仿真机器人在残疾人无障碍生活中的应用分析

陈凯家

摘  要：仿真机器人集机械、电子、计算机、材料、传感器和控制技术等多门科学于一身，模仿人的形态和行为而设计制造，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部，其技术代表着时代最新的高科技发展水平。该文根据仿真机器人在不同技术发展阶段的技术和产品应用特点展开分析，通过研究仿真机器人在残疾人生活起居中应用需求、应用可行性、应用范围、应用前景、发展趋势等内容，让人们充分认识到仿真机器人对残疾人无障碍生活的重要性。

关键词：仿真机器人  发展历程  应用特点  残疾人  无障碍生活  应用范围

中图分类号：TP391           文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）08（a）-0041-04

Analysis on the Application of Simulation Robot in Barrier Free Life of Disabled People

CHEN Kaijia

（Shenzhen Senior High School， Shenzhen， Guangdong province， 518000 china）

Abstract： The simulation robot is designed and manufactured by imitating the shape and behavior of humans， which is composed of mechanical， electronic， computer， material， sensor and control technology. Generally， it has limbs and head respectively or simultaneously. Its technology represents the latest development level of high technology. In this paper， according to the characteristics of technology and product application of simulation robot in different stages of technology development， through the research of application requirements， application feasibility， application scope， application prospect， development trend and other contents of simulation robot in disabled people's daily life， people fully realize the importance of simulation robot for disabled people's barrier free life.

Key Words： Simulation robot; Development process; Application characteristics; Disabled; Barrier free life; Application scope

残疾人包括了所有存在残障和身心障碍的人，联合国《残疾人权利公约》指出“残障，是伤残者和阻碍他们与他人在平等的基础上充分和切实的参与社会的各种态度和环境障碍相互作用所产生的结果”。《中华人民共和国国宪法》和《中华人民共和国残疾人保障法》中都指出，公民在年老、残障或者丧失劳动能力的情况下，有从国家和社会获得物质帮助的权利，这是我国政府相关部门制定无障碍标准和建设工程无障碍设计的基本依据，为残疾人、老年人等弱势群体提供尽可能完善的服务。中国住房和城乡建设部发布的第1354公告，制订关于《中华人民共和国国家标准无障碍设计规范（Codes for accessibility design）GB 50763—2012》，批准《无障碍设计规范》为国家标准，编号为GB 50763—2012，自2012年9月1日起实施。随着科技的应用和生活水平的提高，城市无障碍建设要求的标准和内容也越来越完善，而仿真机器人随着智能技术的快速发展，功能也将更加完善，将仿真机器人应用到照顾残疾人衣食住行生活当中，不仅可以消除残疾人群体的心理压力，丰富残疾人精神世界，也可以提升残疾人群体的生活质量，对残疾人生活乃至社会产生积极影响，是实现残疾人无障碍生活的重要工具。

1  发展历程和应用特点

1.1 发展历程

机器人创新发展历程分为如下4个阶段：第一阶段，发展萌芽期。1954年，第一台可编程的机器人在美国诞生。1958年，美国发明家恩格尔伯格建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一台工业机器人。这一阶段，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了实用阶段。第二阶段，产业孕育期。1962年，美國AMF公司生产出第一台圆柱坐标型机器人。1969年，日本研发出第一台以双臂走路的机器人。同时日本、德国等国家面临劳动力短缺等问题，因而投入巨资研发机器人，技术迅速发展，成为机器人强国。这一阶段，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人也得到了迅速的发展。这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in/Playback）型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。第三阶段，快速发展期。1984年，美国推出医疗服务机器人Help Mate，可在医院里为病人送饭、送药、送邮件。1999年，日本索尼公司推出大型机器人爱宝（AIBO）。这一阶段，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了有感觉的机器人。焊接、喷涂、搬运等机器人被广泛应用于工业行业。2002年，丹麦iRobot公司推出了吸尘器机器人，是目前世界上销量最大的家用机器人。2006年起，机器人模块化、平台统一化的趋势越来越明显。近5年来，全球工业机器人销量年均增速超过17%，与此同时，服务机器人发展迅速，应用范围日趋广泛，以手术机器人为代表的医疗康复机器人形成了较大产业规模，空间机器人、仿生机器人和反恐防暴机器人等特种作业机器人实现了应用。第四阶段，智能应用期。这一阶段，随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化趋势日益明显，逐渐渗透到社会生产生活的每一个角落。

