智能机器人在家庭医疗保健的设计和应用

像转换为电信号。

　　（2）图像处理。图像到图像的变换，如特征提取。

　　（3）图像理解。在处理的基础上给出环境描述。

　　通过视频信号的传输，远程医疗中心的医生可以实时了解家庭成员的身体状况和精神状态。智能机器人根据医生的需要捕捉适合医疗保健和诊断需求的图像，有选择地传输高分辨率和低分辨率的图像。在医疗保健的过程中，对于图像传送有2种不同条件的需求：

　　（1）医生观察家庭成员的皮肤、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的颜色时，需要传送静态高清晰度彩色图像；采用的方法是间隔一段时间（例如5分钟）传送1幅高清晰度静态图像。

　　（2）医生借助动态画面查看家庭成员的身体移动能力时，可以传送分辨率较低和尺寸较小的图像，采用的方法是进行合理的压缩和恢复以保证实时性。

　　3．2 机器人听觉与音频信号的传输

　　机器人采集的音频信号也有2种作用：一是提供机器人听觉；二是借助于音频信号，家庭成员可以和医生进行沟通，医生可以了解家庭成员的健康状况和心态。音频信号的传输为医生对家庭成员进行医疗保健提供了语言交流的途径。

　　机器人听觉是语音识别技术，医疗保健智能机器人带有各种声交互系统，能够按照家庭成员的命令进行医疗测试和监护，还可以按照家庭成员的命令做家务、控制数字化家电和照看病人等。

　　声音的获取采用多个立体麦克风。由于声音的频率范围大约是300Hz一3400Hz，过高或过低频率的声音在一般情况下是不需要传输的，所以只用传送频率范围在1000Hz-3000Hz的声音，医生和家庭成员就可以进行正常的交流，从而可以降低传输音频信号所占用的带宽，再采用合适的通信音频压缩协议即可满足实时音频的要求。智能机器人的听觉系统如图3所示。

　　3．3 各项生理信息的采集与传输

　　传统检测设备通过有线方式连到人体上进行生理信息的采集，各种连线容易使病人心情紧张，从而导致检测到的数据不准确。使用蓝牙技术可以很好地解决这个问题，带有蓝牙模块的医疗微型传感器安置在家庭成员身上，尽量使其不对人体正常活动产生干扰，再通过蓝牙技术将采集的数据传输到接收设备并对其进行处理。

　　在智能机器人上安装1个带有蓝牙模块的探测器作为接收设备，各种医疗传感器将采集到的生理信息数据通过蓝牙模块传输到探测器，探测器有2种工作方式：一是将数据交给智能机器人处理，提供本地结果；二是与Internet连接（也可以通过GSM无线模块直接发回），通过网络将数据传输到远程医疗中心，达到医疗保健与远程监护的目的。视频和音频数据的传输也采用这种方式。智能机器人的数据传输系统如图4所示。

　　4 蓝牙模块的应用

　　4．1 蓝牙技术概况

　　蓝牙技术［4］是用于替代电缆或连线的短距离无线通信技术。它的载波选用全球公用的2．4GHz（实际射频通道为 f=2402+k×1MHz，k=0，1，2，…，78）ISM频带，并采用跳频方式来扩展频带，跳频速率为1600跳/s。可得到79个1MHz带宽的信道。蓝牙设备采用GFSK调制技术，通信速率为1Mbit/s，实际有效速率最高可达721Kbit/s，通信距离为10m，发射功率为1mW；当发射功率为100mW时，通信距离可达100m，可以满足数字化家庭的需要。

　　4．2 蓝牙模块

　　ROKl01007型蓝牙模块［5］是爱立信公司推出的适合于短距离通信的无线基带模块。它的集成度高、功耗小（射频功率为1mW），支持所有的蓝牙协议，可嵌入任何需要蓝牙功能的设备中。该模块包括基带控制器、无线收发器、闪存、电源管理模块和时钟5个功能模块，可提供高至HCI（主机控制接口）层的功能。单个蓝牙模块的结构如图5所示。

　　4．3 主、从设备硬件组成

　　蓝牙技术支持点到点PPP（Point-t0-Point Pro-tocol）和点对多点的通信，用无线方式将若干蓝牙设备连接成1个微微网［6］。每个微微网由1个主设备（Master）和若干个从设备 （Slave）组成，从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，MAC地址用3位来表示，即在1个微微网内可寻址8个设备（互联的设备数量实际是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活8个，其中1个为主，7个为从）。从设备受控于主设备。所有设备单元均采用同一跳频序列。

将带有蓝牙模块的微型医疗传感器作为从设备，将智能机器人上的带有蓝牙模块的探测器作为主设备。主从设备的硬件主要包括天线单元、功率放大模块、蓝牙模块、嵌入式微处理器系统、接口电路及一些辅助电路。主设备是整个蓝牙网络的核心部分，要完成各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时还负责对各个从设备的