基于MCU的智能家居照护机器人的设计与实现

　　．Kinect骨架判断

　　Kinect透过镜头即时撷取使用者的动作，之后并会接着解析相对应的指令。透过内建的红外线VGA镜头发出主动式雷射，在Kinect可扫描的範围内藉由雷射反射过程判断使用者位置，当使用者的身体部位识别完毕后，Kinect会将所撷取到的资料整理成一组骨架图，藉此对应于相关应用。

　　使用Kinect本身的骨架辨识功能，能模拟出老人的骨架，让主系统监控骨架与动作，判断骨架是否出现或是下降；判断特定动作，启动特定的功能，如图3为人体进入Kinect範围时会出现骨架识别，进而做出不同指令动作。

　　图3 机器人动作流程图

　　．紧急简讯传送

　　当老人发生跌倒时，主系统接受跌倒指令数值判断出Kinect所勾勒出的骨架是否下降或消失，并透过紧急简讯功能，立即发送简讯至子女的手机进行通知，家人在查看到简讯后能立即开启网路视频服务，可于第一时间了解家中老人的状况，并与老人进行对话。

　　此外，简讯功能可指定手机号码，且更改紧急联络人十分方便。

　　．脸书动态/互动视频服务

　　当老人需要照护机器人进行观看在外子女的动态或联络时，可透过手势辨识，呼叫照护机器人过来至身旁，机器人可透过手势动作判别进行脸书动态服务，可观看子女在外打卡或上传照片，也可利用网路摄影机及网路视频功能与在远方子女进行视频对话，随时知道彼此的消息。

　　执行完整测试项目　机器人实现更安全老人照护

　　图3为该系统的动作流程图，以微控制器（MCU）做为核心控制（图4），进行数值运算与即时反应，利用微控制器的高运算处理速度来即时完成所有数值接收与指令，让机器人不会因延迟而导致行动不顺畅。

　　图4 微控制器动作方块图

　　主系统芯片还须与其他硬件结构说明，以主系统芯片出发，达到所有模组相互结合的应用，进而完成智能型照护机器人的设计与实现。在实作过程中须进行仔细调整与测试的项目，包括直流马达驱动控制、超音波定位角度追踪、Kinect指令动作方向和机器人追随安全距离。

　　．直流马达驱动控制

　　为让本系统达到行动照护，所以直流马达是必定需要的，并使用马达驱动器，控制起来只须调整脉衝宽度调变（PWM），以及马达的正反转、时间差和转动速度等参数，就能让照护机器人行动起来更加顺畅（图5）。

　　图5 直流马达测试及建置

　　利用测试方法让马达得以进行正反转动作，再将完成的马达驱动置于该作品底座，裡头包含自行设计的电路板、配置电源及最重要的马达驱动器等。

　　．超音波定位角度追踪

　　为能让机器人能自动追踪人体，自行简易设计出应用叁个超音波判断距离与方向，再与伺服器马达结合而形成的角度追踪，透过侦测叁种方向，马达就能精準追随并停止。

　　．Kinect指令动作方向

　　该系统结合Kinect进行骨架与动作侦测，手势动作则应用于开启脸书动态服务于网路视频功能，为方便开启功能，进而测试手势不同方向与动作。

　　．机器人追随安全距离

　　为能让跟随老人并维持距离追踪，以及Kinect角度侦判範围，测试不同距离来决定能最精準且侦测到数值的车身与老人间距，分别测试50cm、80cm、100cm叁种不同距离。

　　图6为该系统的正面摆设，其中包含笔记型电脑的放置，用来观看视频及骨架侦测观察画面。Kinect置于上方处，方便撷取整个骨架，并结合超音波进行人体追踪，置放叁颗以扩大测量範围。

　　图6 照护系统正面硬件装置配置

　　藉由跟随功能达到即时监控，让老人在家中能降低危险发生，并利用本身置物柜以放取老人日常生活用品，达到即时拿取的便利性，以最人性化且智能的方式照顾好老人，未来也将会增加更多功能，来让服务更加完善。