智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)

張 雷

（珠海格力電器股份有限公司，珠海 519000）

《中國制造2025》中提到，政府需要將機(jī)器人與高級數(shù)控機(jī)床作為十大重點領(lǐng)域中的兩項[1]。隨著人工智能的發(fā)展和人們生活水平的提升，醫(yī)療服務(wù)需要更加人性化和智能化。所以，機(jī)器人在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 智能導(dǎo)診機(jī)器人的意義

目前，大型綜合性醫(yī)院都有著精細(xì)化的專業(yè)分工，因此各樓宇、各樓層位置涉及不同的功能單元。由于醫(yī)院從布局上對功能單元的調(diào)整和患者對醫(yī)院環(huán)境缺乏了解，導(dǎo)致患者需要長時間滯院，缺乏較高的診療效率。醫(yī)院雖然設(shè)立了導(dǎo)診崗位和導(dǎo)診系統(tǒng)，但在與患者的溝通、信息獲取方面依然存在許多問題。

借助現(xiàn)代機(jī)器人科技，有助于打造智慧醫(yī)療系統(tǒng)，如智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人能夠有效解決醫(yī)院就診方面存在的問題。利用STM32平臺模塊，結(jié)合硬件傳感器和軟件系統(tǒng)，能夠使導(dǎo)診、指引等服務(wù)更加智能，從而有效改善醫(yī)院與患者的溝通和信息獲取方面存在的問題。

2 影響醫(yī)療行業(yè)普及智能導(dǎo)診機(jī)器人的因素

2.1 操作煩瑣

按照傳統(tǒng)的導(dǎo)診工作內(nèi)容設(shè)計智能機(jī)器人的導(dǎo)診界面，會導(dǎo)致導(dǎo)診界面復(fù)雜、煩瑣，使患者失去耐心，影響智能機(jī)器人導(dǎo)診的效果，不利于智能導(dǎo)診機(jī)器人的推廣。

2.2 功能單一

設(shè)計的傳統(tǒng)智能導(dǎo)診機(jī)器人，導(dǎo)診功能過于單一，僅僅是整合查詢功能，不能夠真正為患者提供詳細(xì)的信息，影響智能機(jī)器人導(dǎo)診的普及。

2.3 信息數(shù)據(jù)不足

智能導(dǎo)診機(jī)器人的數(shù)據(jù)庫信息較少，缺少個性化設(shè)置，影響患者使用感受，導(dǎo)致智能導(dǎo)診機(jī)器人的普及程度不高。智能導(dǎo)診機(jī)器人是根據(jù)醫(yī)院實際開展的導(dǎo)診服務(wù)進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃的，屬于在專業(yè)領(lǐng)域上提供特定服務(wù)內(nèi)容的應(yīng)用型智能機(jī)器人，可以分為感知、判斷、分析和升級4個功能部分。良好的設(shè)計可以實現(xiàn)智能導(dǎo)診機(jī)器人與患者間的語言交互，并根據(jù)患者提供的數(shù)據(jù)信息開展多維度的服務(wù)工作，引導(dǎo)患者更好地了解病情，并適當(dāng)?shù)亟o予導(dǎo)診建議。但是，如果智能導(dǎo)診機(jī)器人所依托的數(shù)據(jù)庫信息不全，就會減弱其交互能力，無法實現(xiàn)與患者的有效溝通。患者會由于溝通不暢而拒絕使用智能機(jī)器人，影響醫(yī)院普及智能導(dǎo)診機(jī)器人。

3 系統(tǒng)功能分析與總體設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能分析

設(shè)計的智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人具有5種功能。第一，智能導(dǎo)診。通過識別不同類型的病患，顯示就診流程和就診科室來引導(dǎo)患者正確就醫(yī)。第二，智能指引?；颊咧恍栎斎胍サ目剖?，智能導(dǎo)診機(jī)器人就能在操作界面上顯示目標(biāo)位置和對應(yīng)的樓層，且在完成確認(rèn)后會有專門的機(jī)器人提供引路服務(wù)。第三，常規(guī)檢查。通過設(shè)置接觸式傳感器，智能化檢測病患心率、血氧等。第四，娛樂放松。智能導(dǎo)診機(jī)器人通過外設(shè)顯示器，動態(tài)顯示多種表情，還能夠通過語音識別功能簡單回答病患提問的問題，或播放音樂、笑話等。第五，預(yù)約掛號。利用智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人可以在線預(yù)約就診時間和專家等，簡化掛號流程[2]。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計框圖

