基于人工智能技術的養老服務機器人設計

曾鳴晨

（武漢鋼鐵公司第三子弟中學，湖北武漢，430000）

0 引言

現在養老問題已成為一個世界性的社會難題。在較發達的國家和地區其實很早就出現了人口老齡化問題，現在越來越多的發展中國家也出現了人口老齡化的情況，具人口統計單位顯示，截至到2015年底，在全球60歲以上老年人口已突破9億，占世界總人口的10%以上。中國是老齡化程度更是較嚴重的國家之一。2016年末，中國老年人口已達2.3億，占總人口的16.7%，并且每年新增1000多萬，養老成為了當代一個嚴峻的社會問題。一方面，我國計劃生育實行30多年來，取得緩解人口壓力的巨大成效的同時，“四二一”或“四二二”家庭模式正悄然興起。這直接導致獨生子女的贍養壓力過大，不能為老年人提供高品質的物質與精神上的養老服務。即使二胎開放，年輕人生育意愿低下，仍不能緩解贍養壓力過大的問題。另一方面，我國養老機構數量有限，規模有限，環境和設備較差，專業的護理人員匱乏。而且沒有專門人員陪伴老年人，使得老年人生活孤單寂寞，不能滿足其精神層面上的需求。

而運用人工智能技術設計一款功能齊全的服務機器人，可以解決一系列養老難題，讓老年人享受到更高品質的生活的同時，也大大減輕了年輕人與社會的壓力。

本機器人的主要功能包括幫助老年人做家務，與老年人聊天與游戲，地圖導航與通信。幫老年人做家務可以讓老年人更加安閑，有更多的時間去享受生活，同時減輕老年人不必要的負擔。與老年人進行聊天與游戲可以給予老年人情感上的陪伴，為老年人提供娛樂渠道，使老年人的晚年生活更加豐富多彩。地圖導航可以讓老年人在外游玩時避免迷路，使老年人的出行更加安全，通信功能可以讓老年人隨時與家人取得聯系，增強其安全感，同時也讓老年人少了一份對子女的擔憂與牽掛，可以安心地享受多姿多彩的生活。

1 機器人主要模塊介紹

1.1 智能圖像識別模塊

物品識別是機器人的關鍵技術之一。此模塊可以讓老年人生活更加便利，不必操勞于瑣碎的家務活，盡享一個輕松愉快的晚年。其功能如圖1所示。

本模塊分為前端和后端兩個部分：

前端方面面向用戶，用戶可通過語音操控機器人，通過電流感應，機器人轉化語音信號為電信號，然后再發送給后端模塊進行處理。

后端模塊方面，對語音信號進行預處理，篩選出所識別的語音，然后進行分析理解，獲取語音信息內容，然后機器人開始移動，調用攝像頭，捕捉周圍物體的信息，系統對攝像頭捕捉到的信息進行處理，篩選出所識別的圖像信息，通過圖像識別技術得到圖像的信息內容，這時機器人再進行下一步行為，從而實現智能識別的功能。

當老年人想讓機器人幫自己拿東西或做簡單家務時，可以通過語音發出指令，機器人接受指令后便開啟攝像頭對四周的物體進行捕捉，并利用圖像識別技術識別物體，決定下一步操作。

1.2 智能語音對話模塊

智能語音對話模塊主要應用的技術是語音識別技術。智能語音對話模塊的功能如圖2所示。

老年人發出語音信號，在輸入端，機器人獲取到語音信號，轉化為相應的電信號，經過系統的處理，建立出語音模型，對語音信息進行分析處理，抽取相應的特征，建立語音識別所需的模板，系統根據搜索策略找出與輸入語音匹配的模板，然后得出識別結果，對老年人的話進行理解，完成指令。

圖1 智能識別模塊

圖2 智能語音識別模塊

譬如老年人想讓機器人拿一個板凳過來，可以下達“拿一個凳子過來”的指令，機器人通過對“拿”、“一個”“凳子”、“過來”之類的關鍵詞，對老年人說的話進行充分理解，并調用攝像頭，通過圖像識別技術找到板凳并走過去再將其拿過來。這樣老年人的生活會更加便利、舒適，其生活質量也會得到改善。除了人機交互外，該機器人還可實現人人交互，其流程如圖3所示。

老年人輸入的語音轉變成電信號加在識別系統的輸入端進行語音識別，服務機器人再對所識別的語音中的關鍵詞進行提取，找出關于人人交互的指令，機器人進行連接手機操作，幫助老年人隨時和親朋好友進行聯系溝通。這樣老年人獨自在家時也能感受到親情、友情的溫暖。

1.3 智能導航模塊

智能導航模塊是本機器人的特色之一。由于老年人健忘或者本身具有其它身體疾病，在外獨自行走時容易記不清路線甚至迷路，此時就需要導航技術來幫忙了。

當老年人需要查詢路線時，可以直接語音說，“我想要去某某目的地”，服務機器人自動識別出目的地，并根據目前所在地理位置結合地圖系統進行路徑規劃，告訴老年人最適合的行進路線。

1.4 智能游戲模塊

智能游戲模塊是本機器人的亮點。當老年人覺得無聊時，玩游戲是一個很好的消遣時間的方式，當老年人想玩游戲時，可通過語音激活游戲系統。然后，機器人的顯示屏將進入游戲界面。游戲界面有一些益智小游戲，如：中國象棋，斗地主，圍棋等，通常這些游戲都需要多人參與，機器人內置益智小游戲的智能程序，能夠與老年人一起進行娛樂，滿足精神需求，使老年人的晚年生活更加豐富有趣。

2 可實現功能

本文基于人工智能技術所設計的養老服務機器人可以實現如下功能：

(1)通過智能識別的技術，服務機器人能夠幫助老年人拿東西、做簡單家務；

(2)通過語音識別的技術，可以實現與老年人聊天，與不在身邊的親朋好友實時通話，讓老年人不再感到孤獨寂寞；

圖3 人人交互流程圖

(3)通過調用百度地圖API實現智能導航，給老年人提供準確的路線指導；

(4)通過游戲模塊，豐富老年人的晚年生活，增加娛樂趣味。

3 總結

本機器人結合社會養老服務的需求設計了一款新型的服務機器人，功能豐富，富有人性化。這款服務機器人很好地將人工智能先進的技術與生活相結合，很大程度上解決了養老難題，讓老年人的晚年生活更加舒適，也為家庭和社會減輕了負擔。在今后我們可以對服務機器人進行完善，推廣應用于養老服務中去，來造福更多的老年人。不過這款機器人仍存在一些問題，例如運用語音識別技術和老年人溝通交流時，可能只能理解簡單的話語，稍微復雜就很難做出正確的回應。隨著人工智能的語音識別技術、圖像識別技術、自然語言處理技術的進一步發展和提高，養老服務機器人也會更加完善，其能力也會得到更多的保障。