1.2 基本特点

仿真机器人是模仿人类动作，具有互动交流功能的专业服务机器人。因此与传统机器人（如工业机器人、电动轮椅、机械假肢、工业机械臂）相比，仿真机器人外观更接近人，智能程度更高，还具备基本沟通交流能力，因此更具有亲和力。除此之外，仿真机器人还结合了科技与情感的综合产物，不仅仅功能智能，且思维以及外在形态上的高度仿真也赋予了它更高层次的智能。随着技术水平的发展，仿真机器人的功能越来越完善，正被用于人类社会的各行各业，已经成为人类不可或缺的助力，比如发电厂的检查、维护和灾难响应，以减轻人类工人繁重而危险的工作，还有接受宇航员在太空旅行中的日常任务以及其他相似的用途，包括陪伴老人和病人，充当向导，以接待员的角色与客户互动，甚至可能成为人类移植器官生长的宿主等。

2  仿真机器人在残疾人无障碍生活中的应用分析

2.1 应用需求分析

中国各类残疾人总数已达8500万，约占中国总人口比例的6.21%。残疾人士根据诱因可以分为先天性残疾人士和后天性残疾人士，前者的治愈率相对较低，大部分都需要他人来照顾生活起居。后者多受到突发事故或疾病的影响导致残障，部分残疾人士可以经过康复训练恢复正常生活，相比于先天性残疾人士，后天性残疾人的内心创伤比较严重，可能还伴有心理疾病，在受到他人照顾时，内心的压力较大，更容易出现情绪的异常波动。仿真机器人的应用，能够营造良好的沟通氛围，而且可以为残疾人提供日常所需的服务内容，使残疾人不会有太多的心理负担，从而可以积极地在日常生活中进行康复训练，逐步基本实现无障碍生活，甚至回到正常人的生活水平当中。另外，仿真机器人能够减少甚至解放残疾人家庭中的其他成员的压力，从而确保整个家庭生活的正常和稳定，而家庭生活的正常和稳定反过来又可以提高残疾人本人的无障碍生活水平的保障，从而形成良性的正向循环。

2.2 应用可行性分析

1956年夏季由一批科学家在美国的达特茅斯大学举办了一次研讨会，会议上同意使用由麦卡锡提出的新术语：人工智能（缩写为AI），标志着人工智能学科的诞生。在科学技术快速发展的背景下，仿真机器人的功能属性也在不断拓宽，同时其思维运作模式也在很大程度上可以模仿正常人类。现在所生产出的仿真机器人不仅具备了力量感觉、语言沟通能力、行动能力、平衡能力等功能，而且还可以根据指令做出比较复杂的动作，如跳舞、快速移动等，这也使得仿真机器人更加贴近生活，成为了生活性人工智能[1]。残疾人起居生活属于生活类内容，生活类仿真机器人随着不断的技术升级，“智力”越来越接近人类，而且“情绪”稳定，使得将其用来照顾残疾人变得越来越可行，特别也不会出现人类的情绪波动（如对残疾人不耐烦，疏忽甚至歧视残疾人等），因此更加适合对残疾人群体的照顾。

2.3 应用范围分析

仿真机器人可以应用到残疾人起居生活的各个方面，帮助残疾人实现无障碍地生活。应用范围大概归为以下四大类[3]。

（1）在智力方面。仿真机器人一方面可以对残疾人提供知识学习平台，激发残疾人的学习兴趣，提高残疾人的智力水平;另一方面仿真机器人可以提供信息交流平台，让残疾人实时了解世界资信。实现与社会交流的能力。（2）在人工情感交流方面，将情感注入计算机或机器人具有十分重要的意义，它使电脑向人脑的方向迈进了一大步，大大增强其使用功能，扩展了其应用范围。如果机器人具有与人一样的情感和意志，就具有了独立的人格、自控的行为、自主的决策、创新的思维和自由的意志，就能够在复杂的环境条件下，了解和猜测主人的价值取向、主观意图和决策思路，灵活性地、积极地、创造性地进行活动，使其运行过程具有更明确的目标性、更高的主动性和更强的创造性，圆满完成主人交给的各种复杂的工作任务，从而在更大的工作范围取代人。届时，从纯逻辑的角度来看，人与机器人就再没有任何根本性差异了，这将是人工智能技术的一次重大飞跃。（3）在康复训练方面。可以在仿真机器人程序内加入监测芯片，如电影《超能陆战队》中的“大白”一般，可以对病人目前的机能状态进行监督，同时还可以引导病人进行康复训练，由于残疾人没有过多的心理负担，因此康复速度相较于传统训练模式要更快一些。（4）在安全预警方面。仿真机器人可以作为陪护来照顾残疾人的生活，并且在残疾人遇到危险时还可以发出求救信号，为残疾人争取到更多的救援时间。特别在灾难预警方面，通过在仿真机器人内部安装火警报警器检测室内温度、烟雾浓度以及空气质量。在发现异常情况后，除发出警报信息外，还能够帮助残疾人移动至安全区域，确保残疾人的生命安全[2]。

