服务机器人在智慧社区发展中的功能性设计

邹礼杨 曹伟智 鲁迅美术学院

王昕钰 沈阳师范大学

0 前言

信息技术的飞速发展与智能产品的出现，已逐渐被人们所认识到，智慧社区是未来社区的发展方向。目前，已有不少研究人员对智能机器人进行了研究，陈亮[1]等人从学术文献角度提出规模化、智能化、类人化和交互形式多样化是未来服务机器人发展的重要趋势。在智能技术方面，中国矿业大学图书馆[2]设计与实现了高校图书馆智能服务机器人语音互动、智能咨询、信息播报、路线导引等智慧化服务。崔浩[3]等人将智能导诊服务机器人融合了智能语意理解分析、图形化可视界面设计、传感器应用、路径规划、脸部识别等技术。在人机交互方面，陈俊涛[4]等人应用LD3320 语音识别模块对语音进行检测识别，实现了简单的人机语音交互。田蔚瀚[5]等人进行了家庭机器人手眼协调识别技术与物品灵巧操作规划方法的研究。

1 智慧社区的定义及发展趋势

智慧社区的口号早在20 世纪90 年代末已经出现，从1997年开始，在John M Eger教授的领导下开始致力于智慧社区的建设与推广[6]，出版了《智慧社区指导手册》等成果。该组织将智慧社区定义为：有意识地使用信息技术改变其区域内的生活与工作，这是一种显著的、根本性的而不是递增式的改变方式。随着信息技术的不断发展，智慧社区将会给用户带来更多元化、丰富的应用体验，智慧社区也将呈现更为集成化、智能化的发展趋势。未来社区生活中，智慧社区的智能化元素将渗透到居民生活的各个层面[7]。

2 智慧社区现状问题分析

2.1 设计目的与实践中产生的额外成本之间的矛盾

智慧社区公共产品的设计是为了节约人力资源方面的开支，但在实践中从服务执行者的角度来看，所谓的“智慧”之处主要建立在“互联网+人工服务”的基础上，如设备报修是通过互联网平台实现的，但需要服务人员到位处理；车辆占道是通过监控中心发现的，但需要保安人员到场协调等。于是，智慧社区只实现了表面的智能化，依然需要大量人力资源成本。

2.2 老龄化加剧对智慧社区服务类产品创新的迫切性

我国老年人口系数已于1999 年10 月达到10%，已正式进入老龄化社会。预计到2050 年，我国老年人口系数将达到34%，届时我国将成为超老型社会国家。社区中空巢老人的数量也在逐年增加，老龄人口的心理孤独感加重，心理需求问题不容忽视。且在老龄人口中，很大一部分人不适应日益更新换代的电子设施，对于不会使用智能设备的老年人或者缺乏文化知识基础的人来说，想通过复杂的线上智能产品实现自身的服务，在没有他人的帮助下，很难独立完成。

图1 人口老龄化预测趋势

2.3 社区服务差异性不足

在居民生活空间中注入科学理念和专业设计固然能够提升民生服务的规范化、标准化、一体化和均等化程度，但是采取“统一规划，统一实施，统一接口”，由此产生的物业管理、智能楼宇、居家养老、安防监控等服务，其标准是“一刀切”的，这种属性显然不能与社区类型和居民样貌的繁杂性与多样性相适应，见表1。

表1 智慧社区现状问题分析

3 社区智能服务机器人的设计研究

3.1 机器人功能需求研究

3.1.1 健康监测功能

随着中国进入老龄化社会，以及独生子女的普遍现象，独居老人增多。由于老人身体各项机能的减退，大多数老人患有高血压、高血糖等常见的老年慢性疾病，而子女由于工作忙碌，无法直接有效地及时获得有关老人健康状况的信息，因此智能机器人平台建立的自助健康监测不失为一种低成本、高效率的方式。机器人根据定位规划最合适的路线，乘坐电梯，找到指定的社区老人住所，老人仅需在家开门即可。老人根据智能服务机器人的语音指令，将手臂伸进机器人特定的传感器端便可测量血压、血氧、血脂以及其他生理数据，监测数据将储存至网络数据库，建立专属的健康档案，并可长时间移动跟踪、分析、评估，智能监测每位老人的健康状况。当老人的生理数据出现异常时，系统可通过绑定平台提醒家庭成员或社区工作人员及时调整，关注老人身体状态或必要时紧急就医，相当于社区独居老人的线上私人医生，见图2。

