请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

作品展示

原创作品:90657

系统分类: 机器人创想秀 - 技术流

作品版权:90657 版权所有,禁止匿名转载;禁止个人使用。

90657

2016-4-7 17:12:30

初赛得分

总分(12.3)点赞数(180)评委打分(0)

作品亮点:

脑机融合机器人充分的适应了当前的市场需求,又结合了我国老年人逐年增多并且行动不便的现状,顺应机器人产业创新的发展

作品说明:

实施方案
                           
(一)        设计名称
脑机融合医疗护理机器人
(二)        设计背景
针对未来家庭服务机器人的巨大需求,结合国内家庭服务机器人的发展现状,国内外已经有人对家庭服务机器人的标准和工具进行了一些探讨。在国际服务机器人标准不断更新的情况下,中国仍然缺乏相关的标准。国内服务机器人企业需要积极遵循相关标准,寻找尚未被国外机器人巨头占领的细分市场,借力开放的机器人开发平台,努力寻找自己的机会。
机器人技术代表一个国家的高科技水平和自动化程度,了解和分析国内外的研究现状和最新进展有助于加快我国服务机器人行业的发展。近年来,清洁机器人和教育机器人在我国已经大规模销售,娱乐机器人和安防机器人市场正在培育和快速发展中,医疗机器人市场处于大规模应用的萌芽状态。为了在这一巨大市场中分一杯羹,在服务机器人领域缩短与发达国家的差距,有必要紧紧抓住服务机器人更高智能化、模块化和网络化的技术发展趋势,围绕实现服务机器人智能化、模块化和网络化的集成技术展开研究。
移动服务机器人在提高老人/残疾人活动空间方面具有重要作用.针对机器人自主避障失败时存在安全问题,提出了基于共享控制的服务机器人系统.构建基于机器视觉与人眼视觉共享控制的机器人系统.研究服务机器人的共享策略问题和眼电信号角度与参考轨迹关系.引入人工场解决自适应轨迹跟踪算法的平滑性.仿真结果说明基于人工场导向方法能平滑逼近期望轨迹.
我国中长期卧床、生活不能自理的老年人约有2700万人。由于中风等疾病导致的半身不遂的老人约有70万人。家庭服务机器人是改善卧床患者生活质量的重要技术。然而,当前的机器人的智能水平还无法应付复杂环境和复杂任务。鉴于卧床患者的智力大多正常,我们设计了患者与服务机器人共生融合的智能系统。该系统充分利用人脑的智能性,指导机器人处理各种复杂任务,指导机器人“学习”,同时发挥机器人自由运动能力,拓展患者的活动空间,辅助患者生活。
1.png
(三)        实施方案
目前申请人已经实现采用多线程方式控制机器人行走,并传回机器人所处的环境视频,并根据视频通过语音或键盘控制运动。该混合系统,降低服务机器人的智能需求,又发挥了机器人运动优势。这样可以降低机器人的成本,又发挥了患者的脑力功能,从而使机器人容易为一般收入的家庭接受。因而,我们拟将这一脑机融合服务机器人应用在卧床患者等行动不便的老人或残疾人的生活辅助与照料中,通过家庭无线网实现小范围的控制。当然,我们也在思考是否可以实现远程控制以实现更多的功能。
