有蓝牙模块的医疗微型传感器安置在家庭成员身上，尽量使其不对人体正常活动产生干扰，再通过蓝牙技术将采集的数据传输到接收设备并对其进行处理。

   在智能机器人上安装1个带有蓝牙模块的探测器作为接收设备，各种医疗传感器将采集到的生理信息数据通过蓝牙模块传输到探测器，探测器有2种工作方式：一是将数据交给智能机器人处理，提供本地结果；二是与internet连接(也可以通过gsm无线模块直接发回)，通过将数据传输到远程医疗中心，达到医疗保健与远程监护的目的。视频和音频数据的传输也采用这种方式。

计算机控制系统在智能机器人中发挥着极其重要的作用。相信智能机器人一定会成为我们生活的好搭档。