3.1.2 独居老人关爱功能

由于老年人接受新事物的能力变差，社交圈缩小，很容易缺乏安全感，尤其是空巢老人，心理会产生极度的孤独感和空虚感，因此空巢老人的情感慰藉不容忽视。机器人与老人的互动应以直接语音交流、对话命令为主[8]。机器人作为独居老人与社区、子女联系的一个重要桥梁，老人可以通过直接与机器人对话，如发布“帮我联系XXX”或“打视频电话给XXX”等命令，机器人就会通过网络电话的方式联系到相关人员。机器人在聊天时可以按老人最感兴趣的几大方面如新闻资讯、日常寒暄、健康饮食和养身保健等作为语音聊天的主要内容。这些内容在机器开发设计时进行编程导入，使用时老人只需直接跟机器对话，机器人就会根据系统数据库中的内容与老人进行语音聊天，且语音聊天内容会根据网络信息内容自动更新，保证内容的时效性，见图3。

图3 陪伴关爱服务

3.1.3 社区安全监控功能

该功能在设计上以巡逻勘察和防疫测温为主。机器人在巡逻中自主规划路线，无死角进行巡逻筛查，主要包括社区环境巡视、视频监控、异常情况探测和火灾预警等，能部分或者全部代替人工执行安保任务。机器人屏幕上方的摄像头可以360°旋转，可弥补传统监控系统位置固定、摄像头存在死角的缺陷，能全面地监控作业。机器人通过传感器与烟雾传感器驱动系统，在感应到甲烷、丙烷和丁烷等有害气体且达到一定浓度时，第一时间监测评估社区环境的安全等级，并自动触发报警系统，提醒现场居民撤离，通知社区安保人员，保障居民的人身安全[9]，见图4。

图4 机器人危险预警功能

机器人在巡检的同时还可运用红外热成像智能测温系统，进行远距离、大面积的非接触式快速测温，机器人仅需在人面前停留几秒，便可获取居民的体温数据。一旦被测者体温超过阈值，或遇到不戴口罩的居民，其屏幕上的摄像头可第一时间对其进行捕捉拍照，并对其喊话提醒，见图5。

图5 机器人测温功能

3.2 机器人交互性研究

社区智能服务机器人与居民的交互功能以行为动作交互、语音交互与APP交互为主。动作交互与语音交互操作简单、通用性高，适合社区中的绝大部分人群，老人、儿童以及文化程度较低的居民适用性更高。机器人通过记录手指的手势和屏幕中的摄像头来识别人的表情动作，配合语音交互的方式与此类居民实现交互行为[10]。界面APP可以连接手机，适合中青年与上班族等能够使用复杂智能设备的人群，可以在线上进行远程操作，应用更为方便灵活，见图6。

图6 机器人交互界面

3.3 造型与结构研究

智能机器人的高度设计应选择低高度、低底盘、可升缩的设计，以适应社区中路面的复杂性。轮子设计选择覆带式轮子，见图7。其接地较低，有较强的稳定性，爬坡能力超强，适用于社区常见的不平整路面或上坡等情况。在履带式轮子的设计上，可以通过轮子中间的支柱改变轮子的高度来提高机器人的底盘高度，以便机器人能顺路通过障碍物或地面积水。

为增加人机交互的舒适性，在机器人为老人进行健康检测时应采取可伸缩设计。考虑到居家老人一般以坐姿监测为主，通过机器人内部的支柱伸缩可到达老人坐姿最舒适的伸手高度的视线高度，同时也方便老人在测量后观察到屏幕中的数据信息。此伸缩设计既能使机器人在健康监测时符合人机工程学，提高交互舒适性，又能在巡航模式时保证其稳定性。

图7 履带式轮子

机器人的侧面设计了灯条，在机器人电量充足时呈现绿色，若机器人电量不足便会变成红色警报，同时自动规划返程路线，通知下一台机器人准备替补。机器人的充电位置在后背，盖子颜色与机身一致，隐蔽美观，在充电时仅需将盖子打开与专属充电桩连接即可。在机器人的色彩选择上采用了双色制风格，以白灰黑冷色调为主，再用亮色（绿灯、蓝光）作为点缀，让机器人看起来既统一又有层次感，见图8。

图8 机器人的伸缩方式与充电接口

4 结束语

基于居民多样性需求实现社区智慧化是本次研究的前提与基础，本文对于社区服务机器人的创新性探索主要从功能性探索、造型与结构探索、趣味化探索这几个方面展开，以用户为中心、为设计方法，提出设计一款具有多功能模块、适合社区环境背景的智能服务机器人。人工智能或机器人毕竟是技术手段的产物，除了考虑人工智能带来的便捷与舒适，在未来的设计中应更注重与人的沟通和服务体验，使智能服务机器人让社区更温暖、温馨。