老年服務機器人發展現狀與關鍵技術

羅 堅(湖南信息職業技術學院，湖南長沙，410000)

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老年服務機器人發展現狀與關鍵技術

羅 堅
(湖南信息職業技術學院，湖南長沙，410000)

摘要：隨著生活水平的顯著提高和醫療條件的改善，老年服務機器人已成為當前服務機器人研究的一個重要方向，具有廣闊的應用前景。介紹了國內外老年服務機器人的發展現狀，對老年服務機器人的關鍵技術：自主移動技術、感知技術、智能控制技術和通信技術進行了介紹。對主要存在的問題和解決方案進行了總結。

關鍵詞：老年機器人；服務機器人

0 引言

調查顯示，當前世界上許多發達國家，都面臨著社會人口老齡化的問題。隨著人們生活水平的顯著提高和醫療條件的不斷改善，針對老年人的各種服務機器人已經出現在了我們生活中。面對空巢的老年家庭和單身的老年居住戶，如何使用家庭服務機器人對患病或有障礙的老年人進行康復訓練、心理陪護、生活輔助和日常監護等，已成為當前老年服務機器人研究的重點。

1 國內外研究現狀

老年服務機器人在傳統服務機器人研究的基礎上，逐漸發展起來，該類服務機器人以老年人為服務對象。日本早稻田大學的教授Shigeki Sugano，開發的TWENDY-ONE就是為老年人服務的機器人。該服務機器人可以彎腰拾取物品，雙手可以舉起35kg重物。機器人全身皮膚柔軟，可以拿捏各種形狀的物體。法國的機器人公司Robosoft推出了一個名為Kompa?的機器人，主要用于幫助老年人和殘疾人士。機器人能說會道，能聽懂對話，能自主導航。韓國為老年人推出機器人伴侶。韓國開發了這個機器人的目的是給老年人提供一個玩伴，預防老年癡呆。

在我國，老年服務機器人的研究起步較晚。但近幾年也有一定的發展。如中國哈工大研究的服務機器人，能夠識別藥品和茶杯等物體，會唱歌。中科院開展了知識創新工程“千家萬戶機器人”項目中的“老人服務機器人”課題。并在2012年展示了真人大小的“老人服務機器人”。總體來說，國內老年服務機器人的發展起步晚，與發達國家仍有一定差距，本且多是以低端產品為主。

2 關鍵技術

2.1 自主移動技術自主移動技術是服務機器人的關鍵技術之一。機器人的導航技術是自主移動技術的重要方面。移動機器人通過傳感器感知環境和自身狀態，實現在有障礙物的環境中面向目標的自主運動即導航。當前室內機器人的導航技術主要包括：RFID導航，磁導航，超聲波和雷達導航，語音導航和視覺導航等。童峰等設計了一種移動機器人超聲波導航系統，用于室內結構環境下的機器人導航。Berns 等提出了一種基于RFID的導航技術。胡志軍等設計了一種視覺引導助老服務機器人。李新德等提出了一種基于一般物體識別和GPU加速技術算法的機器人視覺導航方法，對服務機器人的視覺導航算法進行了研究。

2.2 感知技術

老年服務機器人是針對老齡人的特殊服務機器人，它們的感知系統是各種傳感器共同構成的一個傳感網絡。包括壓力傳感器，在老年陪護機器人上用來感知觸摸；煙霧和有害氣體傳感器來感知室內環境的情況；光電傳感器，用來感覺室內光線強弱；速度傳感器，用來測量移動速度和距離；接近傳感器，用來短距離精確移動定位；語音傳感器，實現人機對話，完成語音指令；視覺傳感器，感知室內的空間環境，更好完成物體的識別，定位和抓取等。當前語音傳感技術和空間視覺傳感技術在老年服務機器人中得以廣泛研究和應用，服務機器人通過語音和視覺可以完成擬人的環境感知。老年服務機器人是針對老齡人的特殊服務機器人，它們的感知系統是各種傳感器共同構成的一個傳感網絡,感知室內的空間環境，更好完成物體的識別，定位和抓取等。侯銳等設計了一種以引導式語音交互和肢體動作為表達形式的老年陪護機器人系統，采用人性化語音交互、觸覺感知與交互技術，對使用者提供個性化服務。吳培良等提出了一種動態家庭環境智能空間服務機器人全息建圖方法，用以輔助服務機器人的定位。朱博等提出了一種基于“原型"的機器人開放式室內場所感知算法，通過視覺傳感技術，更好服務對象。

2.3 智能決策控制技術智能決策和控制是指在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器進行智能決策和實現控制目標的自動決策控制技術。老年服務機器人的智能決策控制包括了在自主移動，精確定位，識別抓取物體，人機交互，網絡控制等過程中的自動和智能化的決策和控制。智能決策控制包括了：模糊控制，神經網絡控制，人工智能控制，仿人控制，混沌控制等。智能決策和控制主要用以解決控制對象無法精確建模的復雜控制問題情況，具有非線性等特點。

