一种医疗服务机器人的设计
一种医疗服务机器人的设计[20200410141358]
摘 要
科技越来越发达，机器人在各种领域得到了极为广泛的应用。伴随着人们生活水平的提高、成熟的医疗条件等原因，人类的寿命越来越长，以家庭模式为基础的对老年人护理面临着严峻的挑战。
本文针对所述问题，提出了一种医疗服务机器人的设计方案。本设计的医疗服务机器人是以单片机为控制核心，该机器人通过红光电传感器，从而实现机器人的巡线前进。通过避障传感器，实现机器人在行进过程中达到防撞功能。该机器人还可以根据任务要求，去规定的地方取物品，然后按要求，将物品放置在规定地方。完成任务后，返回起点。机器人配备了机械手，靠舵机带动舵机可以上下调节，可以拿取不同高度的位置。机械手可以张合，可以拿取各种大小的物品。
结果表明，医疗服务机器人的设计非常可靠，设计更人性化、智能化，在医学领域有一定的应用价值和良好的市场前景。
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关键字:单片机机器人医疗服务
目 录
1. 绪论 1
1.1 医疗服务机器人的简介 1
1.2 中国医疗服务机器人的发展 1
2. 医疗服务机器人的方案设计 3
2.1 医疗服务机器人总体设计方案 3
2.2 医疗服务机器人设计的主要内容 4
2.3 医疗服务机器人设计部件的选型 5
2.3.1 控制器的选择 5
2.3.2 巡线传感器的选择 5
2.3.3 电机驱动电路的选择 5
2.3.4 机器人机械手 5
2.3.5 避障传感器 5
3. 医疗服务机器人的硬件设计 6
3.1控制芯片电路的设计 6
3.1.1 mc9s12xs128的简介 6
3.2 红外巡线电路的设计 7
3.3 激光电路的设计 8
3.4 电机驱动电路的设计 8
3.4.1 电机驱动芯片的介绍 8
3.4.2 电机驱动电路的设计 9
3.5 机械手的设计 10
3.5.1 控制器的介绍 10
3.5.2 机械手电路的设计 10
3.6 红外避障电路的设计 11
3.7 稳压电源电路的设计 12
4. 医疗服务机器人的软件设计 13
4.1系统软件总体的设计 13
4.2 巡线部分软件设计 14
4.3 机械手功能软件设计 14
4.3.1 机械手的张合 15
4.3.2 机械手的高低调节 16
5. 医疗服务机器人系统调试 18
5.1系统总体硬件调试 20
5.2巡线电路的调试 20
5.3机械手的调试 24
附录 30
附录一 系统部分程序 30
参考文献 39
致谢 40
1. 绪论
1.1 医疗服务机器人的简介
在欧州、日本和其他发达国家，服务机器人应用非常广泛，主要在五大方面：医疗、超市、酒店、家庭生活方面、清洁修理方面。世界上很多国家都在研究服务机器人。日本则是第一个踏入研究商业服务机器人的国家，当前日本已经有10多种服务机器人，日本已经将开发新的服务机器人列入国家重点发展对象。目前，日本每年都会投入上亿元到研发服务机器人上。
日本科学家发明了一种的服务机器人，简称“AR”，是助理机器人英文首字母的缩写。研发人员把它设定为“家庭主妇”，高度155厘米，260斤的重量，为了能够确定家具的位置，这台机器人身上装载了5个摄像头。前进后退则靠地面上的车轮。这款是最新的机器人，它可以根据衣物上的褶皱将它们分离出来，然后放入洗衣机，进行洗涤，然而，最初的机器人是更本做不到识别形状不同的物体。
此外，AR还能够把餐具送到厨房，以及拖地。它在拖地或将餐具送到厨房，都不需要人时刻盯着，只要主人对机器人发出指令即可，这样主人就可以外出工作或者躺在房间里休息了，机器人在拖地的时候，可以自主将凳子移动，拖凳子下面的地，拖完结束，还会将凳子搬回原处。