该机器人采用多种交互模式,包括语音,手势,App,脑机接口。机器人的智力十分有限,环境感知以及对环境的自适应能力严重不足,处理服务任务则难上加难。当下机器人技术尚未实现全面的智能,尚不能自主服务于人们。因此,本系统拟利用外部设备(上位机)接收服务对象的命令,有机器人(下位机)处理命令,实现人机共生的系统。机器人的自主活动能力有限,人活动能力有限,人通过判断机器人的传感器采集信息给机器人下达命令,完成移动任务的同时,完成人的服务命令。这样的一套系统,可以弥补机器人的硬件设施落后引起的机器人不足,同时大大简化机器人的智能算法,使得机器人能适应当下市场的需求;对人而言,机器人的命令需要人来下达,在一定程度上使得人脑得到一定的训练,有助于减缓特殊人群的思维退化。
我们通过机器人自带的RealSense 3D摄像头传回的环境信息供人判断。机器人将采用多种终端控制借助上位机转发信息的方式实现对机器人的控制,以达到服务目的,通过增加外部设备处理信息,辅助机器人采集信息,向服务对象提供由机器人初步处理的信息,供服务对象判断,向机器人发出命令。
(四)        适应范围及推广前景
作为以互利共生为主题的智能机器人,其适应范围主要在机器人与人,日常生活,与人交流,医疗等方面的互助活动。通过此机器人,人们(有需者)通过下达指令,让机器人做好人们自身因为各种生理原因而不方便做到的日常动作;其中使用者通过语音,App或者脑电发出指令,表明自己的需求,降低了机器人所需要的严苛的智能程度,识别错误几率小,同时也加强了使用者对自身行动的明确性,不出现过分依赖机器人,或者机器人主动识别错误的情况。机器人通过摄像头等传感器采集环境信息,反馈给使用者。使用者通过这些信息,知晓了对应环境的情况,从而做出进一步的行动,弥补了自身的一些行动的不便。
通过机器人中搭载的语音识别系统,可以做到与人之间的基本日常交流并做出相应处理动作,从而作为家里小孩儿或者留守老人日常交流的对象;而机器人同样可以通过不断与他人的对话,主动学习更新对话知识。无疑,其作为一种互利共生的机器人,可以符合当下许多人们的需求。
    若该机器人的基本功能可以实现,将会有很广阔的市场前景。截至2014年底,我国60岁以上老年人口已经达到2.12亿,占总人口的15.5%。据预测,本世纪中叶老年人口数量将达到峰值,超过4亿,届时每3人中就会有一个老年人,而我国空巢和独居老年人近1亿人,60岁以上失能半失能老年人约3500万人。数据显示了当今的中国面临着人口老龄化困境以及老年人尤其是病残老人的生活无保障性并且当前的市场提供的人工服务具有费用逐年上升,服务质量偏低,服务从业人数偏少的特点,部分老年人生活将无以为继;另一方面,在面对客户的庞大的需求的前提之下,在当今的市场之中能够自主完成需求的服务型机器人少之又少,且绝大多数价格昂贵,不在普通消费大众的承受能力之内。而本款互利共生的脑机融合人机系统独特地利用了人脑的灵活性与机器人的机动性,并将两者有机地结合起来,以最低的成本最大限度地来实现用户所要实现的需求。另外,本款服务型机器人还能够替代人在一些恶劣的环境(如有毒,放射性等)下工作,在创造效益的同时一定程度上保护我们的身体健康。
尽管目前全球机器人市场主要以工业机器人为主,占市场份额80%,但是从未来趋势看,服务机器人将成热点,据IFR预测,2012-2015年在家用服务机器人领域,家政服务机器人销量将达1100万台,销售额近48亿美元;娱乐机器人销量预计为470万台,销售额达11亿美元;助残机器人销量将达4600台,2012-2017年全球服务机器人市场规模年复合增长率约17.4%,2017年将达461.8亿美元。并且随着机器人与PC,手机等无线终端口的结合以及和家庭娱乐的整合,机器人本身智能化的提升,这一类型的机器人发展前景可期。
5.png