在導航軌跡控制上，張立勛等研究了基于全局視覺的服務機器人滑模軌跡跟蹤控制。薛英花等利用Bayes規則實現RFID物品粗定位，用眼注視約束下的基于位置的視覺伺服系統，實現物品的抓取和運送等操作。張立勛等提出了一種移動臂式服務機器人的魯棒補償控制方法，實現了移動服務機器人對期望軌跡跟蹤的魯棒控制。徐昱琳等研究了基于雙目視覺的服務機器人仿人機械臂控制,使用三維坐標信息控制機械臂完成特定任務。

2.4 通信技術

通信技術在老年服務機器人上的應用，可以實現傳感數據，聲音和圖像等數據在網絡上的傳輸，同時可以接受來自遠程網絡的命令和控制。當前服務機器人的遠程交互方式包括：基于TCP/ IP的有線和無線網絡通信；基于手機網絡的GSM數據傳輸；基于無線傳感網絡（WSN）的交互通信。王宏杰等研究了基于C/S模型機器人網絡控制器，開發了機器人柔性自動化應用程序和基于 Web 的遠程機器人監控系統。張玲等對 Internet和ZigBee在機器人遠程控制中的應用進行了研究。劉光偉等研究了基于GPRS網絡的家用安防機器人遠程通信系統。Berns等提出了一種基于Markov的老年監護機器人的快速定位方法，并采用互聯網絡和WEB技術來進行遠程監控。

3 存在的問題

老年機器人的向前發展是未來的一個必然趨勢，但是在當前其發展仍存在不少問題。在技術方面：（1）服務機器人連續工作時的續航能力和自主快速充電技術未得到很好的解決。（2）老年服務機器人的情感檢測方面未得到很好的研究。（3）如何開發低成本又快速的圖像和視頻處理硬件是將老年服務機器人推向產品必須要解決的問題。（4）進行多維度老年服務機器人手臂控制的研究，將更有利于精確定位和抓取。（5）現代網絡技術的應用，特別是將老年服務機器人與各種終端相連接，將有利于老年服務機器人更人性化的發展。同時建立以家庭-社區的監護網絡，將有利于老年服務機器人的實際應用。除了技術方面的問題外，老年服務機器人的研究還面臨著各種非技術上的問題。如研究人員與用戶間缺乏有效交互，研究出來的成果可能先進，但無潛在客戶群體或得不到認同。除此外，研究出來的服務機器人性價比差，超出普通人群的消費需求。老年服務機器人缺乏統一的行業規范，服務機器人之間基本不具備兼容性。

4 結論與展望

隨著社會和科技的發展，服務機器人的技術在不斷進步，人們對生活品質的要求不斷提高，促使針對老齡人群體的老年服務機器人興起和發展，并最終將形成一個產業。為了更好的發展老年服務機器人，并最終將其運用到家庭里面去，研究人員一方面將最新的技術應用到該項目中來，同時不斷加強與潛在客戶群體的聯系，最終要研制出智能化，模塊化、網絡化、低成本化和輕量化的老年服務機器人，將其早日融入到我們社會中去。解決人口老齡化，提高老年人生活質量等一系社會問題，更好的服務人類。

參考文獻

[1]Karsten Berns, Syed Atif Mehdi. Use of an Autonomous Mobile Robot for Elderly Care. IEEE computer society. 2010:121-126.

[2] 胡志軍，戴 敏，張 磊，鄭建勇，陸 光，張志勝. 一種視覺引導助老服務機器人的總體設計.機電工程.2009,26(4):1-4.

[3] 李新德,張曉,朱博,戴先中.一種基于GOR+GPU算法的機器人視覺導航方法.機器人.2012,34(4):466-474.

[4] 侯銳,曹宏,劉加. 老年陪護機器人系統的設計與實現. 電聲技術.2011,35(5):41-44.

[5] 吳培良,朱玲,張瑋. 動態家庭環境智能空間服務機器人全息建圖方法.科技導報. 2010,28(12):72-78

[6] 朱博,戴先中,李新德. 基于“原型"的機器人開放式室內場所感知算法術. 模式識別與人工智能. 2012,25(1):1-10.

[7] 張立勛,卜遲武. 基于全局視覺的服務機器人滑模軌跡跟蹤控制. 遼寧工程技術大學學報(自然科學版). 2009,28(1):102-106.

[8] 薛英花,田國會,周風余,李國棟,尹建芹. 智能空間中的服務機器人物品搜尋與操作.高技術通訊. 2012,22(1):74-81

[9] 張立勛,卜遲武. 移動臂式服務機器人的魯棒補償控制. 電機與控制學報. 2009,13(1):149-153.

Development Status and Key technology of Service Robot for Elderly

Luo Jian
（Hunan College of Information, Changsha Hunan,410000）

Abstract：As improvement of living standards and medical conditions,elderly service robots have become one of the most important research direction in current service robot researches, and have broad prospect in application.This paper present the developing status of service robots for elderly at home and abroad,and the several key technologies of robots for elderly are introduced, including autonomous mobile technology, sensing technology,intelligent control technology and communication technology.The main existing problems and solutions are summarized.

Keywords：robot for elderly；service robot

*基金項目：湖南省教育廳科學研究項目，基于異常步態行為檢測識別的助老機器人研究應用(15C0981）。