1.2 中国医疗服务机器人的发展
从20世纪跨入到21世纪，人们渐渐的发现服务机器人已经悄然的走进我们的生活。然而老龄化也在悄然的成为这个社会的问题，也变得越来越迫切，人口老龄化导致家庭结构畸形，青年人压力颇大。现如今是一个快节奏的社会，年亲人为了生活在不断加快自己的步伐，所以使得年轻人疲于工作，没有时间陪亲人，从而可以想象医疗服务机器人是有一个很好的市场效应。
老龄化的结果是让社会的负担不断加重，老年人的生活无法自理，需要有人为他们服务。他们的儿女也在为了生活在努力工作，关注老人也是当今社会的话题。
截止到现在。中国有16769万人在60岁以上，他们占了中国人口总数的12%。在国际上，“老龄化社会”规定凡是大于等于60岁的老年人占全国人口总数10%。显而易见，中国已经名副其实是老龄化社会，并且中国老龄化会越来越严重。
我国在服务机器人这一块，还属于起步阶段，才刚刚开始。但是国家对高新产业是比较重视的，尤其是服务机器人的研发，其中针对机器人3D打印技术、语音识别技术、机械手控制技术等，都有相关人员在研究
另外，我国的医疗服务机器人处在一个新起点，在这个行业内还没有大量的产品，但是理疗服务机器人在不断的发展
随着我国医疗服务机器相关技术的突破，越来越多的医疗费机器人进行国产化，医疗服务机器人也在慢慢的主导着服务机器人行业。
2. 医疗服务机器人的方案设计
2.1 医疗服务机器人总体设计方案
在平日的日常生活中，老年经常碰到一些生活上的问题，比如说老年人无法提起较重和在较高位置的药品、物品等东西，他们的儿女经常在外，无法及时的帮助到老人的日常起居。
本文设计的医疗服务机器人，控制核心是单片机，通过灰度传感器实现机器人的巡线前进操作。通过红外壁障传感器能够让机器人在前进过程中实现防撞功能。该机器人还可以根据要求，能够按照特定的路线前进到达目的地，然后抓取物品并返回。其机械手更够通过舵机进行上下调节，并且能够抓取大小不一的物品。
图2-1医疗服务机器人设计框图
图2-2医疗服务机器人总框架图
1、博创控制器2、稳压电路3、飞思卡尔单片机4、激光传感器
5、机械手舵机6、机器人电源7、复位开关8、电机驱动电路
9、红外避障传感器10、机械手11、机械手驱动舵机12、牵引皮带
13、电机车轮
表2-1 医疗服务机器人介绍表
2.2 医疗服务机器人设计的主要内容
（1）医疗服务机器人的巡线功能：是通过机器人底部的5对灰度传感器，根据灰度传感器接收到的反馈信号，经过控制器处理后，向电机驱动模块发出命令，机器人实现对白线的跟踪前行。机器人安装了2个壁障传感器，只要机器人前方有障碍，第一个红外传感器接收到信号，则会使机器人减速，第二个红外传感器接收到障碍信号，就会让机器人停止，机器人就可以实现防撞功能。
（2） 医疗服务机器人的机械手抓取物品：本设计为这台医疗服务机器人安装了机械手。机械手是由舵机来控制，能够实现机械手的张开与闭合，也就是实现了抓取物品的功能。
（3）医疗服务机器人机械手高度的调节：该服务机器人能够抓取高度不一样的物体，需要机械手能够调整自身的高度。本设计通过安装在机器人支架上舵机的转动，牵引皮带带动机械手上下运动，从而实现了机械手的上下运动。
2.3 医疗服务机器人设计部件的选型
2.3.1 控制器的选择
本设计的医疗服务机器人采用的是Freescale飞思卡尔的mc9s12xs128单片机。
mc9s12xs128是一种强化版的16位单片机，在mc9s12xe系列基础上去掉了xgate协处理器，采用是cpu12x的V2内核，可运行在40MHz总线频率上，在汽车电子，工业控制，中高档电器产品等有着广泛的用途，在闪存控制和加密方面也有很强的功能。
摘 要