软件分析
1、  开发工具及语言
开发工具选用Microsoft Visual Studio 2015,开发语言为C#。
2、  通信方式
软件平台可以分为三个部分:远程控制端、主控制端和机器人端。端与端之间利用WIFI传输数据,编程过程中使用套接字(Socket)进行网络通信。主控制端可以看作服务器端,远程控制端及机器人端可以看作客户端,服务器端和客户端连接成功后即可通过WIFI进行通信。

2.png

3、  总控制端系统流程
(1)启动机器人。
(2)脸部识别。与数据库中脸部信息进行比对,如是陌生人,利用语音合成发出提示“我不认识你”,并继续进行识别;如识别成功,利用语音合成发出提示“你好,XXX”,进而启动主控制端。
(3)启动主控制端。如果启动失败,则重新启动。
(4)接入机器人端。如果接入失败,则继续接入。
(5)(i)语音及手势识别。使用手势及语音信息与机器人端进行交互,机器人端接收指令后进行反馈。
  (ii)是否有远程控制端接入,是否接入成功。如果接入失败,则重新接入
  (iii)如果有接入成功的远程控制端,一方面向远程客户端上传图像;另一方面接受指令,进而对机器人进行操控。
(6)重复操作(5)。
(7)关闭机器人。

3.png

4、  远程客户端系统流程
(1)启动远程客户端。如果启动失败,则重新启动。
(2)接入服务器。如果接入失败,则继续接入。
(3)(i)接收图像。实时接收机器人上传的图像。
   (ii)通过敲击键盘或点击按钮输入命令。
(4)重复操作(3)。
(5)关闭远程客户端。
远程客户端系统流程图
4.png

5、  RealSense 3D摄像头
RealSense 3D 摄像头是Intel公司提供的感知计算解决方案中的硬件设备,共包括F200和R200两款,我们选用的F200,利用其提供的SDK,可以开发人脸识别、手势识别、语音识别及语音合成等功能。
硬件部分
1. 电源模块
本机器人采用充电电池供电,输入电压为220V,输出电压为24V,可以保证机器人长期高效稳定地工作。
2. 超声波模块
选择HC-SR04超声波模块。通过该超声波模块的一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,就达到移动测量的值。并通过移动测量的值,探测前方的障碍物距离,若到达危险距离的时候,停止机器人,从而达到自动避障的功能。
3. 运动控制模块
4. 机器人表情模块
机器人表情模块主要通过机器人的眼睛所展示,机器人的眼睛由八块8*8双色点阵所构成,通过控制点阵上点的亮暗以及动态显示来实现对于机器人眼部表情的控制,来展示机器人的表情的动态变化。通过显示出常人所会展现的喜怒哀乐,更贴近普通人,使老人更易于接受。
5. WIFI通信模块
6. 核心板
分别使用两块STM32F103核心板分别驱动该机器人的运动控制模块和表情控制模块,STM32F103核心板性能强大,其工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM),丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。其强大的性能使其能够广泛应用到各个领域中。



创新性
  脑机融合机器人充分的适应了当前的市场需求,又结合了我国老年人逐年增多并且行动不便的现状,顺应机器人产业创新的发展,拥有很好的前景。该系统以物联网为背景,软硬件部分很好的配合,成本要求不高,可以很好的实现相关功能。客户端和服务器端通过WIFI通信,在大部分家庭均可实现。该系统通过用户简单的手势语音等,即可控制机器人行动,人机之间功能相互弥补,充分发挥双方的优势。硬件方面
HC-SR04超声波模块的应用也实现了机器人自动避障的功能,解决了机器人行动的一个关键问题。双色点阵模拟机器人表情使得该系统更富有人性化。
扩展功能及其应用前景:

脑机融合医疗护理机器人系统还有着相当大的扩展空间,在今后的市场应用中,可以继续利用机器人其行动优势,通过客户端的控制,完成更多的动作行为,例如为病人送餐,监测病人体征状况等等。总之,该系统不仅是在医疗机器人行业的一个创新,也是物联网时代一个很好的尝试,相信一定会有不错的应用前景。


其他作品
珠珠zjh发表于 2016-4-12 09:42:32 | 显示全部楼层
有助于医疗事业,弥补这个缺口,很不错的设计
101285发表于 2016-6-20 16:36:22 | 显示全部楼层
太6了吧,期待实现
张斌发表于 2016-6-8 16:05:54 | 显示全部楼层
很高大上的样子   想看到实物
哇哇君君发表于 2016-5-29 20:36:49 | 显示全部楼层
不错哦 感觉很实用
君竹本命哇发表于 2016-5-29 20:27:13 | 显示全部楼层
不错哦 感觉很实用
89702发表于 2016-5-24 15:43:15 | 显示全部楼层
点个赞,,支持你。也请给我的设想点赞和多提意见。
Willow发表于 2016-5-23 11:42:32 | 显示全部楼层
机器人用在医疗上相信不久将来就会实现 期待~
56081发表于 2016-5-18 16:13:30 | 显示全部楼层
设想很好,为解决中国的老年人缺乏必要的关心照顾提供了极大方便。硬件选择上也有些大胆的尝试和较为可行的创新,只是如果控制信息系统采用WIFI连接,在现今中国的网速提供上还有待提高。
午夜阳光于佑和发表于 2016-5-10 13:29:17 | 显示全部楼层
91269发表于 2016-5-9 15:55:38 | 显示全部楼层

赞一个!
返回列表