基于語音的智能伺服護(hù)理系統(tǒng)研究和開發(fā)

應(yīng)學(xué)振 宋寧 潘世琦

摘? ?要：人口老齡化問題不只體現(xiàn)在高齡人口不斷增多，也體現(xiàn)在對(duì)老年人護(hù)理方面的缺乏。一套基于語音的智能伺服護(hù)理系統(tǒng)可以在一定程度上解決此類問題，將語音控制系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，操作者可通過語音來控制該系統(tǒng)，幫助臥床者實(shí)現(xiàn)翻身和取物的動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：語音識(shí)別;語音控制;老年人護(hù)理

本項(xiàng)目的目的在于開發(fā)一套基于語音的智能伺服護(hù)理系統(tǒng)，將語音控制系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合。操作者可通過語音來控制該系統(tǒng)，幫助臥床者實(shí)現(xiàn)翻身和取物的動(dòng)作。該項(xiàng)目分為兩大部分：語音識(shí)別和PLC編程控制系統(tǒng)。設(shè)定嵌入軟件的識(shí)別信號(hào)，當(dāng)用戶說出與識(shí)別信號(hào)相同的話語，觸發(fā)機(jī)器的反應(yīng)。

1? ? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，王紅旗等[1]基于視覺傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)工業(yè)機(jī)器人伺服系統(tǒng)，運(yùn)用在線估計(jì)復(fù)合圖像雅克比矩陣的視覺伺服方法，解決了傳統(tǒng)雅克比矩陣參數(shù)難確定、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)不確定的問題，以提高生產(chǎn)效率。尤向陽[2]運(yùn)用PCL編程控制系統(tǒng)，研發(fā)了采摘機(jī)械手，具有較高的采摘成功率，且破損率較低，可以實(shí)現(xiàn)定位、采摘和收取果實(shí)等一系列自動(dòng)化控制。李玉美等[3]設(shè)計(jì)了一種基于PIC16F877A的抗干擾性強(qiáng)、定位精準(zhǔn)、性能可靠的數(shù)字化交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使激光切割機(jī)割具驅(qū)動(dòng)裝置獲得更高的精度。在語音控制方面成果也頗多，趙強(qiáng)等[4]應(yīng)用手機(jī)的語音識(shí)別技術(shù)，通過WiFi將手機(jī)與椅子相連接，設(shè)計(jì)出了語音智能控制導(dǎo)航椅，使腿腳不便的普通人也能夠方便移動(dòng)。

在國外，TAMURA等[5]設(shè)計(jì)了一款可以語音控制電腦媒體切換的軟件，主要應(yīng)用于網(wǎng)校。網(wǎng)校老師以說話的方式切換電腦媒體，不用點(diǎn)擊鼠標(biāo)，在黑板講課時(shí)不用走到電腦旁邊來操作，極大地提高了網(wǎng)課的學(xué)習(xí)效率。

2? ? 大體研究思路

研發(fā)該款智能護(hù)理伺服系統(tǒng)所要用到的技術(shù)、裝置、實(shí)驗(yàn)方案制成大體路線如圖1所示。

3? ? 硬件設(shè)計(jì)

3.1? 科大訊飛語音識(shí)別模塊

使用科大訊飛的YQ5969語音識(shí)別技術(shù)（見圖2），可以在5 m內(nèi)達(dá)到93%的識(shí)別率。通過編程來確定可識(shí)別信號(hào)，例如翻身信號(hào)，可以定為語音“起”，即當(dāng)用戶說出“起”的發(fā)音后，語音識(shí)別模塊可以識(shí)別并發(fā)出翻身指令。在翻身過程中，用戶從平躺到側(cè)身0°～90°的過程中，為了使用戶可以自己確定側(cè)身角度，要確定一個(gè)暫停動(dòng)作的語音信號(hào)，可以定為“?！?。同時(shí)，要確定取消翻身狀態(tài)的語音信號(hào)，可以定為“取消”。另外，系統(tǒng)還具有取物功能，語音信號(hào)定為“拿”，其取消信號(hào)定為“放”。

3.2? 顧美PLC

利用coolmay（見圖3）可編程控制器聯(lián)接科大訊飛語音識(shí)別模塊，對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、分析，進(jìn)一步控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。

4? ? 軟件設(shè)計(jì)

4.1? 科大訊飛軟件模塊的使用

第一步：把喇叭連接到開發(fā)板上，同時(shí)將音頻旋鈕器調(diào)整至中間位置（也支持使用耳機(jī)）。

第二步：把外置咪頭接在開發(fā)板上。

第三步：通過杜邦線將串口調(diào)試模塊接在開發(fā)板的控制端口，G-GND，T-RXD，R-TXD，V-VCC。

第四步：打開串口調(diào)試助手（見圖4）。應(yīng)注意選擇HEX發(fā)送、HEX顯示、波特率選擇115 200。

4.2? 顧美PLC軟件模塊的使用

運(yùn)行HW-editor軟件并新建工程后，顯示在屏幕畫面編輯器上（見圖5）。

5? ? 結(jié)語

目前，老年化問題無法得到很好的解決，很多老年人得不到合理的照顧。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)報(bào)告，中國60歲以上的老年人已經(jīng)突破2億，我國具有大量的“4-2-1”結(jié)構(gòu)模式家庭，在短期內(nèi)很難改變，因此，很多老人的個(gè)人護(hù)理與服侍都成了問題，社會(huì)對(duì)個(gè)人護(hù)理機(jī)器人的需求極為迫切。從階段趨勢來看，利用人力來解決該問題相對(duì)棘手，需要從其他領(lǐng)域來找到破解問題的方式?；诋?dāng)下社會(huì)現(xiàn)實(shí)，需要研發(fā)一款可以通過語音控制的智能服侍護(hù)理機(jī)器人，從滿足老年人等特殊群體的日常護(hù)理和照顧需求出發(fā)，主要面向家用環(huán)境，開發(fā)和研制智能個(gè)人護(hù)理服侍機(jī)器人。比如，在行動(dòng)不便的老年人房間里，靠近床位的位置放一個(gè)研制的機(jī)器，通過特定的語音信號(hào)，觸發(fā)機(jī)器臂的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)簡單的端水、拿物、幫助老人翻身、起床等動(dòng)作，方便老年人的生活，有利于提高老年人及重殘人的生活質(zhì)量，對(duì)解決人口老齡化以及目前家庭結(jié)構(gòu)帶來的重大社會(huì)服務(wù)問題具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王紅旗，吳海波，董浩，等.工業(yè)機(jī)器人手眼視覺伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2019（4）：111-113.

[2]尤向陽.采摘機(jī)械手伺服控制系統(tǒng)電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)—基于PLC控制器[J].農(nóng)機(jī)化研究，2019（12）：220-223，228.

[3]李玉美，劉艷平.激光切割機(jī)的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019（3）：67-71.

[4]趙強(qiáng)，王武梅.語音智能控制導(dǎo)航椅[J].智能機(jī)器人，2019（1）：71-73.

[5]TAMURA T，HISAKUNI T.Developing a distance education support system-switching multiple media devices automatically under voice control[C].Shanghai：IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies，2004.