老吾老以及人之老

王繼業+李悅灃+吳佳星

2014春節期間，我和幾位同學來到蘭州八里窯社會敬老院看望爺爺奶奶，陪他們一起歡度佳節。

在與爺爺奶奶聊天時，他們大多有這樣的感觸：“老人越來越孤獨，年輕人越來越灑脫。”聽到他們的心聲，我們希望自己能做點什么，于是想到設計一個護愛型機器人，以滿足老人的護理和關心的需求，讓他們不再孤單。

一、設計目標

護愛型機器人無需人工遙控，機器人本體裝有感知、處理、決策、執行等控制系統的樂高機器人NXT和傳感器，在NXT控制器內編入程序就能自動完成各項擬人任務。

機器人體內裝有語言識別對話模塊，便于與老年人語音交流；它還具備良好的自主性和適應性，可根據環境變化調節自身參數、調整動作策略來處理緊急情況；也可模仿所輸入的人的性格特點與他人交流。

二、工作方式

1.護理方式

繁重的家務不適合老年人來做，所以護愛型機器人可承擔一些家務，如搬運雜物、打掃衛生等。

2.關愛方式

通過與老人對話，緩解老人的孤單情緒；通過一定的肢體動作，如牽老人的手、與老人一起散步等，讓他們有一種兒女陪在身旁的感覺，達到關愛目的。

3.工作方式

護愛型機器人除了能自行移動、定位、收集分析信息外，還能通過體內樂高NXT編程控制系統、各種功能傳感器、電子語言對話識別互交傳感系統，根據老人的情緒動作變化、語言對話而做出相應的反應，扮演老人“兒女”的角色。

三、結構功能

1.本體機械結構

護愛型機器人由頭部、眼睛、機身、手臂、腿等構成。通過各種驅動、傳動裝置及控制系統的協同配合，在確定空間范圍內移動。

2.控制系統

由電腦編程輸入給樂高NXT編程的控制系統中，控制方式為智能控制，通過傳感器獲得周圍環境信息，并根據自身內部的知識庫做出相應決策。控制策略的主要是傳感器控制、觸覺控制、視覺控制、聽覺控制和自適應控制。

3.傳感器

本機器人使用的傳感器主要有超聲波傳感器、觸碰傳感器、光電傳感器和語言識別模塊等。通過不同傳感器信息的互補，獲得外界完整的信息，了解老人的情緒變化，以便及時做出相應的反應。

4.語言識別對話模塊

這是護愛型機器人的主要創新系統，可根據老人指令為老人播放音樂，與他們對話聊天，完成各項任務。

四、制作調試

第一階段

李悅灃、吳佳星進行機器人功能和外表裝飾設計，王繼業在老師的指導下用廢棄木龍骨制作主體，在底部安裝機器人動力馬達和清潔衛生毛刷傳動系統。主體制作如圖1。

第二階段

用樂高積木搭建具有傳動功能的機器人頭部、胳膊和手抓部分，安裝在制作好的機器人主體上。并在機器人體內安裝LD3320語言識別控制開發板模塊系統、NST控制器和各種信息收集傳感器系統、音響等控制電路系統。如圖2。

第三階段

對機器人各部分功能進行編程測試，調整編程數據，修改完善機器人各部分功能，使其能更好地幫助老人。

五、進一步設想

我們設計制作的護愛型機器人有較強的科學性、創新性和實用性。今后，我們還計劃進行如下改進。

1.雖然護愛型機器人能完成指定的功能任務，但在機器人語音識別對話控制功能編程中，我們遇到了很多問題，特別是在網購的LD3320非設定語言識別開發板資料不夠全面的情況下，盡管請教了機器人廠家技術員，但由于語言識別模塊是新開發的模板，最終未能達到設計的目標，仍需進一步探究。

2.這款機器人的外表已經趨向于人，但四肢運動不夠靈活，靈活性有待提高。

3.機器人能自主執行的動作不夠多，只適合執行簡單任務，如何讓它成為多功能的任務型機器人，還需進一步研究。（指導老師：許燕春施秉忠）