老年服务机器人发展现状与关键技术

罗 坚(湖南信息职业技术学院，湖南长沙，410000)



老年服务机器人发展现状与关键技术

罗 坚
(湖南信息职业技术学院，湖南长沙，410000)

摘要：随着生活水平的显著提高和医疗条件的改善，老年服务机器人已成为当前服务机器人研究的一个重要方向，具有广阔的应用前景。介绍了国内外老年服务机器人的发展现状，对老年服务机器人的关键技术：自主移动技术、感知技术、智能控制技术和通信技术进行了介绍。对主要存在的问题和解决方案进行了总结。

关键词：老年机器人；服务机器人

0 引言

调查显示，当前世界上许多发达国家，都面临着社会人口老龄化的问题。随着人们生活水平的显著提高和医疗条件的不断改善，针对老年人的各种服务机器人已经出现在了我们生活中。面对空巢的老年家庭和单身的老年居住户，如何使用家庭服务机器人对患病或有障碍的老年人进行康复训练、心理陪护、生活辅助和日常监护等，已成为当前老年服务机器人研究的重点。

1 国内外研究现状

老年服务机器人在传统服务机器人研究的基础上，逐渐发展起来，该类服务机器人以老年人为服务对象。日本早稻田大学的教授Shigeki Sugano，开发的TWENDY-ONE就是为老年人服务的机器人。该服务机器人可以弯腰拾取物品，双手可以举起35kg重物。机器人全身皮肤柔软，可以拿捏各种形状的物体。法国的机器人公司Robosoft推出了一个名为Kompaï的机器人，主要用于帮助老年人和残疾人士。机器人能说会道，能听懂对话，能自主导航。韩国为老年人推出机器人伴侣。韩国开发了这个机器人的目的是给老年人提供一个玩伴，预防老年痴呆。

在我国，老年服务机器人的研究起步较晚。但近几年也有一定的发展。如中国哈工大研究的服务机器人，能够识别药品和茶杯等物体，会唱歌。中科院开展了知识创新工程“千家万户机器人”项目中的“老人服务机器人”课题。并在2012年展示了真人大小的“老人服务机器人”。总体来说，国内老年服务机器人的发展起步晚，与发达国家仍有一定差距，本且多是以低端产品为主。

2 关键技术

2.1 自主移动技术自主移动技术是服务机器人的关键技术之一。机器人的导航技术是自主移动技术的重要方面。移动机器人通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动即导航。当前室内机器人的导航技术主要包括：RFID导航，磁导航，超声波和雷达导航，语音导航和视觉导航等。童峰等设计了一种移动机器人超声波导航系统，用于室内结构环境下的机器人导航。Berns 等提出了一种基于RFID的导航技术。胡志军等设计了一种视觉引导助老服务机器人。李新德等提出了一种基于一般物体识别和GPU加速技术算法的机器人视觉导航方法，对服务机器人的视觉导航算法进行了研究。

2.2 感知技术

老年服务机器人是针对老龄人的特殊服务机器人，它们的感知系统是各种传感器共同构成的一个传感网络。包括压力传感器，在老年陪护机器人上用来感知触摸；烟雾和有害气体传感器来感知室内环境的情况；光电传感器，用来感觉室内光线强弱；速度传感器，用来测量移动速度和距离；接近传感器，用来短距离精确移动定位；语音传感器，实现人机对话，完成语音指令；视觉传感器，感知室内的空间环境，更好完成物体的识别，定位和抓取等。当前语音传感技术和空间视觉传感技术在老年服务机器人中得以广泛研究和应用，服务机器人通过语音和视觉可以完成拟人的环境感知。老年服务机器人是针对老龄人的特殊服务机器人，它们的感知系统是各种传感器共同构成的一个传感网络,感知室内的空间环境，更好完成物体的识别，定位和抓取等。侯锐等设计了一种以引导式语音交互和肢体动作为表达形式的老年陪护机器人系统，采用人性化语音交互、触觉感知与交互技术，对使用者提供个性化服务。吴培良等提出了一种动态家庭环境智能空间服务机器人全息建图方法，用以辅助服务机器人的定位。朱博等提出了一种基于“原型"的机器人开放式室内场所感知算法，通过视觉传感技术，更好服务对象。