2.4 应用前景分析

中国乃至世界许多国家，除了残疾人群体的需求，幼儿、老龄化等特殊人群的需要也日益迫切。许多养老院隨着老年人口数量的增加随之兴建，在传统模式下需要配备一定数量的医护人员，来照顾残疾人的基本生活，但是受到医护人员综合水平的影响，许多不够专业的医护人员使患者家属不满，导致医患关系恶化。仿真机器人的应用，可以填补医护人员紧缺的空档，同时还可以为残疾人提供更加专业的服务，仿真机器人不仅仅提供更加优质的服务，也在一定程度上缓解了医患关系。不仅是在养老院，在未来发展过程中，仿真机器人还会逐渐大量地入住到个人家庭当中，为家庭提供更加优质的服务。

2.5 发展趋势分析

2.5.1 全方位的安全保障

无论在何时，安全问题一直都是人们最为关注的话题，在仿真机器人未来发展过程中，安全性始终都是需要考量的重点内容之一。具体来说，就是在设计仿真机器人各项参数时，需要从机械设计、传统工业设计、人体工程学内容、心理学设计等内容展开考量，同时需要进行实验模拟、风险评估等必要工作，以此提高仿真机器人的安全性。

2.5.2 个性化信息交互

残疾人相比正常人而言，其自身生理机能相对较差，对此在设计仿真机器人时，不能只考虑其功能性问题，而是需要结合用户自身的特点，针对性设计符合用户与仿真机器人进行正常信息交互的界面，使仿真机器人可以准确接收到用户下达的指令，提供准确的服务内容，从而提高仿真机器人的实用价值，使其可以为用户提供更加优质的服务内容。

2.5.3 功能集成与模块化

残疾人在日常生活中，对于服务内容的要求存在着一定的差异性，如果按照通用化设计方式来完成仿真机器人设计，很难提供个性化的服务，降低了仿真机器人与用户之间的契合度。在未来发展过程中，需要对仿真机器人的功能服务进行集成或模块化划分，在用戶提出请求时，可以直接从对应模块中提取到对应的服务内容，从而提高仿真机器人的适用范围，降低适用成本。

2.5.4 市场产品化

现阶段，很多国家已经开始尝试仿真机器人的产品化生产，据RIA机器人工业协会报道，仿真机器人市场在2023年将达到39亿美元，在2017—2023年间，其复合年增长率（CAGR）将达到惊人的52.1%。不过从目前生产情况来看，还有很长的路需要去走。但是在未来的发展过程中，仿真机器人会逐渐向市场产品化靠拢，同时可以根据残疾人的生活特点进行个性化设计，这样可以最大限度地满足残疾人的生活需求，为残疾人提供更加优质的服务内容。

2.5.5 人工情感化

除了上述内容外，仿真机器人在未来发展过程中，不会局限于对人体基本形态或者生活操作的模拟操作，而是会继续向着人工情感化的方向进行发展，即沿着人类意识开发、人类情感等方向发展，这也使得仿真机器人可以更加了解残疾人的内心想法，提供更好的精神服务。

3  结语

综上所述，随着人工智能技术的迅速发展，仿真机器人作为其产物，在未来必然迎来爆发式的应用发展。仿真机器人在照顾残疾人起居生活中，帮助实现无障碍的生活，对于提高社会结构稳定性起着积极的作用。

参考文献

[1] 胡运强，朱明勋.仿人机器人运动姿态的动态多目标优化研究[D].哈尔滨工业大学，2019.

[2] 李剑，李辉.仿人机器人在残疾人生活起居中的应用分析[J].中国医疗设备，2018，27（2）：57-61.

[3] 王雅晴.残疾人无障碍设计和智能康复产品研究[D].浙江大学，2016.

[4] 李海涛.机器人控制技术特点与应用趋势[J].科技创新导报，2018，15（7）：175-176.

[5] 金定浩.浅谈工业机器人的发展现状与趋势[J].科技创新导报，2017，14（10）：1，3.

[6] 赵艺兵，王振豪，倪银堂，等.拖动示教教学机器人研究与设计[J].实验技术管理，2020（6）：128-131.