科技越来越发达，机器人在各种领域得到了极为广泛的应用。伴随着人们生活水平的提高、成熟的医疗条件等原因，人类的寿命越来越长，以家庭模式为基础的对老年人护理面临着严峻的挑战。
本文针对所述问题，提出了一种医疗服务机器人的设计方案。本设计的医疗服务机器人是以单片机为控制核心，该机器人通过红光电传感器，从而实现机器人的巡线前进。通过避障传感器，实现机器人在行进过程中达到防撞功能。该机器人还可以根据任务要求，去规定的地方取物品，然后按要求，将物品放置在规定地方。完成任务后，返回起点。机器人配备了机械手，靠舵机带动舵机可以上下调节，可以拿取不同高度的位置。机械手可以张合，可以拿取各种大小的物品。
结果表明，医疗服务机器人的设计非常可靠，设计更人性化、智能化，在医学领域有一定的应用价值和良好的市场前景。
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关键字:单片机机器人医疗服务
目 录
1. 绪论 1
1.1 医疗服务机器人的简介 1
1.2 中国医疗服务机器人的发展 1
2. 医疗服务机器人的方案设计 3
2.1 医疗服务机器人总体设计方案 3
2.2 医疗服务机器人设计的主要内容 4
2.3 医疗服务机器人设计部件的选型 5
2.3.1 控制器的选择 5
2.3.2 巡线传感器的选择 5
2.3.3 电机驱动电路的选择 5
2.3.4 机器人机械手 5
2.3.5 避障传感器 5
3. 医疗服务机器人的硬件设计 6
3.1控制芯片电路的设计 6
3.1.1 mc9s12xs128的简介 6
3.2 红外巡线电路的设计 7
3.3 激光电路的设计 8
3.4 电机驱动电路的设计 8
3.4.1 电机驱动芯片的介绍 8
3.4.2 电机驱动电路的设计 9
3.5 机械手的设计 10
3.5.1 控制器的介绍 10
3.5.2 机械手电路的设计 10
3.6 红外避障电路的设计 11
3.7 稳压电源电路的设计 12
4. 医疗服务机器人的软件设计 13
4.1系统软件总体的设计 13
4.2 巡线部分软件设计 14
4.3 机械手功能软件设计 14
4.3.1 机械手的张合 15
4.3.2 机械手的高低调节 16
5. 医疗服务机器人系统调试 18
5.1系统总体硬件调试 20
5.2巡线电路的调试 20
5.3机械手的调试 24
附录 30
附录一 系统部分程序 30
参考文献 39
致谢 40
1. 绪论
1.1 医疗服务机器人的简介
在欧州、日本和其他发达国家，服务机器人应用非常广泛，主要在五大方面：医疗、超市、酒店、家庭生活方面、清洁修理方面。世界上很多国家都在研究服务机器人。日本则是第一个踏入研究商业服务机器人的国家，当前日本已经有10多种服务机器人，日本已经将开发新的服务机器人列入国家重点发展对象。目前，日本每年都会投入上亿元到研发服务机器人上。
日本科学家发明了一种的服务机器人，简称“AR”，是助理机器人英文首字母的缩写。研发人员把它设定为“家庭主妇”，高度155厘米，260斤的重量，为了能够确定家具的位置，这台机器人身上装载了5个摄像头。前进后退则靠地面上的车轮。这款是最新的机器人，它可以根据衣物上的褶皱将它们分离出来，然后放入洗衣机，进行洗涤，然而，最初的机器人是更本做不到识别形状不同的物体。
此外，AR还能够把餐具送到厨房，以及拖地。它在拖地或将餐具送到厨房，都不需要人时刻盯着，只要主人对机器人发出指令即可，这样主人就可以外出工作或者躺在房间里休息了，机器人在拖地的时候，可以自主将凳子移动，拖凳子下面的地，拖完结束，还会将凳子搬回原处。
1.2 中国医疗服务机器人的发展
