健康體檢機器人應(yīng)用軟件開發(fā)與實現(xiàn)

陳容紅，鄭發(fā)躍

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動化工程學(xué)院，北京 100176）

健康體檢機器人應(yīng)用軟件開發(fā)與實現(xiàn)

陳容紅，鄭發(fā)躍

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院自動化工程學(xué)院，北京 100176）

介紹了用ARM單片機NUC140設(shè)計并實現(xiàn)的健康體檢機器人控制系統(tǒng)，給出了設(shè)計流程和實驗所得數(shù)據(jù)。健康體檢機器人能夠?qū)ι砀?、體重、血壓、血糖、心電圖、運動能耗、血氧飽和度等人體生物醫(yī)學(xué)信號進行準(zhǔn)確測量和記錄，為健康體檢機器人的進一步研究打下了基礎(chǔ)。

健康體檢機器人；應(yīng)用軟件；軟件開發(fā)

醫(yī)用機器人是機器人技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等的結(jié)合，可以輔助外科手術(shù)、康復(fù)醫(yī)療、健康體檢和醫(yī)院服務(wù)等功能。從20世紀90年代起，國際先進機器人計劃（IARP）已召開過多屆醫(yī)用機器人研討會。醫(yī)用機器人技術(shù)是一個新興的、多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，對它的研究不僅能促進傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)的變革，而且也會對這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動作用，具有重要的臨床意義［1］。

健康體檢機器人的主要功能是運用電子學(xué)技術(shù)來檢測、放大、處理、顯示、記錄人體各生物醫(yī)學(xué)信號，如身高、體重、血壓、血糖、心電圖、運動能耗、血氧飽和度等。本文介紹以32位內(nèi)嵌式ARM單片機NuMicro NUC140為控制核心研制的健康體檢機器人，主要討論機器人控制系統(tǒng)以及軟件的設(shè)計。

1 機器人控制系統(tǒng)設(shè)計

健康體檢機器人由ARM主控板、身份識別模塊、身高測量模塊、體重測量模塊、心電圖測量模塊、血氧濃度測量模塊、能耗測量模塊等組成［2－3］。以ARM單片機NuMicro NUC140設(shè)計的主控制板是控制核心，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

RFID模塊用于身份識別，由RFID電子標(biāo)簽和RFID讀卡器兩部分組成。RFID電子標(biāo)簽就是體檢人員的ID卡，內(nèi)置集成電路智能卡芯片和天線。RFID讀卡器用來實現(xiàn)對RFID電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，由控制單元、通信智能模塊和天線組成［4－6］。

身高模塊的主要部分是超聲波傳感器，它包含超聲波的產(chǎn)生和接收裝置，用來進行身高測量和顯示。

體重模塊利用力傳感器完成。

心電圖模塊用來進行心電圖的測量，通過對心肌收縮時釋放的生物電信號進行采集、處理和顯示。

血氧飽和度是指人體血液中氧合血紅蛋白占全血的百分數(shù)。該模塊將傳感器夾在手指尖部，指蓋側(cè)為發(fā)光器件，指肚側(cè)為接收器件，利用氧合血紅蛋白和非氧合血紅蛋白對不同波長入射光有不同的吸收率的特性，把透過血液的光變化轉(zhuǎn)換為電信號，再通過數(shù)據(jù)處理后進行數(shù)值顯示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

運動能耗模塊采用三軸加速度技術(shù)監(jiān)測人體運動能量消耗。

2 系統(tǒng)流程設(shè)計

系統(tǒng)軟件開始運行時，首先要判斷健康體檢裝置是否存在，然后進行系統(tǒng)連接，接著讀取體檢人員的ID卡，進行身份識別。身份識別程序流程見圖2。

圖2 身份識別程序流程圖

健康體檢機器人對體檢人進行身份識別后，進入其歷史資料的查詢，并顯示出該體檢人在健康體檢機器人中存儲過的歷史資料。歷史資料查詢程序流程圖如圖3所示。

圖3 歷史資料查詢程序流程圖

健康體檢機器人進行當(dāng)前體檢檢測，如測量身高、體重、測心電圖、測血氧量和運動能耗等，體檢流程如圖4所示。

圖4 體檢程序流程圖

體重檢測模塊工作流程如下：（1）開啟外部CLOCK信號；（2）判斷裝置是否存在，如果存在，則開啟VLDO端口；（3）測量體重并顯示結(jié)果。體重測量模塊工作流程如圖5所示。

圖5 體重測量模塊程序流程圖

健康體檢機器人部分模塊實物如圖6—圖9所示。

圖6 ARM主控板

圖7 RFID身份識別模塊

圖8 體重測量模塊

圖9 心電圖模塊

3 結(jié)束語

本課題對健康體檢機器人進行了開發(fā)，用ARM單片機NuMicro NUC140設(shè)計并實現(xiàn)了健康體檢機器人控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對人體生物醫(yī)學(xué)信號進行測量、放大、處理、顯示、記錄等。

該機器人具有結(jié)構(gòu)巧妙、易于加工制造的特點；控制系統(tǒng)采用ARM單片機，成本低，有利于產(chǎn)品化。為健康體檢機器人的進一步研究打下了基礎(chǔ)。

（References）

［1］張紅霞．醫(yī)用機器人的研究與發(fā)展［J］．電子世界，2013（2）：72－73．

［2］顏慶，張立勛，楊勇，等．下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人單片機控制系統(tǒng)設(shè)計［J］．應(yīng)用科技，2004（11）：1－3．

［3］張立勛，顏慶，楊勇，等．下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人AVR單片機控制系統(tǒng)［J］．機械與電子，2004（10）：52－55．

［4］黃俊祥．基于MFRC522的RFID讀卡器模塊設(shè)計［J］．微型機與應(yīng)用，2010，29（22）：16－18．

［5］杜豐，韓博，楊潔，等．基于SQL Server Mobile與RFID的身份認證設(shè)計與實現(xiàn)［J］．實驗技術(shù)與管理，2011，28（5）：260－261．

［6］黃敦華，李勇，陳容紅．醫(yī)療服務(wù)機器人應(yīng)用與發(fā)展研究［J］．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，27（3）：6－8．

Development and realization of application software of healthy physical examination robot

Chen Ronghong，Zheng Fayue
（College of Automation Engineering，Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China）

The control system and the software design are introduced in detail with ARM monolithic integrated circuit NUC140VE3CN．The experimental prototype picture and the experimental obtained data are given．The prototype has basically realized the accurate survey of the human body height，the body weight，the blood pressure，the blood sugar，the electrocardiogram，the movement energy consumption，and the blood oxygen degree of saturation，which has laid the foundation for researching the healthy physical examination robot further．

healthy physical examination robot；application software；development of software

TP242．3

A

1002－4956（2015）3－0161－03

2014－09－14

北京市“科研基地—機電一體化系統(tǒng)控制工程科技創(chuàng)新平臺二期—健康體檢機器人系統(tǒng)研制項目”（PXM2010＿014306＿109864）資助

陳容紅（1979—），女，湖北京山，碩士，講師，主要從事工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機器人技術(shù)、模式識別的教學(xué)與研究工作．