一、項目概述

1.1 引言

隨著計算機和單片機的發(fā)展，自動化控制正在不斷地更新和進步，越來越多越來越先進的機器人相繼問世，陪護機器人的出現(xiàn)也就成為必然。

1.2 項目背景/選題動機

隨著計算機和單片機的發(fā)展，自動化控制正在不斷地更新和進步，越來越多越來越先進的機器人相繼問世。隨著社會和時代的發(fā)展，醫(yī)療護理的費用會不斷增長，因此可以設(shè)想設(shè)計一種陪護機器人來陪護病人，臥床病人在無人陪護，要取某種東西的時候，需要機器人的幫助。

二、需求分析

2.1 功能要求

在履帶車機器人的基礎(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)動陪護機器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動機使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動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)動機器人時速度、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，要做到準(zhǔn)確到位，另外還需要抓緊抓牢。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

原理：

陪護機器人主要由四部分組成：1、履帶車2、升降架3、機械手臂4、攝像頭

履帶車由電機、驅(qū)動輪、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。陪護機器人的移動是由履帶車的移動來實現(xiàn)的，履帶車可以實現(xiàn)前進、后退、轉(zhuǎn)向，使陪護機器人移動到所需要的位置。

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并且與電機相連，在電機的驅(qū)動下可以實現(xiàn)在滑槽中來回滑動，從而使升降架升起或降低，使陪護機器人可以取到不同高度的物體，放在不同的高度位置。

機械手臂實現(xiàn)取放物品，兩組手臂可以實現(xiàn)同方向轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)方位，亦可以相向或反向轉(zhuǎn)動，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機器人。

3.2 硬件平臺選用及資源配置

1、EVK1100 控制器2、電源系統(tǒng)3、電機驅(qū)動系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 控制器是陪護機器人本體的控制中心，在接收來自無限控制器的信號后，指示各個電機作出相應(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的動力電源，這塊電池主要給各個電機提供動力，包括履帶車電動機、升降架電動機、機械手臂電動機、攝像頭電動機，還要給攝像頭提供動力；另一塊為5V電池，主要為單片機提供動力。

三、電機驅(qū)動系統(tǒng)

電機驅(qū)動系統(tǒng)是整體的動力系統(tǒng)，其中包括履帶車電機、升降架電機、機械手臂電機、攝像頭轉(zhuǎn)動電機。

履帶車本體

履帶車本體由電機、驅(qū)動輪、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。陪護機器人的移動是由履帶車的移動來實現(xiàn)的，履帶車可以實現(xiàn)前進、后退、轉(zhuǎn)向，使陪護機器人移動到所需要的位置。

五、升降系統(tǒng)

升降系統(tǒng)主要由升降架、升降電機、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并且與電機相連，在電機的驅(qū)動下可以實現(xiàn)在滑槽中來回滑動，從而使升降架升起或降低，使陪護機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)主要由陪護機器人本體上的無線信號發(fā)射器和電腦無線信號接收器組成。主要功能是幫助電腦完成對陪護機器人的控制，實現(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)動電機、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機器人。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4 系統(tǒng)軟件流程

程序運行流程圖

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)動陪護機器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動機使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動手臂抓取所要取的水杯或其他物品,然后操縱陪護機器人返回，使臥床的病人在無人陪護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)計實現(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)動陪護機器人到達(dá)指定位置，然后控制升降器電動機使升降架升起到需要的高度，再調(diào)整好方位，驅(qū)動手臂抓取所要取的水杯或其他物品,然后操縱陪護機器人返回，使臥床的病人在無人陪護的情況下也可以自己取到所需要的的物品。

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