通過分析醫(yī)療領(lǐng)域的診斷服務(wù)需求，將STM32作為智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人的核心處理器，并且為其配備心率、血氧等傳感器。利用STM32微處理器能夠收集和處理各傳感器的數(shù)據(jù)，并控制各模塊正常運作。機(jī)器人中配置的舵機(jī)能夠驅(qū)動底部車輪，使機(jī)器人正常行走。娛樂功能模塊具有語音識別和語音播放等功能。語音識別模塊能夠收集外界語音信息，利用計算機(jī)中存儲的詞匯回答相應(yīng)的語句，以實現(xiàn)語音播放功能。導(dǎo)診機(jī)器人通過7寸串口屏顯示動態(tài)表情[3]。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

3.3 硬件模塊設(shè)計與實現(xiàn)

3.3.1 體溫測量模塊

設(shè)計的體溫傳感器能夠感知病患體溫，并以電信號的形式輸出。STM32控制器能夠接收體溫傳感器發(fā)送的信號，并對其進(jìn)行處理。智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人所應(yīng)用的溫度傳感器DS18B20是由美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，能夠直接播報被測溫度。它的電路原理如圖2所示。

圖2 DS18B20電路原理圖

3.3.2 心率血氧模塊

心率血氧測量模塊通過相關(guān)傳感器，利用血管內(nèi)血液血紅蛋白的吸光度的變化來測量脈搏，并利用氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白在可見光和紅外光頻譜范圍內(nèi)具有不同的光吸收率來測量血氧飽和度。配置的SON1303心率傳感器能夠以脈沖信號的形式對脈搏的跳動進(jìn)行同步的輸出，以此計算脈率。STM32能夠獲取心率血氧的測量數(shù)據(jù)，并且能夠進(jìn)行有效處理。在心率血氧模塊中配置MAX30102，能夠更加便捷地測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3.3 語音識別模塊

語音識別模塊通過嵌入語音識別技術(shù)，能夠由串口得到識別結(jié)果。它嵌入語音識別芯片和部分輔助電路，使得主控芯片能夠?qū)崿F(xiàn)通信和語音交互的功能。

本系統(tǒng)所采用的語音控制芯片LD3320來自ICRoute公司，具有簡單的語音功能。該模塊能夠?qū)Σ煌后w進(jìn)行語音識別，免去了錄音訓(xùn)練環(huán)節(jié)，并能夠識別動態(tài)的關(guān)鍵詞，只需在芯片中輸入關(guān)鍵的字符串。另外，用戶具有對50條關(guān)鍵詞自由編輯的權(quán)利，且50條關(guān)鍵詞能夠及時得到識別。

3.3.4 語音播放模塊

語音播放模塊中使用LM102。通過在該模塊中設(shè)置兩組接口，能夠連接音響功放，在價格方面具有一定的優(yōu)勢，且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定工作。

3.3.5 運動控制模塊

運動控制模塊中配置的PWM波控制舵機(jī)，主要通過微處理器控制信號來實現(xiàn)對機(jī)器人運動的控制。舵信號線能夠接收自主控板所發(fā)出的控制信號。運動控制模塊根據(jù)信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)一系列齒輪組的轉(zhuǎn)動，并經(jīng)減速后由舵盤輸出。輸出軸在舵機(jī)中連接了位置反饋電位計，而舵盤的轉(zhuǎn)動能夠?qū)ξ恢梅答侂娢挥嬈鸬綆拥淖饔谩？刂齐娐钒逯心軌驅(qū)﹄娢挥嬢敵龅碾妷盒盘栠M(jìn)行反饋，以所在的位置為基礎(chǔ)，通過控制電路板實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和速度的控制。舵機(jī)在該系統(tǒng)中通過驅(qū)動動輪來實現(xiàn)機(jī)器人的正常行走[4]。

3.3.6 初始化界面設(shè)計

智能導(dǎo)診機(jī)器人中的初始化界面，主要是利用接收的服務(wù)信號和STM32核心處理器所輸出的信號顯示相關(guān)服務(wù)功能。另外，子界面能夠顯示智能導(dǎo)診和智能指引等功能。初始化界面能夠通過C語言來實現(xiàn)。

4 結(jié)語

設(shè)計的智能導(dǎo)診服務(wù)機(jī)器人利用STM32作為核心微處理器。模塊中通過將傳感器硬件和軟件相結(jié)合，實現(xiàn)了智能導(dǎo)診、智能指引等功能，能夠極大地改善醫(yī)院的服務(wù)環(huán)境，實現(xiàn)人們的便捷就醫(yī)，對提高醫(yī)院服務(wù)質(zhì)量來說具有重要意義。