2.3 智能决策控制技术智能决策和控制是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器进行智能决策和实现控制目标的自动决策控制技术。老年服务机器人的智能决策控制包括了在自主移动，精确定位，识别抓取物体，人机交互，网络控制等过程中的自动和智能化的决策和控制。智能决策控制包括了：模糊控制，神经网络控制，人工智能控制，仿人控制，混沌控制等。智能决策和控制主要用以解决控制对象无法精确建模的复杂控制问题情况，具有非线性等特点。

在导航轨迹控制上，张立勋等研究了基于全局视觉的服务机器人滑模轨迹跟踪控制。薛英花等利用Bayes规则实现RFID物品粗定位，用眼注视约束下的基于位置的视觉伺服系统，实现物品的抓取和运送等操作。张立勋等提出了一种移动臂式服务机器人的鲁棒补偿控制方法，实现了移动服务机器人对期望轨迹跟踪的鲁棒控制。徐昱琳等研究了基于双目视觉的服务机器人仿人机械臂控制,使用三维坐标信息控制机械臂完成特定任务。

2.4 通信技术

通信技术在老年服务机器人上的应用，可以实现传感数据，声音和图像等数据在网络上的传输，同时可以接受来自远程网络的命令和控制。当前服务机器人的远程交互方式包括：基于TCP/ IP的有线和无线网络通信；基于手机网络的GSM数据传输；基于无线传感网络（WSN）的交互通信。王宏杰等研究了基于C/S模型机器人网络控制器，开发了机器人柔性自动化应用程序和基于 Web 的远程机器人监控系统。张玲等对 Internet和ZigBee在机器人远程控制中的应用进行了研究。刘光伟等研究了基于GPRS网络的家用安防机器人远程通信系统。Berns等提出了一种基于Markov的老年监护机器人的快速定位方法，并采用互联网络和WEB技术来进行远程监控。

3 存在的问题

老年机器人的向前发展是未来的一个必然趋势，但是在当前其发展仍存在不少问题。在技术方面：（1）服务机器人连续工作时的续航能力和自主快速充电技术未得到很好的解决。（2）老年服务机器人的情感检测方面未得到很好的研究。（3）如何开发低成本又快速的图像和视频处理硬件是将老年服务机器人推向产品必须要解决的问题。（4）进行多维度老年服务机器人手臂控制的研究，将更有利于精确定位和抓取。（5）现代网络技术的应用，特别是将老年服务机器人与各种终端相连接，将有利于老年服务机器人更人性化的发展。同时建立以家庭-社区的监护网络，将有利于老年服务机器人的实际应用。除了技术方面的问题外，老年服务机器人的研究还面临着各种非技术上的问题。如研究人员与用户间缺乏有效交互，研究出来的成果可能先进，但无潜在客户群体或得不到认同。除此外，研究出来的服务机器人性价比差，超出普通人群的消费需求。老年服务机器人缺乏统一的行业规范，服务机器人之间基本不具备兼容性。

4 结论与展望

随着社会和科技的发展，服务机器人的技术在不断进步，人们对生活品质的要求不断提高，促使针对老龄人群体的老年服务机器人兴起和发展，并最终将形成一个产业。为了更好的发展老年服务机器人，并最终将其运用到家庭里面去，研究人员一方面将最新的技术应用到该项目中来，同时不断加强与潜在客户群体的联系，最终要研制出智能化，模块化、网络化、低成本化和轻量化的老年服务机器人，将其早日融入到我们社会中去。解决人口老龄化，提高老年人生活质量等一系社会问题，更好的服务人类。

参考文献

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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

*基金项目：湖南省教育厅科学研究项目，基于异常步态行为检测识别的助老机器人研究应用(15C0981）。