从20世纪跨入到21世纪，人们渐渐的发现服务机器人已经悄然的走进我们的生活。然而老龄化也在悄然的成为这个社会的问题，也变得越来越迫切，人口老龄化导致家庭结构畸形，青年人压力颇大。现如今是一个快节奏的社会，年亲人为了生活在不断加快自己的步伐，所以使得年轻人疲于工作，没有时间陪亲人，从而可以想象医疗服务机器人是有一个很好的市场效应。
老龄化的结果是让社会的负担不断加重，老年人的生活无法自理，需要有人为他们服务。他们的儿女也在为了生活在努力工作，关注老人也是当今社会的话题。
截止到现在。中国有16769万人在60岁以上，他们占了中国人口总数的12%。在国际上，“老龄化社会”规定凡是大于等于60岁的老年人占全国人口总数10%。显而易见，中国已经名副其实是老龄化社会，并且中国老龄化会越来越严重。
我国在服务机器人这一块，还属于起步阶段，才刚刚开始。但是国家对高新产业是比较重视的，尤其是服务机器人的研发，其中针对机器人3D打印技术、语音识别技术、机械手控制技术等，都有相关人员在研究
另外，我国的医疗服务机器人处在一个新起点，在这个行业内还没有大量的产品，但是理疗服务机器人在不断的发展
随着我国医疗服务机器相关技术的突破，越来越多的医疗费机器人进行国产化，医疗服务机器人也在慢慢的主导着服务机器人行业。
2. 医疗服务机器人的方案设计
2.1 医疗服务机器人总体设计方案
在平日的日常生活中，老年经常碰到一些生活上的问题，比如说老年人无法提起较重和在较高位置的药品、物品等东西，他们的儿女经常在外，无法及时的帮助到老人的日常起居。
本文设计的医疗服务机器人，控制核心是单片机，通过灰度传感器实现机器人的巡线前进操作。通过红外壁障传感器能够让机器人在前进过程中实现防撞功能。该机器人还可以根据要求，能够按照特定的路线前进到达目的地，然后抓取物品并返回。其机械手更够通过舵机进行上下调节，并且能够抓取大小不一的物品。
图2-1医疗服务机器人设计框图
图2-2医疗服务机器人总框架图
1、博创控制器2、稳压电路3、飞思卡尔单片机4、激光传感器
5、机械手舵机6、机器人电源7、复位开关8、电机驱动电路
9、红外避障传感器10、机械手11、机械手驱动舵机12、牵引皮带
13、电机车轮
表2-1 医疗服务机器人介绍表
2.2 医疗服务机器人设计的主要内容
（1）医疗服务机器人的巡线功能：是通过机器人底部的5对灰度传感器，根据灰度传感器接收到的反馈信号，经过控制器处理后，向电机驱动模块发出命令，机器人实现对白线的跟踪前行。机器人安装了2个壁障传感器，只要机器人前方有障碍，第一个红外传感器接收到信号，则会使机器人减速，第二个红外传感器接收到障碍信号，就会让机器人停止，机器人就可以实现防撞功能。
（2） 医疗服务机器人的机械手抓取物品：本设计为这台医疗服务机器人安装了机械手。机械手是由舵机来控制，能够实现机械手的张开与闭合，也就是实现了抓取物品的功能。
（3）医疗服务机器人机械手高度的调节：该服务机器人能够抓取高度不一样的物体，需要机械手能够调整自身的高度。本设计通过安装在机器人支架上舵机的转动，牵引皮带带动机械手上下运动，从而实现了机械手的上下运动。
2.3 医疗服务机器人设计部件的选型
2.3.1 控制器的选择
本设计的医疗服务机器人采用的是Freescale飞思卡尔的mc9s12xs128单片机。
mc9s12xs128是一种强化版的16位单片机，在mc9s12xe系列基础上去掉了xgate协处理器，采用是cpu12x的V2内核，可运行在40MHz总线频率上，在汽车电子，工业控制，中高档电器产品等有着广泛的用途，在闪存控制和加密方面也有很强的功能。
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